bronze
Avec le terme collectif les bronzes sont des alliages ayant au moins 60 % de cuivre désignés dans la mesure où ils ne sont pas attribuables à l' alliage principal du zinc aux laitons .
En termes de métallurgie, le terme n'est utilisé aujourd'hui qu'avec l'additif d'alliage principal précédent ; on parle alors correctement d'un antimoine et bronze arsenic , aluminium bronze , bronze au plomb ou bronze au manganèse . Dans des contextes historiques, tels que l' âge du bronze et les sculptures en bronze , le « bronze » (parfois parlé sans la terminaison -e en Autriche) est utilisé seul et principalement pour un bronze en étain . Le bronze phosphoreux est aussi un bronze d'étain, la teneur en phosphore du métal est faible.
étymologie
Le nom actuel de l'alliage a été emprunté de l'italien Bronzo au 17ème siècle , plus tard aussi des Français bronze . La préhistoire est étymologiquement peu claire. Le mot a été adopté pour la première fois en italien d'Orient au 14ème siècle. Un lien avec le mot persan birindsch ( pirinğ ou birinğ ) pour le cuivre, dont pourraient dériver le latin moyen bronzium et l'italien bronzo , ne peut être exclu .
Fondations minérales
Les gisements de cuivre découverts à un stade précoce en Europe centrale comprennent les minerais pâles : Tetrahedrite (minerai d'antimoine pâle) , tennantite ( arsenic pâle ) , Freibergite , germanite , colusite , schwazite ( minerai de mercure pâle ) , hermésite , annivite ; ou Wolfsbergite (cuivre antimoine lustre) - dans laquelle le cuivre contenu est accompagné d' antimoine , d' arsenic , de soufre , de plomb et de fer , éléments dont la séparation nette nécessite des compétences métallurgiques de base. Les minerais d'étain ont été trouvés notamment sous forme de cassitérite (pierre d'étain) et de stannite ( cailloux d' étain ) .
Composition / propriétés
Bronzes d'étain
Dans la zone du bronze du système cuivre- étain , trois cristaux mixtes différents se forment à partir de la fonte avec des compositions différentes : Le cristal mixte α correspond à celui du cuivre pur, qui forme un réseau cubique à faces centrées . Le point de fusion du cuivre pur est de 1083°C. À environ 24% d'étain, le cristal mixte est présent, qui a un réseau cubique centré, à environ 30% d'étain et au-dessus, le cristal mixte crystal cubique centré. Un sous - système péritectique se forme entre les cristaux mixtes α et β et entre β et γ . Le /β péritectique techniquement pertinent est de 22% d'étain et 798°C. A 586°C il y a une désintégration eutectoïde des cristaux mixtes β en cristaux mixtes α et γ. Selon la composition de l'alliage, deux composés intermétalliques peuvent se former à partir des cristaux mixtes lorsqu'ils se refroidissent : La phase correspond à Cu 31 Sn 8 et donc à environ 32,5% d'étain. Il forme une cellule unitaire cubique à faces centrées extrêmement grande avec 416 atomes et est extrêmement dur. La phase orthorhombique correspond à Cu 3 Sn et est donc d'environ 38,4 % d'étain. Dans le domaine techniquement pertinent, la phase apparaît à 520°C lorsque les cristaux mixtes se désintègrent en une structure eutectoïde de cristaux mixtes α et δ avec 27 % d'étain. Une nouvelle désintégration eutectoïde des cristaux mixtes en cristaux mixtes α et ε à environ 350°C n'a plus lieu dans des conditions techniques réelles, car la diffusion est trop entravée. Un formage à froid et un recuit pendant plusieurs mois seraient nécessaires pour établir l'équilibre.
Les structures qui apparaissent réellement sont principalement déterminées par la grande inertie de diffusion de l'étain, qui empêche l'équilibre de s'établir lors de la cristallisation à partir de la masse fondue. Cela signifie que le bronze à l'étain a une structure composée exclusivement de cristaux mixtes α uniquement avec des teneurs en étain inférieures à 5 à 6 % ; avec des teneurs plus élevées, il se compose de cristaux mixtes soft mous et d'eutectoïde dur α / δ.
