Le bronze est un alliage métallique à base de cuivre, dont la densité varie selon les éléments d'alliage. Généralement, la densité du bronze se situe entre 7.4 et 9.3 grammes par centimètre cube (g/cm³), soit environ 0.267 à 0.336 livres par pouce cube (lbm/in³).
Densité des alliages de bronze
Le tableau suivant présente les densités nominales de plusieurs alliages de bronze désignés par le système de numérotation unifié (UNS), qui sont couramment spécifiés dans les applications d'ingénierie.
| Notes | Description | Éléments d'alliage | Densité (g / cm³) | Densité (lbm/in³) |
| C51000 | Bronze phosphoreux | Cu, Sn, P | 8.86 | 0.320 |
| C63000 | Bronze nickel-aluminium | Cu, Al, Ni, Fe | 7.58 | 0.274 |
| C65500 | Bronze à haute teneur en silicium A | Cu, Si, Mn | 8.53 | 0.308 |
| C86300 | Bronze au manganèse | Cu, Zn, Mn, Al, Fe | 7.60 | 0.275 |
| C90700 | Bronze à l'étain | Cu, Sn | 8.78 | 0.317 |
| C93200 | Bronze d'étain au plomb | Cu, Sn, Pb, Zn | 8.91 | 0.322 |
| C95400 | Bronze d'aluminium | Cu, Al, Fe, Ni | 7.50 | 0.271 |
Comment calculer la densité du bronze ?
Le bronze est l'un des plus anciens alliages métalliques créés par l'homme. C'est un alliage de cuivre, généralement avec de l'étain comme principal additif. Cependant, les alliages de bronze peuvent contenir d'autres éléments, tels que le phosphore, le manganèse, l'aluminium ou le zinc, afin d'améliorer certaines propriétés comme la résistance, la dureté ou la résistance à la corrosion. L'ajout de ces différents éléments explique la variation de densité du bronze. Imaginez un smoothie : ajouter des ingrédients lourds comme de la poudre de protéines le rendra plus dense que d'y ajouter simplement des fruits légers. De même, ajouter des éléments plus lourds comme le plomb à la base de cuivre donne un bronze plus dense, tandis que des éléments plus légers comme l'aluminium ou le silicium le diminueront.
Comme nous le savons, la formule générale de la densité est : ρ = m / Voù ρ est la densité, m est la masse et V est le volume.
Pour un alliage multicomposant comme le bronze, la masse volumique apparente peut être approximée par la règle des mélanges, en supposant une solution solide parfaite sans variation de volume significative lors du mélange :
où wi représente la fraction massique et ρi la densité du i-ème élément constitutif. Bien que cela fournisse une base théorique, la densité mesurée est influencée par la microstructure résultante, notamment la distribution des phases et la porosité potentielle.
Les principaux facteurs déterminant la densité d'un alliage de bronze sont les masses atomiques et les rayons atomiques de ses éléments constitutifs. Le cuivre, métal de base, a une densité de 8.96 g/cm³.
L'ajout d'éléments plus lourds, tels que l'étain (Sn, ρ ≈ 7.31 g/cm³) et surtout le plomb (Pb, ρ = 11.34 g/cm³), module la densité finale. Bien que l'étain soit moins dense que le cuivre, son incorporation dans le réseau cristallin et la présence fréquente d'autres éléments permettent d'obtenir un alliage dense. Le plomb, nettement plus dense, augmente sensiblement la densité relative de l'alliage.
Ajout d'éléments plus légers. Les éléments à faible masse atomique, notamment l'aluminium (Al, ρ=2.70 g/cm³) et le silicium (Si, ρ=2.33 g/cm³), diminueront sensiblement la densité de l'alliage de bronze obtenu.
Conclusion
La densité du bronze est une propriété variable, directement liée au type et au pourcentage de ses éléments d'alliage et influencée par le procédé de fabrication. Elle varie d'environ 7.5 g/cm³ pour les alliages riches en aluminium à plus de 8.9 g/cm³ pour les bronzes à l'étain à haute teneur en plomb. Pour les ingénieurs, la densité n'est pas une simple constante physique, mais un paramètre de conception essentiel qui influe sur les propriétés de masse et les exigences structurelles. Une compréhension approfondie de cette propriété est indispensable pour obtenir des bronzes de haute qualité. Usinage CNC du bronze.
