1. Introduction
Le Point de fusion du laiton est une propriété fondamentale qui régit son comportement dans le casting, soudage, effrontement, et traitement thermique.
Contrairement aux métaux purs, Expositions en laiton a gamme de fusion plutôt qu'une seule température, généralement entre 880 ° C (1,616 ° F) et 1,095 ° C (2,003 ° F), Selon la composition et les éléments d'alliage tels que le zinc, plomb, étain, nickel, et l'aluminium.
Un contrôle précis de cette gamme de fusion est essentiel pour les applications industrielles: il garantit une bonne garniture de moisissure, minimise la porosité et la fissuration chaude, conserve les propriétés mécaniques, et empêche la volatilisation du zinc.
Même les petits écarts par rapport à la fenêtre de température optimale peuvent réduire considérablement le rendement et la qualité du produit.
Comprendre les facteurs qui influencent le point de fusion du comportement en laiton - la composition, microstructure, Historique de traitement, et les conditions environnementales.
Permet aux fabricants d'optimiser les performances, réduire les défauts, et obtenir des résultats cohérents dans diverses applications allant des composants automobiles aux instruments de musique et au matériel marin.
2. Ce qu'est le laiton (composition et classification)
Laiton désigne les alliages dont les principaux éléments sont cuivre (Cu) et zinc (Zn).
En changeant le Cu: Ratio Zn et ajout de petites quantités d'autres éléments, une large gamme de mécaniques, corrosion, et les caractéristiques thermiques peuvent être produites.
Classifications courantes:
- Alpha (un) cuivres - Cu-rich (généralement jusqu'à ~ 35% en poids de Zn). Cubie centré sur le visage monophasé (FCC) solution solide. Bonne ductilité et formabilité.
- Alpha-bêta (A + B) cuivres - Zn modéré (~ 35–45% en poids), Microstructure duplex qui augmente la résistance et la dureté mais réduit la ductilité froide.
- Cuivres à zinc haut et spécial - Zn supérieur ou autres éléments d'alliage majeur (Al, Dans, MN, Sn, PB) modifier les équilibres de phase et le comportement de fusion / solidification.
Ces distinctions de phase sont la cause profonde du comportement de plage de fusion: Contrairement aux métaux purs, Les alliages ne fondent généralement pas à une seule température mais sur un intervalle entre le solide et les lignes Liquidus qui apparaissent sur le diagramme de phase.
3. Systèmes en alliage en laiton et gammes de fusion typiques
Vous trouverez ci-dessous des valeurs d'ingénierie représentatives pour plusieurs catégories et grades de laiton communs.
Ces valeurs sont des gammes de travail typiques utilisées pour la conception des processus et doivent être vérifiées par rapport aux certificats de matériaux, Feuilles données du fournisseur, ou analyse thermique de laboratoire pour les travaux critiques de la production.
| Alliage / famille | Solidus typique (° C / ° F) | Liquide typique (° C / ° F) | Remarques |
| Laiton jaune générique (mélange commercial commun) | ~ 900 ° C / 1,652 ° F | ~ 940 ° C / 1,724 ° F | Laiton à usage général; Facile à couler et à machine. |
| C26000 (Cartouche, 70Avec -30zn) | ~ 910–920 ° C / 1,670–1,688 ° F | ~ 954–965 ° C / 1,750–1 769 ° F | Excellente ductilité; Largement utilisé dans la feuille et le tube. |
| C36000 (Laiton de coupe libre, PB) | ~ 885–890 ° C / 1,625–1 634 ° F | ~ 900 ° C / 1,652 ° F | Machinabilité supérieure; fenêtre de fusion plus étroite. |
| C23000 (Laiton rouge, ~ 85CO-15ZN) | ~ 990 ° C / 1,814 ° F | ~ 1 025 ° C / 1,877 ° F | Laiton «rouge» plus élevé; fond plus près du cuivre pur. |
| C46400 (Laiton naval, Cu -zn -sn) | ~ 888 ° C / 1,630 ° F | ~ 899 ° C / 1,650 ° F | Résistant à la corrosion de l'eau de mer; intervalle de fusion étroit. |