L'ajout d'étain augmente la résistance de l'alliage et atteint un maximum entre 10 et 15 % d'étain. La limite d'élasticité augmente presque linéairement, étant multipliée par rapport au cuivre pur, et atteint un maximum à environ 20 pour cent. L' allongement à la rupture commence, à partir des valeurs élevées du cuivre, décroît rapidement au-delà de 5 % d'étain et se rapproche approximativement de façon exponentielle de la ligne zéro, qui se mesure pratiquement entre 20 et 25 %. La dureté augmente régulièrement, ce qui augmente avec une teneur en étain plus élevée. La densité diminue de 0,1 g/cm³ pour chaque 6 % d'étain ajouté. Avec 8% d'étain il est de 8,79 g/cm³.
Alliages et additifs d'alliages
Les bronzes à l'étain sont normalisés en tant qu'alliages cuivre-étain et, en raison des exigences et des propriétés fondamentalement différentes, sont divisés en alliages corroyés (max. 9 % d'étain), qui conviennent au formage des métaux, et alliages coulés (9 % à 13 % d'étain ). De plus, des bronzes dits cloches contenant environ 20 %, mais pas plus de 22 % d'étain sont utilisés.
- Le phosphore réduit l'oxyde de cuivre et ainsi liquéfie également la masse fondue. L'oxyde d'étain n'est pas réduit, mais peut plus facilement remonter dans le laitier dans la masse fondue désoxydée. Lors de l'ajout de phosphore comme agent désoxydant, généralement sous forme de cuivre phosphoreux préallié avec une teneur en phosphore de 10 ou 15 %, le dosage doit être tel qu'au moins 0,01 % d'excès de phosphore reste dans la masse fondue après la désoxydation. L'oxydation par jet de coulée est évitée et la coulabilité et les propriétés physiques de la coulée sont améliorées. Le phosphore n'a qu'un effet négatif sur la conductivité électrique. A des teneurs supérieures à 0,1%, Cu 3 P apparaît dans la structure. Dans le cas des matériaux de roulement, cela peut être souhaitable ; dans le cas du cuivre conducteur, le phosphore comme désoxydant doit être remplacé par du cuivre au manganèse ou un autre alliage maître sans phosphore.
- Le nickel, qui provoque la formation d'un cristal mixte im supplémentaire dans la zone de 9% d'étain, augmente la ténacité et réduit l'influence de l'épaisseur de paroi sur la résistance. Il n'est donc utilisé que pour les alliages coulés avec une part allant jusqu'à 2,5%.
- Le plomb forme sa propre phase et est finement réparti dans la structure. Il améliore l'usinabilité et les propriétés de glissement, mais augmente la fragilité à chaud. Il est donc utilisé à 2% dans les alliages coulés pour matériaux porteurs, dans les alliages corroyés à 4% uniquement dans le cas particulier de la coulée continue, feuillard et fil, où le formage à chaud ultérieur n'est plus nécessaire et le produit doit être usinable.
- Dans certaines circonstances, le zinc peut remplacer la moitié de l'étain ; il est utilisé pour des raisons économiques. Il a un effet désoxydant, de sorte qu'il n'est pas nécessaire d'ajouter du phosphore. Ce sera entre autres. utilisé dans les alliages pour les matériaux de contact.
Les consommables de soudage et les alliages de brasage à base de cuivre-étain font l'objet de leur propre normalisation .
Plus de bronzes
Si les alliages contiennent peu ou pas d'étain, ils sont souvent appelés « bronzes spéciaux ». Leurs noms sont dérivés de l'additif d'alliage : bronze d'aluminium, bronze de manganèse, bronze de nickel etc. (voir tableau récapitulatif ci-dessous). Le bronze au béryllium est un matériau de cuivre spécial pour les outils sans étincelles qui ne contient que 2 à 3 % de béryllium et une petite quantité de cobalt .
Le bronze au plomb (également cuivre-étain-plomb-bronze) est un alliage de roulement avec 5 à 22% de plomb.
Le bronze à canon n'est pas un bronze à l'étain, ce n'est donc pas du « bronze » au sens étroit, bien qu'il soit parfois appelé « bronze machine », « bronze canon », etc. C'est un alliage à base de cuivre dont les propriétés sont déterminées moins par l'ajout d'étain que par le zinc , le plomb et le nickel .
