Laiton, bronze et cuivre : les principales différences expliquées

« Le cuivre est peut-être le meilleur conducteur, mais le laiton et le bronze résistent à l’usure, aux contraintes et aux environnements corrosifs. Cela signifie que le choix dépend de la nécessité d’une conductivité élevée ou de performances mécaniques élevées pour vos pièces. » 

Le cuivre est l'un des matériaux d'ingénierie les plus populaires utilisés dans de nombreuses applications industrielles et grand public. Cependant, il présente des limites en ce qui concerne sa solidité et sa résistance à la corrosion. Ainsi, le laiton et le bronze sont deux alliages de cuivre fabriqués avec du cuivre et des éléments d'alliage supplémentaires qui améliorent les propriétés physiques, mécaniques et chimiques. Il existe d'autres différences dans laiton vs bronze vs cuivre également. Par exemple, leur usinabilité, leur durabilité et leur biocompatibilité. Continuez à lire pour une élaboration comparative de ces trois métaux rouges.

Qu'est-ce que le cuivre?

Doté d'une excellente conductivité thermique et électrique, il est devenu un choix populaire auprès des ingénieurs en tant que matériau de choix pour les applications électroniques et de dissipation thermique. Par conséquent, sa nature antibactérienne et biocompatible est bénéfique pour les dispositifs médicaux et les implants.

Barres de cuivre 

L'utilisation du cuivre n'est pas nouvelle, c'est un métal essentiel dans l'évolution humaine ; tout a commencé avec l'âge du cuivre (3500 à 2300 avant notre ère). Des pièces de monnaie, des bijoux, des casseroles et des outils aux batteries électriques et aux avions de nos jours.

Les minerais naturels comme CuFeS2 (chalcopyrite), Cu9S5  (Digénite) et CuCO3·Cu(OH)2  (Azurite) sont des ressources majeures pour le cuivre d'où elles sont extraites et purifiées sous des formes applicables que nous trouvons sur le marché. 

De plus, différentes nuances d'usinage du cuivre sont utilisées dans la fabrication, telles que le C81500 (cuivre pur) et le C81100 (99 % pur, 1 % chrome). 

Propriétés du cuivre

Propriétés du cuivre

Voici les principales propriétés du cuivre : 

• • Propriétés électriques et thermiques : Conductivité thermique et électrique élevée parmi les métaux de fabrication courants. 
  • Antibactérien: Ses propriétés antibactériennes le rendent adapté au stockage de l'eau potable, à la dentisterie et aux soins de santé. Le cuivre est également résistant à la corrosion (modérée). 
  • Formabilité: La grande formabilité permet de fabriquer des formes complexes avec différentes techniques de formage, pliage, emboutissage, emboutissage, soudage, etc.
  • Usinabilité Même les outils en acier HSS et en acier trempé peuvent usiner le C81100, alors que c'est un peu plus difficile pour le C81500. 

Qu'est-ce que le laiton?

Le laiton, un alliage de cuivre courant, est principalement composé de zinc comme élément supplémentaire (environ 35 %) avec d'autres éléments d'alliage secondaires comme le phosphore, le silicium, le manganèse et le plomb. Ces métaux secondaires contribuent à la résistance mécanique, à la ductilité, à la résistance à l'usure, à l'usinabilité et à la durée de vie. Ces propriétés bénéfiques du laiton conviennent aux appareils électriques et électroniques, aux articles de musique, aux bijoux, etc. 

Pièces en laiton sur mesure 

Par conséquent, le cuivre et les éléments d'alliage sont forgés ou moulés pour former le laiton de qualité industrielle. Certaines nuances courantes pour usinage CNC en laiton sommes-nous alliage 260, 272, 330, 364 et 385. Ces nuances contiennent des compositions de zinc légèrement différentes les unes des autres. En même temps, le pourcentage d'autres éléments d'alliage mineurs peut également être différent d'une nuance à l'autre. 

Propriétés du laiton

Propriétés du laiton

• Usinabilité plus élevée que le cuivre :  Cuivre contre laiton– Le zinc ajouté et d’autres éléments comme le plomb et l’aluminium en quantités mineures facilitent l’usinage facile et fluide du laiton. 
• Malléable et formable : Il peut être moulé, formé et usiné dans diverses formes et produits. 
• Protection contre la corrosion: Il présente un niveau de résistance similaire à celui du cuivre contre les conditions environnementales corrosives et difficiles. 
• Apparence: Les propriétés esthétiques du laiton sont bénéfiques pour les objets architecturaux, décoratifs, de bijouterie et autres. Ces alliages offrent un ton jaunâtre brillant et accrocheur. 

