En raison de sa excellente résistance à la corrosion et de son adaptabilité, bronze est fréquemment utilisé dans des applications personnalisées pour l'ingénierie marine moderne en eaux profondes et les roulements résistants à l'usure. L'usinage du bronze peut répondre aux exigences de résistance au frottement métallique et de performance autolubrifiante, ce qui le rend largement utilisé dans les bagues, engrenages, boîtiers et autres composants. Ci-dessous, je décrirai les principaux types de bronze, leur machinabilité, les principales qualités, les défis d'usinage et les matériaux dérivés de bronze pour vous aider à acquérir une compréhension complète des fondamentaux et des applications de l'usinage du bronze.
Les 10 principaux types de bronze, qualités et compositions
En raison des différences dans leur microstructure interne et leur composition en alliage, les matériaux en bronze présentent des propriétés chimiques et des caractéristiques de performance différentes. Ci-dessous, je vais catégoriser et décrire les types courants de bronze rencontrés par les ingénieurs au cours de plus d'une décennie d'expérience pratique.
Bronze étain
Le tin est l'élément principal d'alliage, avec une teneur en tin généralement comprise entre 3% et 14%, la teneur en plomb allant de 2% à 5%, et le reste principalement en cuivre. Il possède de bonnes performances de coulée, une résistance à l'usure et une résistance à la corrosion. Les qualités courantes incluent C51000, C51100, C51900 et C52100.
Aluminium Bronze
L'aluminium est l'élément principal d'alliage, avec une teneur en aluminium allant de 5% à 12%. La teneur en fer est de 1% à 5%, tandis que la teneur en nickel et en manganèse varie de 0% à 5%. Il offre une haute résistance, une excellente résistance à l'usure et une résistance exceptionnelle à la corrosion en milieu marin. Les qualités courantes incluent C6140, C6240, C6190, C9540 et C9550. Il est adapté pour les composants marins, équipements chimiques, engrenages, et plus encore.
Bronze au béryllium
Le béryllium est le principal élément ajouté dans le matériau de base en bronze, avec une teneur allant de 0,2% à 2,5%. Il possède une limite élastique, une limite de fatigue et une résistance à l'usure extrêmement élevées, ainsi qu'une bonne conductivité électrique et thermique et des propriétés non magnétiques. Les qualités courantes incluent C17200, C17510, C17300 et C17460. Il est couramment utilisé dans les instruments de précision, les ressorts, les engrenages de montres, les outils anti-explosion, et plus encore.
Bronze au silicium
Le silicium est l'élément principal d'alliage, avec une teneur en silicium généralement comprise entre 2,7% et 4%. La teneur en manganèse et en zinc est inférieure à 1,5%, et celle en nickel est inférieure à 0,6%. Il possède une bonne résistance à la corrosion, une résistance à haute température et une bonne machinabilité. Les qualités courantes incluent C65500, C64700 et C65100. Il est utilisé dans la fabrication d'équipements chimiques, de pipelines, de vannes, et plus encore.
Bronze au manganèse
Le manganèse et le zinc sont les principaux éléments d'alliage, avec une teneur en manganèse allant de 1% à 5%, en zinc de 30% à 42%, et le reste en cuivre à 57% à 66%. Le bronze au manganèse possède une haute résistance et une bonne ténacité avec une bonne résistance à la corrosion. Les qualités courantes incluent C6730, C6731 et C8630. Il est principalement utilisé pour la fabrication de composants marins et de pièces mécaniques.
Bronze au chrome
Le chrome est l'élément d'alliage principal de renforcement, avec une teneur en chrome allant de 0,5% à 1,2%. La teneur en cuivre dépasse 99%, tandis que les éléments impurités totaux tels que Fe, Si et Pb n'excèdent pas 0,2%. Les qualités courantes pour les acheteurs de métaux incluent C1800, C1810 et C1820. Il possède une bonne conductivité électrique, thermique et une résistance à la corrosion. Il est utilisé dans les composants de moteurs, les électrodes de soudage par résistance, les composants de commutateurs à haute température, et plus encore.
Bronze au cadmium
Le cadmium est l'élément d'alliage principal, avec une teneur en cadmium allant de 0,8% à 1,3%, et le cuivre représentant plus de 98,5%. Il possède une bonne résistance à la corrosion et à l'usure. Les qualités courantes incluent C16200 et C14300. Il est couramment utilisé dans l'équipement d'ingénierie marine, les équipements chimiques, et plus encore. Lors de l'usinage du bronze au cadmium, une protection contre la vapeur ou la poussière de cadmium est nécessaire car le cadmium est un métal lourd toxique.