Tableau récapitulatif des alliages de bronze
Nom de l'alliage | Composants au cuivre | Propriétés | utiliser |
---|---|---|---|
Bronze d'étain coulé | jusqu'à 22% d' étain , principalement 10-12% d'étain, densité d'environ 8.8024 kg/dm³ | élastique, résistant, résistant à la corrosion | Principalement à l'état coulé, jusqu'à 6 % d'étain peut être laminé à froid en tôles et matériaux d'estampage (médailles, pièces de monnaie), tréfilage jusqu'à 10 % d'étain. Fonte de cloche ( bronze de cloche : environ 20 à 24 % d'étain), le bronze à canon est historique, tout comme les instruments sonores. Statuette en bronze pour fonderie d'art (petits bronzes, monuments) |
Bronze d'aluminium | 5-10% aluminium | résistant à l'eau de mer, résistant à l'usure, élastique, légèrement magnétique, doré | Plaque de ressort, poutre d'équilibre, hélice de navire , industrie chimique |
Bronze au plomb | jusqu'à 26% de plomb | résistant à la corrosion, bonnes propriétés de glissement | Le métal des roulements, les matériaux composites et moulés, et le bronze des pièces de monnaie antiques contenaient souvent du plomb, dont tout l'argent n'a pas été retiré |
Bronze de manganèse | 12% de manganèse | résistant à la corrosion, résistant à la chaleur | résistances électriques (aux USA, malgré la teneur en zinc de 20-40% contenue dans certains alliages, appelés bronze au manganèse , par exemple dans certains matériaux fabriqués par Ampco) |
Bronze au silicium | 1-2% de silicium | mécaniquement et chimiquement très sollicité, haute conductivité | Lignes aériennes, contacts glissants, industrie chimique |
Cuivre au béryllium (bronze au béryllium) | 2% de béryllium | dur, élastique, toxique | Ressorts, horloges, outils anti-étincelles |
Bronze phosphoreux | 7% d' étain , 0,5% de phosphore | haute densité et résistance | pièces de machine dures, roulements d'axe, cordes de guitare |
Bronze conducteur | Magnésium , cadmium , zinc (total 3%) | propriétés électriques similaires au cuivre, mais avec plus de résistance à la traction | Lignes aériennes , systèmes électriques |
Bronze à canon | Étain , zinc , plomb (total 10-20%) | résistant à la corrosion, bonnes propriétés de glissement et coulabilité | Paliers lisses, raccords, roues à vis sans fin, art |
Minerai corinthien (Corinthium aes) | 1 à 3 % d' or , 1 à 3 % d' argent , parfois quelques pour cent d' arsenic , d' étain ou de fer |
Peut être teint en noir par patinage | matériel historique pour statues et objets de luxe (antiquité) |
Potin | Nom français des alliages à base de cuivre . Le Potin gris peut être décrit comme un alliage de bronze. Potin jaune est un laiton coulé à partir de laiton ancien. Terme également pour la pièce de bronze celtique |
Statuette bronze
Les Meyers de 1905 nommaient 89 % de cuivre, 8,2 % d'étain et 1,5 % de plomb pour l'alliage d'un bronze résistant aux intempéries.
La composition des statues de bronze modernes a été nommée en 1905 :
statue | cuivre | zinc | étain | conduire |
---|---|---|---|---|
Frédéric-Guillaume IV., Cologne | 89,55 | 7.46 | 2,99 | - |
Combattants du lion, Berlin | 88,88 | 9,72 | 1,40 | - |
Amazone, Berlin | 90,00 | 6.00 | 4.00 | 1,00 |
Blücher, Berlin | 90.10 | 5.30 | 4.60 | - |
Frédéric II., Berlin | 88.30 | 9.50 | 1,40 | 0,07 |
Grand Électeur, Berlin | 89.09 | 1,64 | 5,82 | 2.26 |
87,91 | 1,38 | 7.45 | 2,65 |
D'après Meyers en 1905, ils avaient une belle patine verte :
statue | cuivre | zinc | étain | conduire | le fer | nickel |
---|---|---|---|---|---|---|
Berger à l'étang, Potsdam | 89.20 | 1.12 | 8.86 | 0,51 | 0,18 | - |
Bronze du XVIe siècle | 89.40 | - | 8.17 | 1.05 | 0,34 | 0,19 |
Diane, Munich | 77.30 | 19.12 | 0,91 | 2.29 | 0,12 | 0,43 |
Mars et Vénus, Munich 1575 | 94.12 | 0,30 | 4.77 | 0,67 | - | 0,48 |
l'histoire
Le bronze d'étain est utilisé depuis le milieu du 4ème millénaire avant JC. Occupé à la fois entre le Danube moyen et la mer Caspienne, z. B. du 3e millénaire avant JC BC dans les Balkans, ainsi que pour la culture Kura-Araxes (Transcaucasie).
