Laiton

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Gabarits en laiton utilisés pour la fabrication de cloches

Les laitons sont des alliages composés essentiellement de cuivre et de zinc, aux proportions variables. Selon les propriétés visées ils peuvent contenir d'autres éléments d'additions comme le plomb, l'étain, le nickel, le chrome et le magnésium. Ce sont des alliages amagnétiques. La corrosion fait apparaître à la surface du laiton une couche appelée vert-de-gris.

Les laitons sont parfois improprement appelés cuivre jaune. Selon leurs compositions, ils peuvent être appelés : tombac, archal, bronze florentin (ou bronze vénitien), similor ou pinchbeck. Par exemple, le bronze florentin (ou bronze vénitien) est composé de 85 % de cuivre et 15 % de zinc.

En dehors des laitons, il existe d'autres familles d'alliages cuivreux dont les principales sont les cuproaluminiums, les cupronickels, les maillechorts (cuivre, nickel et zinc) et les bronzes qui sont des alliages de cuivre et d'étain.

Les laitons sont connus depuis la préhistoire et ont été développés, utilisés aussi bien en Afrique, qu'en Chine ou dans le bassin méditerranéen.

Sommaire

1 Propriétés physiques
2 Masse volumique
3 Utilisation
4 Notes et références
5 Annexes
- 5.1 Bibliographie
- 5.2 Liens externes

Propriétés physiques modifier

Diagramme binaire cuivre-zinc

Les propriétés physiques de l'alliage dépendent fortement de sa composition. Par exemple pour un laiton contenant 90 % de cuivre et 10 % de zinc, la masse volumique est 8 800 kg·m⁻³, la conductivité thermique est environ 121 W·m⁻¹·K⁻¹, et la température de fusion est environ 900 °C.

Il existe trois catégories de laiton (chaque catégorie englobe les propriétés des précédentes) :

les laitons simples (binaires) : ils ne contiennent que du cuivre et du zinc. L'ajout de zinc abaisse la température du point de fusion de l'alliage ainsi que sa conductivité électrique, mais en augmente la dureté et la résistance mécanique ;
les laitons au plomb (environ 60 % de cuivre, 40 % de zinc, 1 à 3 % de plomb) : le plomb améliore l'usinabilité en se disséminant en fins globules qui permettent une meilleure fragmentation des copeaux ;
les laitons spéciaux : ils ont pour but d'augmenter les propriétés mécaniques par l'addition d'éléments d'alliage (étain, aluminium, arsenic, magnésium, nickel, fer, silicium…) ; le nickel est utilisé dans les pièces de monnaie ou pour le plaquage du laiton, en raison de sa résistance à l'oxydation et à la corrosion.

Masse volumique modifier

Voici une table de masse volumique du laiton simple en fonction de la teneur en cuivre et zinc.
Les proportions sont en masse.

La masse volumique du cuivre vaut 8920 kg/m³.

La masse volumique du zinc vaut 7140 kg/m³.

Masse volumique du laiton en kg/m³ (si on prend du laiton composé uniquement de ces deux matériaux)
% de cuivre	% de zinc	$\rho_{Laiton}$
100	0	8920
95	5	8831
90	10	8742
85	15	8653
80	20	8564
70	30	8386
60	40	8208

La formule classique : $\rho = \frac{100 ~[kg/m^3]}{\frac{x}{8920} + \frac{100-x}{7140}}$ où x = le pourcentage en masse de cuivre n'est pas correcte, car l'arrangement des atomes de cuivre et de zinc change lors du mélange de ces deux métaux.

Une formule empirique donnant de bons résultats pour des proportions de cuivre allant jusqu'à 40 % est : $\rho = \frac{100 ~[kg/m^3]}{\frac{x}{8920} + 0,9 \cdot \frac{100-x}{7140} + 10^{-7} \cdot (100-x)^2}$ où x = le pourcentage en masse de cuivre.

Des formules empiriques donnent, La masse volumique du laiton en fonction du la fraction massique du cuivre ou de la fraction massique du zinc, la fraction volumique du cuivre en fonction de la fraction massique du cuivre, la fraction volumique du zinc en fonction de la fraction massique du zinc, la fraction volumique du laiton en fonction de la fraction massique du cuivre ou du zinc.

La masse volumique du laiton (g/cm³) en fonction de la fraction massique du cuivre est donnée par :

$\rho_{laiton} = 0,0178 \cdot x + 7,14~[g / cm^3]$

avec x la fraction massique du Cuivre

La masse volumique du laiton (g/cm³) en fonction de la fraction massique du zinc est donnée par :

$\rho_{laiton} = -0,0178 \cdot x + 8,92 ~[g / cm^3]$

avec x la fraction massique du zinc

La fraction volumique du cuivre dans le laiton en fonction de la fraction massique du cuivre est donnée par :

$\chi_{Cu} = 0.1996 \cdot x^2 + 0.8004 \cdot x -2 \cdot 10^{-15}~[sans~dimension]$

avec x la fraction massique du cuivre

La fraction volumique du zinc dans le laiton en fonction de la fraction massique du zinc est donnée par :

$\chi_{Zn} = -0.2493 \cdot x^2 + 1.2493 \cdot x -2 \cdot 10^{-15}~[sans~dimension]$

avec x la fraction massique du zinc

La fraction volumique du laiton en fonction de la fraction massique du cuivre ou du zinc est donnée par :

$\chi_{laiton} = -0,0497 \cdot x^2 + 0,0497 \cdot x + 1~[sans~dimension]$

avec x la fraction massique du cuivre ou du zinc

Utilisation modifier

Le laiton est très facile à usiner mais relativement fragile. On l'utilise depuis longtemps pour la fabrication d'instruments de précision, pièces d'horlogerie, d'éléments décoratifs pour le mobilier, d'instruments de musique, d'objectifs photo de qualité¹, de robinetterie, de serrurerie, d'ustensiles décoratifs (dinanderie), etc. Le laiton est le plus utilisé des alliages de cuivre. C'est l'un des principaux alliages utilisés par l'industrie du décolletage (fabrication de petites pièces tournées en très grandes séries). Le laiton est également utilisé pour certaines pièces soumises à l'usure ou aux chocs (capot, semelle) des appareils photos, notamment les Leica M².

Le laiton est utilisé en papeterie pour l'embossage des toiles en bronze qui serviront à former les filigranes dans le papier.

Le laiton est aussi utilisé dans la fabrication des douilles d'obus comme le ZUBM21 soviétique, ainsi que les douilles d'armes à feu.

Les laminés de laiton (plaques) sont utilisés en décoration pour la gravure et le guillochage (vernies, elles deviennent les plaques sur les portes des médecins par exemple).

Des pièces de monnaie sont en laiton ; ce sont surtout des monnaies de nécessité.

Les laitons servent aussi de base à la fabrication des alliages à mémoire de forme.

Notes et références modifier

Annexes modifier

Sur les autres projets Wikimedia :

Laiton, sur Wikimedia Commons

Bibliographie modifier

Jacques Toussaint (dir.), Art du laiton, dinanderie, Sociéte archéologique de Namur, 2005, 392 p.

Liens externes modifier

[1] ttp://www.astrosurf.com/luxorion/apn-hautdegamme2.htm

[2] ttp://fr.leica-camera.com/photography/m_system/m9/

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v · d · m Pierres et métaux de joaillerie
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Alliages de métaux précieux	Alliages aurifères • Or blanc • Argent Britannia • Argent sterling • Billon • Électrum
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