| C75200 (Nickel Silver 65-18-17) | ~ 1 070 ° C / 1,958 ° F | ~ 1 095 ° C / 2,003 ° F | Alliage cu-zn-ni; Plage de fusion plus élevée en raison du contenu NI; Évalué pour la force et l'apparence en forme d'argent. |
4. Facteurs clés influençant la plage de fusion du laiton
Comment les éléments d'alliage changent le point de fusion du laiton
| Élément | Point de fusion (° C / ° F) | Effet sur le comportement de fusion en laiton | Conséquences pratiques |
| Zinc (Zn) | 419 ° C / 786 ° F | Abaisse le solidus et le liquidus par rapport au cuivre pur; Zn supérieur à l'élargissement de la plage de congélation (A → B Transitions de phase). | Améliore la coulée; Le Zn excessif augmente le risque de ségrégation et de perte de zinc pendant la fusion. |
| Plomb (PB) | 327 ° C / 621 ° F | Ne se dissout pas dans la matrice Cu - Zn; forme des inclusions à faible fonte discrètes qui s'allumer localement. | Améliore la machinabilité; mais provoque une tâche chaude dans le soudage / le brasage et les problèmes de santé. |
| Étain (Sn) | 232 ° C / 450 ° F | Augmente légèrement la plage de fusion; Améliore la stabilité de la résistance à la phase α et à la corrosion. | Utilisé en lasses navales et rouges; supprime la dézincification mais nécessite des températures de traitement plus élevées. |
| Nickel (Dans) | 1,455 ° C / 2,651 ° F | Augmente solide et liquide; renforce la matrice Cu - Zn; stabilise les phases à plus haute température. | Produit des argentes en nickel (Par exemple, C75200) avec des gammes de fusion plus élevées et une résistance améliorée. |
Aluminium (Al) |
660 ° C / 1,220 ° F | Tend à augmenter la gamme de fusion; favorise la formation intermétallique; améliore la résistance à l'oxydation. | Utilisé en lasses en aluminium pour le service d'eau de mer; nécessite une surchauffe plus élevée pendant le casting. |
| Manganèse (MN) | 1,246 ° C / 2,275 ° F | Affine la microstructure; Augmentation mineure de la plage de fusion; peut former des particules de deuxième phase. | Améliore la force et la ténacité; Améliore la résistance à l'usure. |
| Fer (Fe) | 1,538 ° C / 2,800 ° F | Forme des intermétalliques; augmente légèrement la plage de fusion; peut agir comme un nucléant pendant la solidification. | Ajoute de la résistance mais peut compliquer la coulée en raison des inclusions. |
| Silicium (Et) | 1,414 ° C / 2,577 ° F | Agit principalement comme un désoxydant; Impact direct limité sur la plage de fusion mais modifie le comportement d'oxyde. | Améliore la solidité et la fluidité dans le coulage; Aide à contrôler les scories. |
État microstructural (Taille des grains, Répartition des phases)
La plage de fusion du laiton est légèrement sensible à sa microstructure comme transformée, Bien que cet effet soit plus petit que la composition:
- Taille des grains: Laiton à grains fins (diamètre des grains <10 μm) a un solidus ~ 5–10 ° C inférieur aux laiton à grains grossiers (>50 μm).
Les grains fins ont plus de frontières de grains, où la diffusion atomique est plus rapide - cela accélère la fonte à des températures plus basses. - Ségrégation de phase: En laiton + b (Par exemple, C27200), Distribution de phase inégale (Par exemple, grappes en phase β) Crée des points de fusion localisés.
Les régions en phase β fondent en premier (à ~ 980 ° C), tandis que les régions en phase α persistent jusqu'à ~ 1050 ° C, Élargissement de la plage de fusion effective de 10 à 20 ° C.
Exemple pratique: Laiton à froid (Par exemple, tubes en laiton dessinés) a une structure de grains plus fine que le laiton coulé.
Lors du recuit en laiton C26000 travaillant à froid, La plage de fusion commence à 1040 ° C (contre. 1050° C pour Cast C26000), nécessitant des températures de recuit plus basses pour éviter la fusion partielle.