Le terme, déjà connu en grec, est également associé à Brundisium , le nom latin de l'actuel Brindisi du sud de l'Italie , qui dans l'Antiquité , appartenant à la Nouvelle-Grèce, était une sorte de centre de traitement et de commerce du bronze.
La production commerciale de bronze se situerait entre 2500 et 2000 av. A commencé au Moyen-Orient ; une petite figure d'une fille (danseuse) a été trouvée à Mohenjo-Daro . En Chine , l'usage se fait également au 3e millénaire avant notre ère. J.-C., documenté pendant la période Xia au plus tard .
Le bronze est considéré comme l'un des premiers alliages fabriqués et utilisés par l'homme. Il est plus dur que le cuivre pur. Le cuivre pur fond à 1084,62°C ; Bronze avec 20 pour cent d'étain en masse déjà à 900°C (schéma ici ). La composition des premiers bronzes dépendait souvent des minerais utilisés ; Des alliages à l'arsenic ont été créés, dont l'influence négative sur les propriétés mécaniques est connue aujourd'hui. Des bronzes au plomb et - en raison du minerai traité - ceux avec de l'antimoine ont également été produits et traités.
L' âge du bronze , en tant que successeur de l' âge du cuivre , qui à son tour a remplacé le nouvel âge de la pierre , a apporté des armes , des outils et des bijoux en bronze (broches en bronze) à la culture Aunjetitz et à l'âge du bronze alpin. Il a été progressivement remplacé par le début de l' âge du fer ( de la culture Urnfield , culture Lusace ), et enfin, avec la culture Hallstatt, l' antiquité a été introduite. Le bronze et le fer étaient encore utilisés côte à côte, selon la tâche à accomplir. Par essais et erreurs, du fer forgé à faible teneur en carbone a été trouvé . En conséquence, le bronze perdit de plus en plus de son importance pour la fabrication d'armes de poing. Avec les Grecs et les Romains, la technologie des armes a connu une qualité jamais vue auparavant et s'est développée dans l'industrie du bâtiment. Des monuments en bronze témoignent également des grandes expériences de l'Antiquité. Le haut Moyen Âge a donné un nouvel élan ; Les fondeurs de cloches et les fondeurs de pièces ont soutenu la domination ecclésiastique et laïque pendant plusieurs siècles, jusqu'à ce que la fonte et la fonte du fer remplacent le bronze.
utiliser
Les usages traditionnels des bronzes
- Cloches et instruments sonores comparables de religions non chrétiennes, statues grandeur nature à surdimensionnées et - depuis l'invention de la poudre à canon - des fusils. Pendant la Seconde Guerre mondiale, de nombreuses cloches ont été larguées pour utiliser du cuivre et de l'étain comme armure. Un « cimetière de cloches » à Hambourg servait de stockage temporaire devant le four de fusion. A la fin de la guerre, il y avait encore de nombreuses cloches qui pouvaient être restituées à leurs communautés.
- uvres d'art ( cast art ). Les portes historiques en bronze sont connues, comme la porte Bernward de la cathédrale d'Hildesheim
- Petits bronzes, plaques commémoratives et médailles coulées ou en relief (médaille de bronze dans les compétitions sportives).
- instruments de musique puissants tels que tambours cymbales et hi - chapeaux
- Buses de formage pour la production de pâtes
- des pièces anciennes à modernes, par exemple As .
