Bronze
Pour l’article homonyme, voir Bronze (ruisseau).
Ne doit pas être confondu avec Bronze d'art.
Le bronze est le nom générique des alliages de cuivre, d'étain et de laiton. Le terme airain désigne aussi le bronze en poésie et dans les textes littéraires, ainsi qu'en campanologie, où il désigne l’alliage utilisé pour la fonderie des cloches.
Les bronzes sont normalement composés de plus de 60 % de cuivre et d'une proportion variable, non seulement d'étain, mais aussi d'aluminium, de plomb, de béryllium, de manganèse et de tungstène, ainsi qu'accessoirement de silicium et de phosphore, mais pas de zinc en quantité notable (ne pas confondre avec le laiton, dont le terme anglais brass est souvent traduit par bronze).
Leurs caractéristiques principales sont une bonne résistance à l'usure, une résistance moyenne à la corrosion et une bonne conductivité électrique. On les utilise souvent comme matériau de frottement en face de l'acier. La corrosion des pièces en bronze est une entrave à leur usage dans le secteur de la marine et de l'industrie navale.
Ces alliages ont été pour la première fois utilisés pendant la période justement appelée « âge du bronze », pour fabriquer des outils, des armes, des instruments de musique et des armures plus robustes et résistants que leurs prédécesseurs en cuivre ou en pierre. Pendant l'âge du Bronze ancien, le bronze est souvent composé d'un alliage à base de cuivre et d'arsenic, cette période est nommée l'âge du Bronze-Arsenic : employé comme durcissant et pour augmenter la brillance du métal, cet arsenic est une impureté naturelle contaminant le minerai de cuivre ou est ajouté intentionnellement comme adjuvant. Au Bronze final se substitue à ce bronze arsenié un alliage cuivre-étain permettant de fabriquer des métaux plus résistants et ductiles (âge du Bronze-Étain)[1].
Le bronze est travaillé par un bronzier.
Les alliages
À part quelques exceptions, les bronzes contiennent entre 3 et 20 % d'étain.
Les alliages de cette famille ne contiennent principalement que du cuivre et de l'étain. On distingue deux types basés sur les phases :
- les bronzes ne contenant que de la phase alpha (α) : jusqu'à environ 16 % d'étain
- les bronzes contenant de la phase alpha (α) et delta (δ).
Les alliages les plus utilisés dans l'industrie sont CuSn5 (UE5P), CuSn7Pb6Zn4 (UE7), CuSn8 (UE9P) et CuSn12 (UE12). Le chiffre qui suit la désignation du métal secondaire indique son pourcentage dans l'alliage (Ex: CuSn5 : 5 % d'étain et donc 95 % de cuivre).
Généralement, la dureté du bronze augmente en proportion de sa teneur en étain.
Les alliages alpha sont des alliages pour corroyage. Leurs caractéristiques mécaniques augmentent avec le taux de corroyage et avec la teneur en étain. Les deuxièmes sont des alliages de fonderie.
Les bronzes utilisés pour la fabrication des cloches contiennent entre 20 et 25 % d'étain. C'est la phase delta qui donne la sonorité. Cette phase est dure.
Les bronzes à miroir sont composés de 30 à 35 % d'étain. L'étain en surface s'oxyde plus difficilement, alors que le cuivre allié ou en présence d'impuretés s'oxyde communément en formant le vert de gris. On retrouve ici le principe de l'étamage.
Les bronzes avec éléments d'addition
Dans certains alliages on ajoute : du phosphore, du zinc, du plomb.
Le phosphore permet d'augmenter les caractéristiques mécaniques. Le zinc augmente la coulabilité ainsi que la malléabilité de l'alliage. Le plomb (jusqu'à 6 %) permet une meilleure usinabilité. Les bronzes utilisés pour les pièces de frottement peuvent contenir jusqu'à 30 % de plomb. Enfin, le béryllium apporte une dureté exceptionnelle au bronze, qui se rapproche de la dureté des aciers, tout en gardant toutes les qualités de frottement spécifiques au bronze.
Notes et références
- (en) Heather Lechtman, « Arsenic Bronze: Dirty Copper or Chosen Alloy? A View from the Americas », Journal of Field Archaeology, vol. 23, no 4, , p. 477 (DOI 10.2307/530550)