Historique de traitement (Fonderie, Soudage, Traitement thermique)
Le traitement thermique modifie la plage de fusion du laiton en modifiant son état chimique ou microstructural:
- Volatilisation du zinc (Soudage / moulage): Le zinc a un faible point d'ébullition (907° C), Ainsi, chauffer les laiton au-dessus de 950 ° C provoque une perte de vapeur de zinc (1–3% en poids par heure à 1000 ° C).
Cela augmente le contenu en cuivre, Raisser la gamme de fusion - par exemple., C36000 en laiton avec 3% La perte de zinc a un liquide de 960 ° C (contre. 940° C pour le laiton non transformé). - Traitement thermique (Recuit de solution): Cotons de recuit à 600–700 ° C (sous le solide) homogénéise la solution solide Cu-Zn, Répartir la plage de fusion de 5 à 15 ° C.
Par exemple, Le laiton C28000 recuit a une plage de fusion de 880–900 ° C (contre. 880–920 ° C pour C28000 à l'échelle).
5. Méthodes de mesure (Comment les gammes de fusion sont déterminées)
La quantification du solide et du liquide d'une composition en laiton est un travail métallurgique standard.
Méthodes couramment utilisées:
- Calorimétrie de balayage différentiel (Dsc) / Analyse thermique différentielle (DTA) - Fournir des températures de début et d'achèvement précises pour les événements de fusion endothermique, Mesurer la chaleur latente, et sont idéaux pour les petits, échantillons bien préparés.
Les traces de DSC montrent le début (solidus) comme une déviation et le sommet majeur de l'endotherme(s) Comme une chaleur liquide et latente. - Curve de refroidissement (arrestation thermique) analyse - dans Foundry Labs, Les histoires thermiques enregistrées pendant le refroidissement des points d'arrêt exposent (plateaux ou changements de pente) correspondant aux transformations de phase; Ceux-ci sont utiles pour la vérification pratique de la fonderie.
- Métallographie de refroidissement arrêté - Les échantillons sont chauffés à une température cible dans l'intervalle solidus - fiquidus et éteintes rapidement;
L'inspection des microstructures résultantes identifie quelles phases étaient présentes à cette température, validation de l'analyse thermique. - Modélisation thermodynamique (Calphad) - Les outils de calcul peuvent prédire Solidus / Liquidus pour les alliages multicomposants et sont largement utilisés pour filtrer les compositions et planifier des expériences.
- Essais de fonderie pratiques - Castings d'essai et défauts d'inspection, les propriétés mécaniques et la microsagrément aident à valider les nombres de laboratoire dans des conditions de production.
6. Applications industrielles du contrôle de la plage de fusion en laiton
Une connaissance précise de la gamme de fusion du cuivres est essentielle pour l'optimisation des processus.
Dans de nombreux cas, Même un 10 ° C écart par rapport aux températures cibles peut réduire le rendement 20% à travers des défauts tels que des erreurs, porosité, ou volatilisation du zinc.
Les pratiques industrielles suivantes mettent en évidence la façon dont le contrôle de la fusion se traduit directement par des performances de fabrication.
Fonderie (Coulée de sable, Moulage sous pression, Moulage d'investissement)
La coulée nécessite du laiton chauffant à une température versant généralement liquide + 50–100 ° C, assurer la fluidité suffisante pour remplir les cavités de moisissure tout en minimisant la vaporisation du zinc.
| Processus | Grade de laiton | Gamme de fusion (° C / ° F) | Température de versement (° C / ° F) | Exigence de fluidité | Résultat clé |
| Coulée de sable (Supports automobiles) | C28000 (Muntz métal) | 880–900 / 1,616–1 652 | 950–980 / 1,742–1 796 | Faible (sections épaisses) | Défauts de retrait réduit de ~ 40% |
| À haute pression Moulage sous pression (Connecteurs électriques) | C36000 (Laiton de coupe libre) | 870–940 / 1,598–1,724 | 980–1,020 / 1,796–1,868 | Haut (murs fins <2 mm) | Rendement >95%, remplissage complet des moisissures |
| Moulage d'investissement (Vannes d'instruments de musique) | C75200 (Nickel Silver) | 1,020–1 070 / 1,868–1 958 | 1,100–1 150 / 2,012–2,102 | Moyen (géométrie complexe) | Faible porosité, Amélioration de la qualité acoustique |
Soudage (Tig, Effrontement)
Le soudage en laiton nécessite d'éviter les températures au-dessus du liquide (Pour éviter la fonte) tout en assurant une chaleur suffisante pour fusionner.