Bronzes et alliages de bronze dans le cadre des techniques modernes
Les alliages cuivre-étain pour différentes techniques sont également adaptés aux exigences avec des éléments d'alliage également différents. L'ajout de nickel augmente la ténacité des alliages coulés et la résistance des alliages corroyés.Le plomb est un composant indispensable de tous les alliages de roulements : séparé dans la structure sous forme de plomb métallique, il soutient les propriétés de fonctionnement d'urgence qui sont importantes pour les roulements .
Un large domaine d'application pour les alliages cuivre-étain est la construction mécanique et la construction d'outils, mais aussi pour les éléments de ressort et de contact dans l'électrotechnique et l'électronique, par ex. B. dans les douilles de circuit avec bronze à ressort plaqué or. Les industries chimiques et alimentaires utilisent la résistance à la corrosion et à l'usure.
Les bronzes à l'étain classiques ne conviennent pas à la production d'hélices pour navires de mer ; à la place, on utilise des bronzes en aluminium multi-composants, qui résistent à la cavitation et à la corrosion au contact de l'eau de mer .
Tout comme les granulés fins et superfins sont produits à partir d'autres métaux et alliages - communément appelés "poudres métalliques" (poudre de cuivre, poudre d'aluminium) - également à partir de bronze. Les propriétés pyrophoriques font de toutes les poudres métalliques un composant des feux d'artifice, mais ce qui est plus important, c'est qu'elles permettent à la technique de pulvérisation de poudre de flamme de produire des objets en trois dimensions. Au moyen d'un pressage isostatique à chaud supplémentaire ( frittage ), les propriétés d'un modèle métallique sont obtenues et ainsi du temps et des coûts sont économisés dans la production de prototypes et de petites séries.
Imitation bronze
En mélangeant de la poudre de bronze avec de la résine synthétique liquide, comme pour le bronze coulé à froid , des imitations de bronze bon marché sont produites.
Galerie
Miroir étrusque en bronze de Volterra (325-300 avant JC)
Wolfstür vers 800 - le portail en bronze à deux ailes de la cathédrale d'Aix-la - Chapelle
Colonne Bernward , vers le XIe siècle, dans la cathédrale d'Hildesheim
Relief en bronze d'un groupe dirigeant du Royaume du Bénin, 16./17. Siècle, Musée Ethnologique , Berlin
Canons de bronze devant les Invalides à Paris
Bavière et Lion de Bavière. Fonte de bronze (alliage cuivre-étain, dans le sable), 87,36 tonnes
Fonte artificielle en bronze d'un mortier , pièce de série non signée
Sculpture en bronze Merkur , Ernst Dostal , 1961, Wiesbaden
Littérature
- Lexique de la technologie des métaux. Manuel pour tous les commerçants et artistes dans le domaine métallurgique. Edité par J. Bersch. A. Hartlebens Verlag, Vienne / Pest / Leipzig, sans année.
- Bronze - un matériau indispensable de l'ère moderne. Institut allemand du cuivre (DKI), Düsseldorf 2003.
- Tobias L. Kienlin : Early Metal in the Northern Alpine Region : Une enquête sur les aspects technologiques et cognitifs de la métallurgie ancienne basée sur la structure des axes de l'âge du bronze . Dans : Informations archéologiques . enregistrer 27 , 2004, p. 187–194 , doi : 10.11588 / ai.2004.1.16825 ( journals.ub.uni-heidelberg.de [PDF; 5.9 Mo ; consulté le 24 mars 2020]).
- Impressions d'information i15 et i25 de l'Institut allemand du cuivre (DKI), Düsseldorf 2004.
- Coulé à partir d'alliages de cuivre. De l'Américain par Ernst Brunhuber, Schiele & Schön, Berlin 1986, ISBN 3-7949-0444-3 .
liens web
Institut Allemand du Cuivre (DKI) :
- Impressions d'informations :
- LE BRONZE - un matériau indispensable de l'ère moderne (PDF; 596 kB)
- Alliages corroyés cuivre-étain (bronzes à l'étain) (PDF; 998 kB)
- Alliages de fonte cuivre-étain et cuivre-étain-zinc (bronzes à l'étain) (PDF; 1,8 Mo)
- Les pages Web:
Preuve individuelle
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