Quatre familles et trois systèmes de désignation
Les quatre familles de matériaux en cuivre sont séparées par l'élément qui est volontairement ajouté à la base en cuivre. Le cuivre pur, également appelé cuivre rouge, maintient le cuivre au-dessus d'environ 99,7 % et est désigné T, TU, TP ou TUP en Chine. Le laiton ajoute du zinc et est désigné H, comme dans H62 et H65. Le bronze ajoute un élément principal qui n'est ni le zinc ni le nickel, principalement l'étain, l'aluminium ou le silicium, et est désigné Q, comme dans QSn6.5-0.1. Le cupronickel ajoute du nickel et est désigné B, comme dans BFE10-1-1. Les mêmes matériaux sont connus internationalement par les numéros à cinq chiffres du système de numérotation unifié, où C11000 est du cuivre électrolytique dur, C27200 est à 63 % de laiton, C51000 est à 5 % de bronze phosphoreux d'étain et C70600 est à 90-10 de cupronickel. La pratique européenne utilise le système de numérotation EN 1412 avec des symboles tels que Cu-ETP, CuZn37 et CuNi10Fe1Mn. Les trois systèmes ne sont pas mécaniquement interchangeables : la même chimie peut porter des désignations différentes, et les limites de composition des normes GB/T 5231, ASTM B152/B152M, ASTM B36/B36M, ASTM B103/B103M, ASTM B122/B122M et EN 1412 doivent être lues dans la norme actuelle avant qu'une substitution ne soit approuvée.
Une chimie qui sépare les familles
| Matériel | Désignation chinoise | Numéro UNS | Composition principale |
|---|---|---|---|
| Cuivre pur | T2 | C11000 | Cu 99,90 % min, oxygène 0,02-0,04 % |
| Laiton | H62 | C27200 | Cu 60,5-63,5 %, solde Zn |
| Bronze phosphoreux | QSn6.5-0.1 | Type C5191 | Sn 6,0-7,0 %, P 0,10-0,25 %, équilibre Cu |
| Bronze d'aluminium | QAl10-4-4 | Type C63000 | Al environ 10 %, ajouts de Fe et Ni |
| Cupronickel | BFE10-1-1 | C70600 | Ni 9,0-11,0 %, Fe 1,0-1,8 %, Cu solde |
| Cupronickel | BFE30-1-1 | C71500 | Ni 29-33 %, Fe 0,4-1,0 %, solde Cu |
Comparaison de propriétés
| Propriété | Cuivre pur | H62 laiton | Bronze phosphoreux | 90-10 cupronickel |
|---|---|---|---|---|
| Densité, g/cm3 | 8.96 | 8.43 | 8.86 | 8.94 |
| Conductivité électrique, % IACS | 100-101 | 27-28 | environ 15 | vers 9 heures |
| Résistance à la traction, tempérament doux | 220-260 MPa | 340-430 MPa | 310-380 MPa | 275-380 MPa |
| Résistance à la traction, tempérament dur | 300-380 MPa | 520-620 MPa | 640-720 MPa | 480-550 MPa |
| Couleur | rougeâtre | jaune | or terne | blanc argenté |
| Meilleur-force connue | conductivité | formabilité et coût | printemps et usure | corrosion par l'eau de mer |
Il s'agit de valeurs typiques pour un matériau dans l'état indiqué plutôt que de minimums garantis, et elles illustrent pourquoi la substitution entre familles nécessite presque toujours une requalification de la pièce.
Comment choisir entre eux
La sélection suit l'exigence dominante. Si la pièce doit transporter du courant avec une perte minimale, le cuivre pur est la seule solution raisonnable, et le choix se réduit à la teneur en oxygène et à la trempe. Si la pièce doit être formée en profondeur, filée ou bridée à faible coût, le laiton est le choix pratique, avec une teneur plus élevée en cuivre offrant une meilleure ductilité à froid. Si la pièce doit agir comme un ressort, un contact ou une surface d'usure, du bronze phosphoreux ou un bronze à l'étain apparenté est utilisé car il maintient la charge pendant de nombreux cycles. Si la pièce doit survivre aux chlorures et à un écoulement d'eau rapide, le cupronickel prend le relais : le matériau 90-10 est le matériau le plus efficace, et le cupronickel 70-30 est choisi pour des vitesses d'écoulement et des pressions plus élevées. Là où une résistance élevée et une résistance à l’usure sont combinées à une exposition à l’eau de mer, le bronze d’aluminium est utilisé à la place, au prix d’une conductivité et d’une usinabilité moindres.
Identification et inspection à la réception
La couleur ne donne qu’une première indication et ne peut être invoquée pour l’acceptation. L'identification pratique combine mesure de densité, réponse magnétique, apparition d'étincelles ou de copeaux lors de l'usinage, et surtout analyse instrumentale. La pratique standard est l'analyse chimique spectrométrique selon GB/T 5121 ou ASTM E478, les tests de traction selon ASTM E8, la dureté selon ASTM E18 et la conductivité électrique par tests par courants de Foucault selon ASTM E1004, avec une résistivité mesurée selon ASTM B193 où une valeur de certificat doit être reproduite. Pour les pièces de monnaie et les pièces héritées similaires, la position historique est que les pièces de cuivre ont été coulées à partir des alliages disponibles à l'époque : les pièces jaunes étaient des alliages de cuivre-zinc, les pièces bleues ou grises-vertes étaient des alliages de cuivre-étain, et les périodes ultérieures utilisaient du laiton à la place du bronze. Les pièces de monnaie et les jetons modernes sont commandés selon un alliage défini plutôt que selon une couleur, et la même vérification instrumentale s'applique.
Foire aux questions
Q : Le cuivre rouge est-il toujours du cuivre pur ?
R : Le terme couvre les matériaux contenant plus de 99,7 % de cuivre, mais les qualités telles que TP2 contiennent des ajouts délibérés de phosphore et restent classées dans le groupe du cuivre pur.
Q : Quelle est la différence entre le laiton et le bronze ?
R : Le laiton est un alliage de cuivre-zinc, tandis que le bronze est un alliage de cuivre dont le principal ajout n'est ni le zinc ni le nickel, le plus souvent l'étain, l'aluminium ou le silicium.
Q : Laquelle des quatre familles conduit le mieux l’électricité ?
A : Cuivre pur, à 100-101 % IACS ; Le laiton H62 atteint 27-28 %, le bronze phosphoreux environ 15 % et le cupronickel 90-10 environ 9 %.
Q : Comment distinguer le cupronickel de l’acier inoxydable dans l’entrepôt ?
R : Par densité, qui est d'environ 8,9 g/cm3 pour le cupronickel contre environ 7,9 g/cm3 pour l'acier inoxydable austénitique, et par analyse spectrométrique, qui est le test d'acceptation en cas de litige.
Q : Quelle famille faut-il utiliser pour une canalisation d’eau de mer ?
A : Cupronickel BFE10-1-1 (C70600) pour le service général de l'eau de mer, BFE30-1-1 (C71500) où une vitesse et une pression plus élevées s'appliquent, ou bronze d'aluminium où la résistance à l'usure domine.