Bronze au zirconium
Le zirconium est l'élément d'alliage principal, avec une teneur en zirconium allant de 0,1% à 0,4%. Les qualités courantes incluent C18150 et C18155. Le zirconium améliore la résistance et offre une bonne résistance à haute température ainsi qu'une résistance à la corrosion. Il est utilisé dans les roulements à haute température, les électrodes de soudage par résistance, les équipements de l'industrie nucléaire, et plus encore.
Bronze au titane
Le bronze titane est un alliage de cuivre avec le cuivre comme base et le titane comme principal élément d'alliage. La teneur en titane varie de 2,9% à 6,0%. Les grades courants sur le marché incluent C1990, C1990HP et C1990HC. Il possède une haute résistance, une grande élasticité, une résistance à la corrosion, une résistance à haute température et des propriétés non magnétiques. Il est utilisé dans l’électronique, les équipements de communication, l’aérospatiale, l’ingénierie marine, et plus encore.
Bronze au Magnésium
Le magnésium est l’élément ajouté principal, avec une teneur en magnésium allant de 0,4% à 0,8%. Le reste est du cuivre, avec d’éventuelles impuretés traces telles que Fe, Si et Pb. Les grades courants incluent C1865 et C1866. Le bronze au magnésium offre une bonne résistance à la corrosion, une stabilité à haute température et une résistance à l’oxydation. Il est couramment utilisé dans les câbles, les antennes d’avion, les bagues en cuivre, les composants hydrauliques, et plus encore.
La classification ci-dessus est basée sur la composition de l’alliage. Différents types de bronze varient en performance et en domaines d’application, et le choix peut être fait selon les exigences spécifiques.
Caractéristiques du Bronze
Lors de l’usinage du bronze, il est nécessaire de comprendre ses propriétés physiques et chimiques. Cela permet de maintenir des paramètres de production stables lors de l’usinage et de choisir le matériau approprié en fonction des exigences de performance pour différentes applications.
Propriétés physiques
Densité généralement compris entre 4,41–8,92 g/cm³. La teneur en éléments d’alliage tels que l’étain et l’aluminium influence la densité des différents types de bronze. Par exemple, le bronze à l’étain a une densité d’environ 8,8 g/cm³, tandis que le bronze à l’aluminium a une densité d’environ 7,5–8,0 g/cm³.
Le Point de fusion du bronze varie de 800 à 1083°C. Le cuivre pur a un point de fusion de 1083°C. Après l’ajout d’éléments tels que l’étain ou l’aluminium, le point de fusion diminue. Par exemple, le bronze contenant 25% d’étain a un point de fusion d’environ 800°C.
Le Dureté du bronze varie généralement de 100 à 200 HV, en fonction de la composition et de l’état de traitement thermique. Par exemple, le bronze phospho-étain a une dureté d’environ 130 HV, tandis que le bronze à l’aluminium peut atteindre 150–200 HV.
Résistance à la traction résistance à la traction.
Conductivité électrique du bronze se situe généralement entre 300–600 MPa. Par exemple, le bronze à l’étain imprimé a une résistance à la traction d’environ 500 ± 50 MPa, et les conditions traitées thermiquement peuvent être plus élevées.
Conductivité électrique du bronze est d’environ 30%–70% IACS (Standard international de cuivre annealed), selon la composition de l’alliage. Par exemple, le bronze à l’étain a une conductivité électrique d’environ 30%–50% IACS, tandis que le bronze à l’aluminium a une conductivité électrique d’environ 50%–70% IACS.
Allongement après fracture
généralement compris entre 10%–30%, indiquant que le bronze possède une certaine capacité de déformation plastique, bien que moindre que celle du cuivre pur.
La difficulté de l’usinage du bronze
Afin de répondre aux exigences d’application des différentes pièces en bronze, nous traitons généralement les matériaux en bronze comme suit :.
Découpe à la scie avec des lames en acier rapide / lames bimetal : généralement utilisée avant l'usinage mécanique pour préparer la découpe de barres et de plaques selon les dimensions de la pièce.
Caractéristiques :
Le bronze a tendance à adhérer à l'outil et possède une grande ténacité, il faut donc utiliser des outils en carbure YG avec de grands angles d'attaque et des arêtes de coupe tranchantes.
2. Traitement de Formage des Plastiques
En raison de la excellente plasticité et de la machinabilité du bronze, les profils structurels peuvent être transformés avec succès en petites joints toriques, plaques ressorts, pièces en anneau, fils de cuivre, barres de cuivre et tubes capillaires par une série de méthodes de traitement sous pression telles que l'extrusion, l'emboutissage, le pliage et le tirage.
3. Traitement de Coulée
Comprend la coulée sous pression, la coulée centrifuge, la coulée en sable et la coulée en coquille de haute difficulté.