Qu'est-ce que le bronze?

Un autre alliage de cuivre courant est le bronze, composé de 12 % d'étain (environ) et d'autres éléments d'alliage (phosphore, manganèse, silicone, etc.) en quantités infimes. Ce matériau d'alliage particulier améliore la résistance, la résistance à la corrosion, la fragilité et une stabilité thermique relativement élevée.

Matière première en bronze 

Le bronze est utilisé dans la marine, la quincaillerie, les accessoires et d'autres domaines en raison de sa résistance à l'eau salée et à l'humidité. Par exemple, les composants de navires, les articles de plomberie, les vannes, les bagues et les pièces de machines hydrauliques. 

Les nuances de bronze pour l'usinage, la fabrication et d'autres processus de fabrication sont C95400, B-10 et MTEK 375. 

Propriétés du bronze

Propriétés du bronze

• • Résistance à l'eau salée : L'alliage de bronze résiste à l'eau salée et ne développe pas de corrosion lors du fonctionnement en mer et dans d'autres conditions d'eau salée.
  • Conductivité: La conductivité thermique est supérieure à celle du laiton et le point de fusion est le plus élevé parmi le laiton, le bronze et le cuivre.
  • Durabilité: La résistance à la corrosion, à l’usure et à la dégradation de surface augmente la durée de vie des pièces et produits en bronze.
  • Ductilité: Les nuances de bronze sont ductiles et peuvent être façonnées selon les formes et géométries souhaitées à l'aide de techniques de formage. 

Laiton, bronze ou cuivre : propriétés physiques et mécaniques

« Le cuivre est une option de choix lorsque la conductivité électrique ou thermique est essentielle pour l'application finale, tandis que le laiton et le bronze fonctionnent bien sous contrainte et sont plus adaptés aux utilisations structurelles »  

Usinage du laiton 

Après une discussion individuelle, discutons de la comparaison directe du laiton, du bronze et du cuivre sous divers aspects. Leur composition, leurs propriétés physiques et mécaniques, leurs utilisations, etc. 

• Composition de l'alliage

Le cuivre est pur à 99.3 % et ses formes commerciales sont disponibles avec des ajouts mineurs de chrome (environ 1 %). Le laiton contient 34 à 35 % de zinc, 65 % de cuivre et d'autres constituants mineurs. En revanche, le bronze contient 12 à 12.5 % d'étain, 88 % environ de cuivre pur et d'autres éléments en proportion négligeable. 

• Performance sous contrainte mécanique 

Parmi ces trois options, le bronze résiste bien aux forces d'impact, aux charges continues, aux vibrations et aux contraintes de formage en raison de la ténacité et de la résistance de l'étain qu'il contient. Ensuite, le laiton et le cuivre viennent après le bronze. 

• Résistance à la corrosion 

Taux de corrosion du cuivre et du bronze. Source 

Comme nous l'avons vu précédemment, les trois matériaux peuvent protéger contre la rouille et la corrosion dans des conditions environnementales normales telles que l'eau et l'humidité. Mais le bronze et le laiton ont une résistance plus élevée contre la résistance à l'eau salée. 

• Force mécanique 

Là encore, le bronze est supérieur au cuivre et au laiton en termes de limite d'élasticité. Cependant, sa résistance à la traction ultime est légèrement supérieure à celle des deux autres. 

Si l'on considère leur poids par rapport à leur résistance, le laiton a un poids relativement faible par rapport à sa densité. 

• Apparence physique 

Le cuivre pur a une apparence physique rouge-orange brillante qui a tendance à devenir des taches verdâtres lorsqu'il est exposé aux environnements (l'oxydation se produit). Ensuite, le laiton offre une apparence jaune-or et le bronze terne et brun rougeâtre. 

• Dureté et usinabilité 

Usinage CNC du cuivre 

Le bronze (40 à 420 HB) est plus résistant et cassant que le laiton et le cuivre. Par conséquent, il présente une usinabilité relativement faible et peut se fissurer si les variables d'usinage ne sont pas optimisées. Cependant, la dureté de l'alliage peut être personnalisée en ajustant la composition de l'alliage.

Par la suite, le laiton et le bronze ont une usinabilité inférieure à celle du cuivre en raison de l'ajout de métaux durs et à haute résistance. 

• Conductivité thermique et électrique 

Le classement de la conductivité va du cuivre au laiton et au bronze respectivement. Le cuivre pur conduit le courant et la chaleur plus efficacement que les autres. 

