Qu'est-ce qui détermine la résistance des tuyaux en laiton
Le laiton est un alliage de cuivre-zinc et sa résistance est régie par deux éléments : la quantité de zinc en solution et la quantité de travail à froid subie par le tube. Jusqu'à environ 37 % de zinc, l'alliage reste une structure alpha monophasée -, ductile et facilement formée à froid ; au-dessus de ce niveau, une phase bêta plus dure apparaît et l'alliage devient plus résistant mais nécessite un travail à chaud. La trempe multiplie ensuite l'effet, de sorte que la même qualité peut être fournie suffisamment douce pour s'évaser à la main ou suffisamment dure pour résister à une rayure profonde.
Pour les produits tubulaires, les spécifications applicables sont ASTM B135 pour les tubes en laiton sans soudure et EN 1057 pour les tubes en cuivre utilisés dans les services d'eau et de gaz ; Les tiges et barres en laiton pour pièces usinées sont couvertes séparément par ASTM B16 et EN 12164. Lorsqu'un acheteur demande quelle est la résistance d'un tuyau en laiton, la réponse honnête est qu'il faut répondre à la question en fonction d'une qualité et d'un état, car l'écart au sein d'une qualité est plus large que l'écart entre les qualités voisines.
Comparaison de la résistance par grade et état
Le tableau ci-dessous compare les niveaux de résistance normalement indiqués pour les principales qualités de tubes en laiton par rapport au cuivre recuit. Les valeurs sont données sous forme de plages typiques pour les conditions de recuit et d'écrouissage-à froid ; les valeurs minimales qui doivent être respectées lors de l'essai sont celles indiquées dans la spécification correspondante pour l'état commandé.
| Matériel | Composition nominale | Résistance à la traction, recuit | Résistance à la traction, écroui | Service typique |
|---|---|---|---|---|
| Cartouche C26000 en laiton | Environ 70% de cuivre, 30% de zinc | Environ 300-370 MPa | Jusqu'à environ 500-530 MPa | Travaux généraux de tubes, radiateurs et quincaillerie |
| C28000 60/40 en laiton | Environ 60% de cuivre, 40% de zinc | Environ 370-430 MPa | Jusqu'à environ 500 MPa | Ferrures travaillées à chaud, garnitures marines, travaux architecturaux |
| C36000-laiton à coupe libre | Environ 61 % de cuivre, 3 % de plomb, le reste étant du zinc | Non normalement fourni recuit | Environ 340-500 MPa | Vannes, raccords, fixations usinés |
| Tube de cuivre C12200 | Cuivre désoxydé à haute teneur en phosphore | Minimum d'environ 205 MPa à l'état recuit | Augmente avec réduction | Plomberie, réfrigération, échangeurs de chaleur |
Deux conclusions découlent de ces chiffres. Premièrement, un tube en laiton 70/30 à l'état écroui-travaillé à froid est environ deux fois moins résistant qu'un tube en cuivre recuit de mêmes dimensions. Deuxièmement, l'avantage de résistance disparaît si le laiton est recuit, c'est pourquoi les fonctions de pression, de vibration et de maintien du filetage - sont toujours spécifiées avec une trempe.
Applications où la résistance du laiton est importante
Les tuyaux en laiton sont moins souvent sélectionnés pour leur simple capacité de charge que pour la combinaison d'une résistance modérée, d'une excellente usinabilité, d'une finition attrayante et d'une bonne résistance à la corrosion. Les tâches typiques comprennent :
Tube sanitaire et architectural, où une finition brillante et une couleur stable sont aussi importantes que la résistance.
Corps de vanne, raccords et pièces d'instruments usinés à partir d'une tige C36000, où la résistance de l'alliage est utilisée pour maintenir les filetages et résister aux charges de clé.
Échangeur de chaleur et tube de condenseur en service d'eau douce et de refroidissement de processus.
Garniture marine et décorative, où la résistance aux attaques atmosphériques l'emporte sur le besoin de figures à haute résistance.
Lorsque le service implique de l'eau de mer, les alliages de cuivre-à plus haute résistance additionnés d'étain ou d'aluminium sont normalement préférés, car les laitons ordinaires 60/40 et 70/30 sont susceptibles de dézincification dans des eaux agressives, à moins qu'une qualité inhibée ne soit spécifiée.