La coulée sous pression ordinaire est utilisée pour produire de petits accessoires métalliques. La coulée centrifuge peut fabriquer des bagues en bronze, des coquilles de roulements et des manchons. La coulée en sable est utilisée pour fabriquer des corps de vannes de turbines, tandis que la coulée en coquille offre une très haute précision et peut fabriquer des pièces avec des formes complexes telles que des vannes sur mesure.
4. Traitement thermique et traitement
Traitement de recuit:
Recuit de recristallisation : élimine le durcissement par travail généré lors du traitement à froid du bronze (tel que le laminage à froid et le tirage à froid), restaure la plasticité et la ténacité, et affine à nouveau les grains pour faciliter le traitement ultérieur. Convient pour le bronze à l'étain, le bronze d'aluminium, etc.
Recuit de détente : élimine les contraintes résiduelles internes générées lors de la coulée, du soudage et de l'usinage du bronze, empêchant la déformation ou la fissuration lors de l'utilisation. La température est généralement inférieure à celle du recuit de recristallisation.
Traitement de solution et traitement de vieillissement
Traitement de mise en solution: Convient pour le bronze contenant des éléments tels que le béryllium, le silicium, le chrome et le zirconium (tel que le bronze au béryllium et le bronze d'aluminium). L'alliage est chauffé à une température élevée pour dissoudre complètement la phase de renforcement dans la matrice de cuivre, formant une solution solide hyper saturée, puis refroidi rapidement (quenché).
Traitement de vieillissement : Après le traitement de solution, le bronze est chauffé à une température plus basse (comme 300–500°C) et maintenu, ce qui peut considérablement améliorer la résistance, la dureté et la limite élastique de l'alliage tout en conservant une bonne conductivité électrique et une résistance à la corrosion.
Recuit d'homogénéisation
Principalement utilisé pour le bronze moulé afin d'éliminer la ségrégation dendritique générée lors de la solidification, rendant la composition et la structure de l'alliage plus uniformes, améliorant la performance du processus et les propriétés mécaniques, et fournissant une bonne base structurale pour l'usinage ou traitement thermique.
Types d'accessoires en bronze et traitements de surface courants
Les accessoires en bronze existent en une grande variété, et les différents types varient en application et en caractéristiques. Voici les types courants d'accessoires en bronze et leurs scénarios d'application :
Fixations en bronze
Les boulons, vis et goujons peuvent être utilisés pour connecter des pièces métalliques de navire, du bois, des plastiques, etc.
Les écrous sont utilisés avec des boulons, principalement pour verrouiller des pipelines et des pièces mécaniques.
Les rondelles plates et les rondelles à ressort sont utilisées pour la répartition de la pression et la prévention du desserrage. Les rondelles en bronze sont plus adaptées aux conditions de travail humides et corrosives.
Connecteurs en bronze
Utilisés pour les joints et coudes de tuyaux. Le matériau en bronze est résistant à la corrosion et à la pression, adapté pour les charnières et le matériel pliant, couramment utilisé pour l'ouverture et la fermeture de portes, fenêtres et meubles. Les loquets et les goupilles peuvent également être usinés à partir de barres en bronze.
Pièces décoratives en bronze
Les matériaux en bronze étaient largement utilisés dans les cloches de chars anciens, les accessoires d'axe, les accessoires en bronze pour meubles tels que les anneaux suspendus, les couvre-pieds et les accessoires de harnais de ceinture, combinant renforcement, praticité, décoration et symbolisme de statut.
Accessoires pour outils et équipements
Utilisés pour l'extrémité des axes d'armes à long manche (telles que ge, lances, et pi); fixation et support des bras de arbalète sur des chariots ou des arbalètes, aidant à l'armement et à la stabilisation du tir; les surfaces de fourreau en bronze sont souvent combinées avec des fourreaux en bois ou en cuir pour protéger les épées et augmenter la décoration.
Roulements et pièces coulissantes en bronze
Les bagues de roulement sont utilisées dans les pièces rotatives ou coulissantes de machines, offrant résistance à l'usure et propriétés d'auto-lubrification, couramment trouvées dans les moteurs, pompes, boîtes de vitesses, etc.
Glissières et guides : utilisés dans les dispositifs de transmission ou de positionnement mécanique. Les glissières et guides en bronze fonctionnent ensemble pour assurer un glissement fluide.
Avantages et inconvénients du bronze par rapport à d'autres matériaux métalliques
En tant que matériau métallique important, le bronze présente les avantages et inconvénients suivants par rapport à d'autres matériaux métalliques courants (tels que le cuivre pur, le laiton, l'acier, les alliages d'aluminium, etc.) :
Avantages
Le bronze possède une forte résistance à la corrosion et fonctionne bien dans des environnements tels que l'eau de mer et les faibles acides, ce qui le rend adapté pour les pièces de navire et applications similaires.