Propriétés chimiques du cuivre, du laiton et du bronze

Le cuivre est plus réactif à l'oxygène et aux environnements acides que le bronze et le laiton. En revanche, le bronze est plus inerte face à toutes les conditions acides et alcalines. 

Cuivre après oxydation 

Ensuite, le niveau de pH est un autre critère pour comparer les propriétés chimiques du laiton, du bronze et du cuivre. Les nuances de bronze présentent une inertie ou une stabilité chimique plus élevée sur une large gamme de valeurs de pH que les deux autres. Il contribue également à lutter contre la formation de rouille et la dégradation des matériaux. 

Les pièces en bronze sont utilisées dans des conditions marines et alcalines en raison de leur neutralité à leur égard. De plus, des revêtements secondaires tels que du chrome ou des peintures adhésives peuvent être appliqués pour protéger contre les expositions agressives et chimiques. 

Une autre propriété chimique est associée à une nature antibactérienne. En règle générale, le cuivre est le meilleur choix pour les applications nécessitant des propriétés antibactériennes et hygiéniques. 

Qu'est-ce qui coûte le plus cher ? Laiton, bronze ou cuivre

Le coût des nuances de cuivre pur est plus élevé et justifie les prix si la conductivité, la flexibilité et les propriétés antibactériennes sont les exigences essentielles. Ensuite, le coût du bronze est modéré et le laiton est le moins cher des trois. 

Les prix généraux du laiton, du bronze et du cuivre sur le marché intérieur peuvent varier de 8 à 10 $/kg pour le cuivre, de 3 à 5 $ pour le laiton et de 5 à 8 $ pour le cuivre. Cependant, le coût exact varie en fonction de la disponibilité sur le marché, du volume d'achat et de la situation géographique. Par exemple, les coûts dans les régions asiatiques comme la Chine, le Vietnam, l'Indonésie et l'Inde sont inférieurs à ceux des États-Unis et de l'Europe. La raison en est le faible coût de la main-d'œuvre pour le traitement et l'avantage des technologies d'extraction métallurgique. 

Considérations pour choisir entre le laiton, le bronze et le cuivre

Qu'est-ce qui est le mieux : le laiton, le bronze ou le cuivre ? Cela dépend de vos besoins et de votre application. Cela signifie quelles propriétés sont essentielles pour la fonctionnalité et les performances. Par conséquent, l'esthétique peut être un autre facteur dans certains cas.

Il s'agit également de savoir si vous êtes flexible quant à vos exigences. Certaines applications à hautes performances comme les puces électroniques peuvent nécessiter des spécifications très strictes, alors qu'il est beaucoup plus flexible de choisir des articles de plomberie. 

Examinons les différentes étapes impliquées dans le processus de sélection et leur impact sur le choix. 

résumer 

Le laiton, le bronze et le cuivre font tous partie des matériaux de fabrication les plus populaires. Le cuivre étant une forme pure, il offre une conductivité élevée et des avantages antibactériens, tandis que les deux autres alliages conviennent aux applications nécessitant plus de résistance, de ténacité et de flexibilité. De plus, le cuivre et le laiton sont plus résistants à la corrosion. Ces différences de caractéristiques nécessitent des considérations distinctes dans Usinage CNC & opérations de formage.

Chez ProleanTech, nous disposons d'une équipe spécialisée d'ingénieurs et de scientifiques des matériaux pour service d'usinage de métaux et alliages. Nos ingénieurs comprennent les exigences des clients et guident les opérateurs pour atteindre la qualité et la précision souhaitées.

FAQ

Pourquoi le laiton est-il moins cher que le cuivre et le bronze ? 

La teneur en zinc du bronze est la principale raison de la rentabilité du laiton. Le faible prix du zinc contribue également à la réduction des coûts globaux. 

Qu'est-ce qui dure le plus longtemps ? Le laiton, le cuivre ou le bronze

Le cuivre a une durée de vie plus courte sous sa forme pure. En revanche, les éléments d'alliage rendent le laiton et le bronze durables. De plus, le bronze est encore plus durable que le laiton.

Quels outils sont les meilleurs pour l’usinage du laiton et du bronze ?

Le laiton et le bronze peuvent être usinés avec des outils d'usinage CNC (fraises, tourneurs, forets, inserts d'alésage, etc.). Les matériaux d'outillage appropriés sont le carbure et l'acier rapide. 

Que faut-il prendre en compte lors du choix entre le laiton, le bronze ou le cuivre ?

Tout d'abord, les propriétés fonctionnelles de vos pièces sont primordiales. Tenez donc compte de la résistance, de la conductivité thermique et électrique, de la résistance à la corrosion et de la ténacité. Ensuite, analysez leurs avantages en termes de coûts.