Liquidus vs Solidus
En termes simples, le liquidus est la température la plus basse à laquelle un alliage est complètement liquide ; le solidus est la température la plus élevée à laquelle un alliage est complètement solide.
Les métaux purs sont fluides, et ils fondent à une seule température. Par exemple, l’argent fond à 961°C (1761°F) et le cuivre à 1083°C (1981°F). Cependant, les alliages contenant des pourcentages variables d’argent et de cuivre n’auront pas une température de fusion unique, mais plutôt une plage de températures de fusion. Comme la plupart des métaux d’apport de brasage sont des alliages, vous aurez affaire à des plages de température de fusion lorsque vous choisirez les matériaux.
L’exception est une classe d’alliages appelés eutectiques. Bien que ce ne soient pas des métaux purs, ils ont un seul point de fusion, car le point de fusion, ou solidus, et le point d’écoulement, ou liquidus, sont identiques. Par exemple, le Lucas-Milhaupt Silvaloy 720/721 fond et coule à 1435°F (780°C).
Considérations sur le brasage
La figure 1 est un diagramme de phase pour le système binaire argent-cuivre. Notez que, pour la composition 72% d’argent, 28% de cuivre, les températures de liquidus et de solidus sont les mêmes. Les alliages situés à gauche ou à droite de cette composition eutectique ne passent pas directement de l’état solide à l’état liquide, mais passent par une plage « pâteuse » où l’alliage est une combinaison de solide et de liquide.
Figure 1 : Diagramme d’équillibrium argent-cuivre
La température entre le solidus et le liquidus est la plage de fusion. Lorsque la température augmente de l’état solidus vers l’état liquidus, la fusion et l’écoulement augmentent. L’écoulement lent qui en résulte peut présenter des défis à la capillarité lors des joints de brasage.
Pour les métaux d’apport qui ont de larges plages de fusion, une certaine séparation des phases solide et liquide peut se produire. C’est ce qu’on appelle la liquéfaction : une fusion partielle des ingrédients inférieurs du métal d’apport, qui laisse à son tour une coque du matériau à plus haut point de fusion, appelée crâne. Voir figure 2.
Figure 2 : Liquidation des métaux d’apport AWS BAg-1 et AWS BAg-2. (A) En raison du chauffage lent de l’AWS BAg-1 dans un four, aucune liquéfaction ne se produit avec les métaux d’apport ayant une plage de fusion étroite de 20°F (11°C). (B) Suite à un chauffage lent de l’acier d’apport BAg-2 dans un four, il reste un grand cratère dû à la liquéfaction causée par le large intervalle de fusion de 39°C (70°F). (C) Suite à un chauffage rapide de l’AWS BAg-2, un petit crâne reste.
La liquation se produit normalement lors d’un chauffage lent à travers la plage de fusion d’un alliage. La liquation peut affecter l’intégrité d’un joint de brasage en provoquant potentiellement des vides ou un manque d’adhérence aux matériaux de base. Voir la figure 3.
Figure 3 : AWS BCuP-5 utilisé pour braser des pièces dans un cycle de chauffage au four de deux heures. Le joint de brasage présente des signes de zone riche en Cu (constituant à point de fusion plus élevé) en haut à gauche, ainsi qu’un vide en bas à droite – probablement une conséquence de la liquéfaction.
Dans le brasage, le métal de base d’un composant ne doit jamais être fondu. Il est donc important de choisir un métal d’apport dont la température de liquidus est inférieure à la température de solidus des deux métaux de base à assembler. Plusieurs autres facteurs doivent être pris en compte avant le brasage – en voici quelques exemples.
Exemples
1. Brasage d’un assemblage avec un jeu étroit : Lucas-Milhaupt Silvaloy 560 est un alliage sans cadmium qui commence à fondre à 1145°F (620°C) et coule librement à 1205°F (650°C). Sa plage de fusion est de 60°F (15°C).
2. braser un assemblage avec un large jeu (supérieur à .005″/0.127mm) : Le Silvaloy 380 de Lucas-Milhaupt commence à fondre à 1200°F (648°C) et n’est pas complètement fondu avant 1330°F (720°C). Les alliages ayant une large plage de fusion/écoulement sont considérés comme plastiques et sont utiles pour les conditions de mauvais ajustement.
3. « Braser par étapes » un assemblage : Lors d’un brasage à proximité d’un joint précédemment brasé, le second brasage ne doit pas perturber le premier joint. La solution consiste à utiliser plus d’un type de métal d’apport – un métal d’apport dont la température de liquidus est plus basse pour le second joint que celle utilisée pour le premier joint. Par exemple, dans un assemblage en acier inoxydable qui est brasé par étapes, on pourrait avoir du Silvaloy 630, qui fond et coule entre 1275°F-1475°F (690°C-801°C), pour le premier joint et ensuite du Silvaloy 560 (1143°F-1205°F/618°C-651°C) pour le second joint.
4. Assemblages qui doivent être traités thermiquement : (Option 1) traitement thermique puis brasage – en choisissant un métal d’apport dont la température de liquidus est inférieure à la température de traitement thermique afin que la dureté ne soit pas affectée par le brasage, ou (Option 2) traitement thermique et brasage simultanément – en utilisant un métal d’apport dont la température de liquidus est étroitement équivalente aux températures de traitement thermique. En raison de la nature complexe des conditions de traitement thermique de divers matériaux de base, contactez les services techniques de Lucas Milhaupt pour obtenir des informations détaillées concernant votre application spécifique.
CONCLUSION:
Liquidus est la température la plus basse à laquelle un alliage est complètement liquide ; solidus est la température la plus élevée à laquelle un alliage est complètement solide. Lors du choix d’un métal d’apport pour les applications de brasage, il est important de prendre en compte le comportement de fusion – en particulier la température de liquidus.