Investigation of mechanical performance, corrosion resistance, and safety factor in BSP fitting

Abstract

Pipe fittings are vital in industrial systems such as energy distribution, plumbing, and fluid transfer. Cast iron fittings, though common, suffer from poor machinability, high hardness, and significant corrosion risk. Aluminium fittings, in contrast, are lighter and more corrosion-resistant but lack widespread industrial standardisation. This study compares cast iron and aluminium fittings in terms of mechanical properties, corrosion resistance, and manufacturing methods. Cast iron fittings from Europe, China (PRC), Taiwan, and the Balkans were evaluated. European cast iron showed the highest tensile (69528 MPa) and yield strength (365.4 MPa), while Balkan fittings had the lowest (58565 MPa, 243.6 MPa) and reduced ductility. In aluminium alloys, the 7000 series had the best tensile strength (443 MPa), followed by the 6000 (316 MPa) and 5000 series (294 MPa). Corrosion tests in 5% NaCl over 168 hours showed pressure die cast-T6 aluminium had the lowest corrosion rate, with the 6000 series losing just 5.2% annually. FEA revealed aluminium fittings had lower stress concentrations than cast iron. RSM optimisation showed rolling improved ductility by 45% and tensile strength by 85% in the 7000 series. Aluminium, especially pressure die cast-T6, is a strong alternative to cast iron, though further standardisation is needed.. Les raccords de tuyauterie jouent un rô le crucial dans les applications industrielles, particuliè rement dans la distribution d'é nergie, la plomberie et les systè mes de transfert de fluides. Bien que largement utilisé s, les raccords en fonte pré sentent une faible usinabilité, une dureté é levé e (35-40 HRc) et une susceptibilité importante à la corrosion. En revanche, les raccords en aluminium offrent une ré sistance supé rieure à la corrosion et un poids infé rieur, mais leur manque de normalisation industrielle limite leur adoption gé né ralisé e. Cette é tude compare systé matiquement les raccords en fonte et en aluminium sur la base des proprié té s mé caniques et de corrosion, des techniques de production et des variations ré gionales de fabrication. Pour la premiè re fois, on a analysé les performances mé caniques de raccords en fonte de quatre ré gions diffé rentes: l'Europe, la Chine (RPC), Taiwan et les Balkans. Les essais de traction ont ré vé lé que la fonte fabriqué e en Europe pré sentait la contrainte maximale (69528 MPa) et la limite d'é lasticité (365.4 MPa) les plus é levé es tandis que les raccords fabriqué s dans les Balkans pré sentaient la contrainte maximale (58565 MPa) et la limite d'é lasticité (243.6 MPa) les plus faibles, ainsi qu'une ductilité ré duite. Parmi les alliages en aluminium, la sé rie 7000 pré sentait la ré sistance à la traction la plus é levé e (443 MPa), suivie des sé ries 6000 (316 MPa) et 5000 (294 MPa). Des essais de corrosion dans une solution de NaCl à 5% pendant 168 heures ont dé montré que les raccords en aluminium T6 coulé s sous pression pré sentaient les taux de corrosion les plus faibles, la sé rie 6000 n'atteignant que 5.2% de perte de matiè re par an, tandis que les é chantillons laminé s de la sé rie 6000 montraient le taux le plus é levé à 24.7%. Les ré sultats de l'analyse par é lé ments finis (FEA) ont confirmé que les raccords en aluminium pré sentaient des concentrations de contrainte plus faibles (85.2-86.1 MPa pour les raccords de 3/4 -pouce) que la fonte (90-104 MPa), ce qui amé liore la longé vité à la fatigue et la fiabilité. L'optimisation par la mé thodologie de surface de ré ponse (RSM) a indiqué que le laminage amé liore la ductilité jusqu'à 45% par rapport à la coulé e, tandis que l'on a observé des amé liorations de la ré sistance à la traction jusqu'à 85% lors de l'application du laminage à la sé rie 7000. Ces ré sultats dé montrent que les raccords en aluminium, particuliè rement ceux produits par coulé e sous pression (T6) peuvent servir comme choix compé titif par rapport à la fonte dans les environnements né cessitant une ré sistance mé canique é levé e, une ré sistance à la corrosion et une durabilité à long terme. Cependant, une normalisation et une optimisation des procé dé s supplé mentaires sont né cessaires pour une adoption industrielle gé né ralisé e.