Comment gagner en force dans le service
Trois mesures pratiques contrôlent la résistance réellement obtenue par une installation de tuyaux en laiton. La première est la sélection de l'état : choisissez l'état le plus dur qui puisse encore être plié et évasé sur site, car chaque recuit effectué après la dernière opération de formage supprime le bénéfice du travail à froid du laminoir. La seconde est la conception des joints : les joints brasés et soudés développent des changements de propriétés locaux, et les zones affectées par la chaleur doivent être placées à l'écart des zones à fortes contraintes. Le troisième concerne l'espacement des supports et le contrôle des vibrations, car le laiton est plus sensible à la fatigue que l'acier et une flexion répétée sur une portée non supportée finira par provoquer des fissures.
Si une résistance plus élevée est requise sans quitter la famille des alliages de cuivre, les options incluent le bronze d'aluminium tel que le C61400, qui développe une limite d'élasticité nettement plus élevée ainsi qu'une résistance supérieure à l'eau de mer, et les nuances d'étain-utilisées pour le service naval et de l'amirauté.
Inspection et pièges courants
L'inspection à l'arrivée des tubes en laiton couvre généralement le diamètre extérieur, l'épaisseur de paroi, la longueur, la rectitude et la finition de surface, ainsi qu'un contrôle de dureté qui confirme l'état réellement fourni. Lorsqu'un service de pression s'applique, un essai hydrostatique ou pneumatique est effectué à la pression indiquée dans les spécifications d'achat. Là où le tube sera plié, un échantillon doit être plié et, si nécessaire, évasé pour prouver que l'état est réalisable.
L’erreur d’achat la plus courante consiste à spécifier une note sans caractère. La seconde suppose qu’un mur plus lourd compense un état de recuit, ce qui n’est pas le cas. La troisième néglige le risque de dézincification dans les eaux agressives, pour lesquelles une qualité inhibée aurait dû être commandée. Chacun de ces éléments peut être évité en indiquant la qualité, l'état, les dimensions, la norme et les conditions de service lors de la demande.
FAQ
Q : Quelle est la résistance des tuyaux en laiton par rapport aux tuyaux en cuivre ?
Le tube en laiton 70/30 travaillé à froid atteint généralement 500 MPa ou plus en tension, tandis que le tube en cuivre recuit commence à partir d'un minimum d'environ 205 MPa. Le laiton est donc environ deux fois plus résistant lorsque les deux sont comparés dans leur état le plus résistant disponible dans le commerce.
Q : La teneur en zinc augmente-t-elle la résistance du laiton ?
Jusqu'à environ 37 % de zinc, l'alliage reste monophasé et reste ductile ; au-delà, une phase bêta plus dure se forme et la résistance augmente, c'est pourquoi le laiton 60/40 est plus résistant mais moins adapté au formage à froid que le laiton 70/30.
Q : Quelle qualité de laiton est la plus résistante pour les tubes ?
Le C28000 développe la résistance à la traction la plus élevée des qualités de tubes en laiton courantes à l'état recuit, tandis que le C26000 peut être étiré à froid à des valeurs similaires ou légèrement supérieures avec une meilleure ductilité.
Q : Les tuyaux en laiton peuvent-ils être utilisés pour un service haute pression ?
Oui, dans les limites de la pression nominale fixée par le code applicable pour la qualité, la trempe et l'épaisseur de paroi spécifiques, mais la trempe doit être spécifiée et la conception du joint doit être adaptée à la classe de pression.
Q : Pourquoi le recuit réduit-il la résistance des tubes en laiton ?
Le recuit supprime la structure de dislocation créée par l'étirage à froid, qui est la principale source de renforcement du laiton forgé, de sorte que la résistance diminue et la ductilité augmente après chaque cycle thermique.
Q : Que doit contenir une commande de tube en laiton ?
Désignation de la nuance, état, diamètre extérieur et épaisseur de paroi avec tolérances, longueur, norme en vigueur, exigences de surface et toutes conditions de service sous pression ou corrosion.
