Bronze - Définition

Introduction

Une collection d'objets en bronze

Le bronze est le nom générique des alliages de cuivre et d'étain. Le terme airain désigne aussi le bronze, mais est plutôt employé 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 d'étain, et ils contiennent en outre des proportions variables d'aluminium, plomb, béryllium, manganèse et tungstène, accessoirement du silicium et du 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 et à la corrosion et une bonne conductivité électrique. On les utilise souvent comme matériau de frottement en face de l'acier.

Ces alliages ont été pour la première fois utilisés pendant l'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 de bronze, de l'arsenic était souvent ajouté au bronze (principalement sous forme d'impuretés) ce qui en augmentait la dureté.

Les alliages

Diagramme binaire cuivre-étain dans la gamme de composition des bronzes

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. Le bronze ne s'oxyde pas, alors que le cuivre seul s'oxyde en formant le vert de gris (l'oxydation).

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.