Diagramme de phase Cu-Zn

, par  Béatrice , popularité : 12%

Le diagramme d’équilibre Cu-Zn indique une solubilité maximale de 39% de Zn vers à 456°C : phase alpha de structure cubique face centrée (Cf zone jaune sur le diagramme de phase ci-dessous).
Mais en pratique industrielle : la phase béta de structure cubique centrée, hors équilibre, apparaît au delà de 35% de Zn.

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1- Laiton « 1er titre » monophasé alpha : CuZn5 à CuZn35

Les alliages contenant jusqu’à 35% de Zinc sont monophasés.
Ils sont réputés pour leurs propriétés de ductilité et leur aptitude à la déformation à froid.

L’alliage de type alpha le plus largement utilisé est l’alliage 64/36 "common brass". Il est l’alliage le meilleur marché (le zinc est généralement moins cher que le cuivre). Toutefois, l’alliage à 30% de zinc "cartridge brass" offre une meilleure ductibilité et une résistance à la corrosion supérieure.

2- Laiton « 2nd titre » biphasé alpha + béta : CuZn40

Au delà de 35% de Zinc : la phase béta apparaît et la dureté augmente. La ductibilité à froid des alliages alpha + béta n’est pas très bonne, mais ils présentent une excellent ductibilité à chaud en raison de la plasticité de la phase béta à haute température.

3- Passage de la solution béta désordonnée à la solution stable béta prime

Aux environs de 450°C à 470°C : la phase béta se transforme pour donner la phase béta prime. Cette modification de structure est liée au passage des atomes de Zinc d’une structure aléatoire à une structure ordonnée dans le réseau. L’aspect de la microstructure n’est pas affecté par ce changement dont l’influence sur les propriétés mécaniques est négligeable.

C’est donc toujours cette phase béta prime qui est présente dans l’alliage à température ambiante (Cf zone bleue sur le diagramme de phase).
La phase béta prime est dure et fragile. En ce sens, elle ne permet pas de déformation à froid, et favorise donc le fractionnement des copeaux et, par conséquent, l’usinabilité du métal.

L’alliage à deux phases le plus répandu est le laiton 60/40. Les laitons duplex présentent une excellente ductibilité aux températures de déformation à chaud et existent dès lors aussi à l’état forgé par extrusion et laminage à chaud.

4- La concentration limite en Zinc pour les usages commerciaux : 42%

La concentration limite en Zinc est de 42%. Au delà de cette limite, les alliages sont trop fragiles et n’ont pas d’utilité commerciale.

Cet article a été rédigé à partir des liens :
- http://docinsa.insa-lyon.fr/these/2002/assouli/Annexe1.pdf

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