Classification et propriétés du cuivre et des alliages de cuivre
Le cuivre et ses alliages constituent l’une des principales catégories de métaux commerciaux. Ils offrent un large éventail de propriétés, notamment une excellente conductivité électrique et thermique, une excellente résistance à la corrosion, une bonne résistance mécanique et à la fatigue, ainsi qu'un aspect esthétique. Ils peuvent être facilement usinés, brasés et soudés.
Sélection de cuivre et alliages de cuivre
Les principaux critères de sélection du cuivre et de ses alliages sont les suivants :
Conductivité électrique : Le cuivre est le plus conducteur des métaux techniques. De l'argent ou d'autres éléments peuvent être ajoutés pour augmenter la résistance, la résistance au ramollissement ou d'autres propriétés sans perte significative de conductivité.
Conductivité thermique : Cette propriété est similaire à la conductivité électrique. Les alliages de cuivre sont utiles pour cette propriété, où une bonne résistance à la corrosion compense la perte de conductivité accrue de l'alliage.
Couleur et apparence : De nombreux alliages de cuivre ont des couleurs uniques qui peuvent changer à mesure que l’objet vieillit. Pour la plupart des alliages, il est facile de préparer et d’entretenir les surfaces selon des normes élevées, même dans des conditions de corrosion défavorables. De nombreux alliages sont utilisés dans des applications décoratives, soit sous leur forme native, soit après métallisation. Ces alliages se déclinent dans des couleurs spécifiques, allant du rose saumon pour le cuivre, en passant par les jaunes, les ors et les verts, jusqu'au bronze profond dans des conditions climatiques. L'exposition à l'atmosphère produit une finition verte ou bronze, et des pré-alliages sont disponibles sur certaines formes de produits.
Facilité de fabrication : la plupart des alliages peuvent être facilement coulés, formés à chaud ou à froid, usinés, assemblés, etc. Ces alliages constituent souvent la norme à laquelle les autres métaux sont comparés.
Propriétés de l'alliage
De nombreux alliages sont renforcés par une solution solide mais sont basés sur la structure cristalline du cuivre et ont une bonne ductilité. La plupart des alliages peuvent être renforcés par écrouissage, augmentant ainsi la résistance à la traction et à la fatigue tout en conservant une ductilité utile. Certains alliages peuvent être renforcés par dispersion et d'autres peuvent être durcis par vieillissement jusqu'à des niveaux de résistance très élevés.
différents types d'alliages métalliques
Le cuivre est essentiellement du cuivre commercialement pur, qui est généralement très doux et ductile, avec une teneur totale en impuretés pouvant atteindre environ 0,7 %. Ces matériaux sont utilisés pour leur conductivité électrique et thermique, leur résistance à la corrosion, leur aspect et leur couleur ainsi que leur facilité de traitement. Ils ont la conductivité électrique la plus élevée de tous les métaux techniques et sont très ductiles, faciles à braser et souvent à souder. Les applications typiques incluent le câblage et les raccords électriques, les barres omnibus, les échangeurs de chaleur, les toits, les revêtements muraux, les conduites d'eau, les conduites d'air et les équipements de traitement.
Les alliages à haute teneur en cuivre contiennent de petites quantités de divers éléments d'alliage tels que le béryllium, le chrome, le zirconium, l'étain, l'argent, le soufre ou le fer. Ces éléments modifient une ou plusieurs propriétés fondamentales du cuivre, telles que la résistance, la résistance au fluage, l'ouvrabilité ou la soudabilité. La plupart des utilisations sont similaires à celles indiquées ci-dessus pour le cuivre, mais les conditions d'application sont plus extrêmes.
Le laiton est un alliage cuivre-zinc contenant jusqu'à 45 % de zinc, avec l'ajout possible de petites quantités de plomb pour améliorer la maniabilité et d'étain pour plus de résistance. Les alliages cuivre-zinc sont monophasés et contiennent jusqu'à environ 37 % de zinc à l'état forgé. Les alliages monophasés ont une excellente ductilité et sont généralement utilisés à l'état écroui pour une meilleure résistance. Les alliages contenant plus d'environ 37 % de zinc sont des alliages duplex et ont une plus grande résistance que les alliages monophasés mais une ductilité limitée à température ambiante. Le laiton duplex est généralement coulé ou fini à chaud. Les utilisations typiques du laiton sont la construction, les conteneurs et composants étirés et rotatifs, les noyaux et réservoirs de radiateurs, les bornes électriques, les fiches et les luminaires, les serrures, les poignées de porte, les plaques signalétiques, la quincaillerie de plombier, les attaches, les cartouches, les cylindres pour les pompes.
Le bronze est un alliage de cuivre et d’étain, auquel s’ajoutent au moins du phosphore, de l’aluminium, du silicium, du manganèse et du nickel. Ces alliages peuvent atteindre une résistance élevée et une bonne résistance à la corrosion. Ils sont utilisés dans les ressorts et les fixations, les matrices de formage des métaux, les roulements, les bagues, les bornes, les contacts et les connecteurs, les accessoires et caractéristiques de construction. L'utilisation du bronze coulé pour les statues est bien connue.
Le cupro-nickel est un alliage de cuivre et de nickel contenant de petites quantités de fer et parfois de petites quantités d'autres alliages tels que le chrome ou l'étain. L'alliage présente une excellente résistance à la corrosion dans l'eau et est largement utilisé dans les applications d'eau de mer telles que les échangeurs de chaleur, les condenseurs, les pompes et les systèmes de tuyauterie, ainsi que le revêtement des coques de navires.
Le maillechort contient 55 à 65 % de cuivre allié au nickel et au zinc, et du plomb est parfois ajouté pour améliorer la maniabilité. Ces alliages doivent leur nom à leur apparence, qui est similaire à celle de l'argent sterling, bien qu'ils ne contiennent pas d'argent. Ils sont utilisés dans les bijoux et les plaques signalétiques et comme bases pour les plaques d'argent (EPNS), comme ressorts, attaches, pièces de monnaie, clés et pièces d'appareil photo.