- Soudage Tig (Feuilles en laiton minces): Utilisez une température de préchauffage de 200–300 ° C (bien en dessous du solidus du cuivres C26000: 1050° C) et une température de la piscine de soudure de 950–1000 ° C (Entre solide et liquide).
Cela crée un joint «Fusion partiel» sans fondre le métal de base. - Effrontement (Tuyaux en laiton): Utilisez un métal de remplissage de brasage (Par exemple, BCUP-2, Faire fondre 645–790 ° C) avec un point de fusion sous le solidus de Brass.
Le chauffage à 700–750 ° C garantit que le remplissage fond tandis que la base en laiton reste solide, Éviter la distorsion articulaire.
Mode de défaillance: Surchauffe pendant le soudage TIG (température >1080° C pour le laiton C26000) provoque la «brûlure» (Mélange du métal de base), exiger des retouches et des coûts croissants en 50%.
Traitement thermique (Recuit, Stress soulageant)
Les températures du traitement thermique sont strictement limitées à sous le solide Pour éviter la fusion partielle:
- Recuit (Tubes en laiton à froid): Le laiton C26000 est recuit à 600–650 ° C (contre. solidus 1050 ° C) Pour restaurer la ductilité (l'allongement augmente de 10% à 45%) sans modifier la plage de fusion.
- Stress soulageant (Raccords en laiton): Chauffer à 250–350 ° C pour réduire les contraintes résiduelles de l'usinage - cette température est bien en dessous du solide, Éviter les dommages microstructuraux.
7. Traitement & Considérations de sécurité en laiton
Vaporisation du zinc et dangers du fumé métallique
- Point d'ébullition en zinc est à propos de 907 ° C (≈1 665 ° F). Parce que de nombreux cuivres communs ont des valeurs de liquidus près ou au-dessus de cette température, vaporisation du zinc et la formation de fumées d'oxyde de zinc peut se produire pendant la fusion, soudage ou surchauffe locale.
L'inhalation de la fumée ZnO peut provoquer Fièvre de fumées métalliques, Une maladie professionnelle en forme de grippe. - Commandes: Ventilation d'échappement locale, capture de fumée, protection respiratoire appropriée, et le contrôle de la température dans les opérations de fusion / soudage est obligatoire pour protéger les travailleurs.
Oxydation, Contrôle de la nette et de l'inclusion
- En laiton fondu forme des oxydes (cuivre et oxydes de zinc) et les scories.
Pratiques d'atmosphère de flux et contrôlé, chimie de désoxydation et écrémage soigneux réduisent l'entraînement de l'inclusion d'oxyde.
Une oxydation excessive réduit le rendement, augmente les défauts et modifie la chimie.
Problèmes de plomb et de réglementation
- Plomb (PB) est utilisé dans certains laits de coupe libre; Même les petits niveaux de PB ont des implications réglementaires pour l'eau potable et les produits de consommation.
La ferraille à plomb doit être gérée séparément des flux sans plomb, et les produits finis doivent respecter les réglementations locales de contenu en plomb.
Désincification et service à long terme
- Certains cuivres sont sensibles à désinfection (La lixiviation sélective du zinc) Dans certaines eaux et environnements corrosifs.
La sélection d'alliages ou de mesures de protection résistants à la dézincification est important pour la plomberie, Applications d'eau marine et potable.
8. Idées fausses courantes sur le point de fusion en laiton
Malgré son importance industrielle, Le comportement de fusion des cuivres est souvent mal compris. Vous trouverez ci-dessous des clarifications clés:
"Le laiton a un point de fusion fixe comme le cuivre pur."
FAUX: Le cuivre pur fond à 1083 ° C (fixé), Mais le laiton - un alliage - a une gamme de fusion (solide à liquide).
Par exemple, C36000 en laiton fond entre 870 ° C et 940 ° C, Pas à une seule température.