Le bronze a une dureté élevée, un faible coefficient de friction, une bonne résistance à l'usure, et est moins susceptible de se bloquer avec des pièces en contact.
Excellentes performances de moulage : le bronze a un point de fusion relativement bas (généralement 700–900°C), une bonne fluidité, et une faible contraction lors de la solidification, ce qui le rend adapté pour le moulage de pièces complexes telles que les bronzes anciens et les pièces de précision.
Inconvénients
Ténacité limitée : Certain bronzes (tels que le bronze à haute teneur en étain) peuvent présenter une fragilité dans des conditions de basse température ou de forte contrainte. Leur résistance n'est pas aussi bonne que celle de l'acier ou des alliages d'aluminium, et la fracture peut survenir facilement.
Coût élevé: Le coût des matières premières et de la production du bronze est généralement plus élevé que celui de l'acier ordinaire ou des alliages d'aluminium, en particulier pour certains bronzes haute performance (comme le bronze au béryllium).
Comment contrôler la qualité des matériaux et le processus de fabrication lors de l'usinage du bronze
Approvisionnement et inspection des matières premières
Choisissez des fournisseurs stables et fiables, et utilisez des spectromètres pour tester la composition des matières premières en bronze afin de garantir la conformité aux normes.
Processus de fusion et de coulée
Contrôlez strictement la température de fusion, le temps et les paramètres de coulée du bronze pour assurer une composition d'alliage uniforme, réduire l'oxydation, la porosité et les inclusions, et améliorer la qualité de la coulée.
Contrôle des processus d'usinage
Contrôlez raisonnablement les paramètres de traitement à chaud (à froid) et de fraisage, et inspectez régulièrement l'état de fonctionnement des moules d'équipement, des outils et des broches.
Traitement thermique et traitement de vieillissement
Sélectionnez les processus de traitement thermique appropriés en fonction des exigences des pièces en bronze personnalisées, et contrôlez précisément la température et le temps.
Inspection et test des produits finis
Grâce à l'inspection visuelle, à la mesure au micromètre et à l'inspection par CMM, évaluez de manière exhaustive la qualification des accessoires en bronze pour garantir que les pièces en bronze usinées par CNC répondent aux exigences des dessins du client.
Comment trouver une usine fiable d'usinage du bronze
Clarifier les exigences et les objectifs
Définissez clairement les exigences fondamentales telles que le matériau en bronze, la précision dimensionnelle, le traitement de surface, la quantité commandée, le délai de livraison, les dessins et les échantillons, en veillant à ce que les fournisseurs comprennent précisément les exigences du projet.
Capacité technique et niveau de processus
Privilégiez les fabricants dotés de multiples processus de coulée et d'usinage du bronze, d'équipes d'ingénieurs professionnels, de machines multi-axes Usinage CNC, et d'une inspection de haut niveau pour garantir la fabricabilité et la précision d'usinage du produit.
Système de contrôle qualité
Vérifiez si le fabricant dispose d'une certification qualité complète, de processus d'inspection et de capacités de contrôle de la cohérence des lots (certification ISO 9001-2015).
Flexibilité de production et capacité de livraison
Évaluez la capacité de production du fabricant, sa chaîne d'approvisionnement en matériaux et sa vitesse de livraison des commandes pour garantir une production d'échantillons et une livraison standardisée par lots dans les délais.
Expérience industrielle et cas
Jugez de la capacité réelle de livraison du fabricant dans des projets complexes et des produits de haute norme à travers des cas de coopération passés, l'expérience industrielle et la réputation auprès des clients.
Inspection sur site et communication
Le personnel peut être envoyé pour des inspections d'usine et une communication approfondie afin de bien comprendre le niveau de gestion de l'usine, la force technique et les cas d'échantillons.
Protection contractuelle et après-vente
Définissez clairement les normes techniques du contrat, les responsabilités de livraison, les mécanismes après-vente et les clauses de confidentialité avant la coopération pour réduire les risques de partenariat.
À propos de Weldo Machining
Weldo Machining se concentre principalement sur l'usinage CNC, le moulage par injection, l'extrusion de profilés et la fabrication de tôles. Nous avons plus de 14 ans d'expérience dans l'usinage CNC. L'entreprise compte plus de 60 employés de production et plus de 50 machines de production, y compris des machines CNC 5 axes, la découpe au fil et le meulage. Nous pouvons traiter l'usinage de plus de 100 matériaux et plus de 20 traitements de surface courants. La tolérance peut atteindre 0,001 pouce. Si vous avez des besoins d'usinage pour des métaux tels que le bronze, vous pouvez contact nous.