"L'ajout de zinc abaisse toujours la plage de fusion du laiton."
Partiellement vrai: Contenu en zinc jusqu'à 45% abaisse la plage de fusion, mais au-delà 45%, Le zinc forme la phase γ fragile (Cu₅zn₈, Faire fondre 860 ° C), et la plage de fusion se stabilise ou augmente légèrement.
Laiton à zinc (>50% Zn) est rarement utilisé en raison de la fragilité extrême.
"Les impuretés ne font que baisser la plage de fusion du laiton."
FAUX: Fer (Fe) et nickel (Dans) Soulevez la plage de fusion en formant des intermétalliques à hauteur. Seules les impuretés «douces» (PB, S) Abaissez constamment la plage de fusion.
"La température de coulée peut être arbitraire tant qu'elle est au-dessus du Liquidus."
FAUX: Chauffage excessif (liquide + >100° C) provoque une grave volatilisation du zinc (perte >5%) et formation de scories, Réduction de la résistance mécanique.
Sous-cocoage (liquide + <30° C) conduit à une mauvaise fluidité et à des défauts de remplissage de moisissures.
9. Conclusion
Le Point de fusion du laiton n'est pas une seule valeur fixe mais un gamme défini par sa composition, microstructure, et l'historique de traitement.
Contrairement aux métaux purs avec des transitions de fusion nettes, laiton - être un alliage de cuivre - zinc avec des éléments supplémentaires tels que le plomb, étain, nickel, ou en aluminium - exhibit et les limites liquides solides qui varient considérablement.
Ces frontières influencent directement le comportement des cuivres pendant fonderie, soudage, effrontement, et traitement thermique, Prendre un contrôle précis de la plage de fusion une pierre angulaire de la métallurgie industrielle.
FAQ
Quelle est la plage de fusion du laiton commun utilisé dans les luminaires de plomberie (C26000)?
C26000 (cartouche) a une température solide de ~ 1050 ° C et une température de liquidus de ~ 1085 ° C, résultant en une plage de fusion de 35 ° C (1050–1085 ° C).
Cette gamme étroite le rend adapté à un dessin dans des tuyaux à parois minces.
Comment le contenu du plomb affecte-t-il la plage de fusion des cuivres C36000?
C36000 (laiton de coupe libre) Contient 2,5 à 3,7% en poids.
Chaque 1 L'augmentation en% du poids du plomb réduit le liquide d'environ 10 à 15 ° C: un 2.5% L'échantillon PB a un liquide de ~ 940 ° C, tandis qu'un 3.7% L'échantillon PB a un liquide de ~ 925 ° C.
Le plomb élargit également la plage de fusion (de 50 ° C à 70 ° C) En formant des phases riches en PB à faible fonte.
Puis-je souder le laiton en utilisant la même température que l'acier?
Non. Acier (Par exemple, A36) a une plage de fusion de 1425–1538 ° C, bien plus haut que le laiton.
Laiton de soudage (Par exemple, C26000) nécessite une température maximale de ~ 1000 ° C (Entre solide et liquide) Pour éviter de faire fondre le métal de base, l'utilisation des températures de soudage en acier ferait complètement fondre le laiton.
Comment mesurer la gamme de fonte des laiton dans un cadre industriel?
Utilisez un appareil de point de fusion à haute température (précision ± 5–10 ° C) avec un échantillon de laiton de 1 à 5 g.
Chauffer l'échantillon dans un creuset en graphite, Surveiller la température avec un thermocouple, et enregistrer le solide (Première formation de liquide) et liquide (Full Murting) températures.
Cette méthode est rapide et adaptée au contrôle de la qualité par lots.
Pourquoi la volatilisation du zinc affecte-t-elle la plage de fusion du laiton?
Volatilisation du zinc (au-dessus de 907 ° C) réduit le contenu du zinc du laiton, déplacer la composition vers le cuivre.
Puisque le cuivre a un point de fusion plus élevé que le laiton, La plage de fusion (solide / liquide) augmentation.
Par exemple, C36000 en laiton avec 3% La perte de zinc a un liquide de 960 ° C (contre. 940° C pour le laiton frais), nécessitant des températures de coulée plus élevées pour maintenir la fluidité.
