Les quatre familles et comment elles sont définies
La confusion commence par les noms. Le cuivre rouge et le cuivre pur sont la même chose, un cuivre non allié à très haute teneur en cuivre ; le laiton est un alliage de cuivre-zinc ; le bronze désignait à l'origine un alliage de cuivre-étain, mais couvre désormais un groupe beaucoup plus large ; et le cuivre blanc, ou cupronickel, est un alliage de cuivre-nickel. Les familles sont nommées d'après l'élément qui domine l'alliage, et les désignations chinoises forgées pour chacune d'entre elles sont répertoriées ensemble dans le GB/T 5231, ce qui constitue le moyen le plus rapide de vérifier la signification réelle d'un nom commercial.
| Famille | Élément d'alliage principal | Désignation typique | Densité, kg/dm3 |
|---|---|---|---|
| Cuivre pur/cuivre rouge | aucun, Cu 99,70 % et plus | T1, T2, T3 | 8.9 |
| Laiton | zinc | H62, H68, H90 | 8,4 à 8,9 |
| Bronze | étain, aluminium, silicium ou autre | QSn6.5-0.1, QAl10-4-4 | 8,7 à 8,9 |
| Cuivre blanc / cupronickel | nickel | BFE10-1-1, BFE30-1-1 | 8.9 |
Cuivre pur et cuivre rouge
Le cuivre pur, appelé cuivre rouge dans le commerce, possède la conductivité électrique et thermique la plus élevée des quatre familles et une excellente formabilité à froid et à chaud. Le matériau de qualité T1 est raffiné à 99,95 % de cuivre et plus, T2 à environ 99,90 % et T3 à environ 99,70 % ; la conductivité diminue à mesure que la teneur en impuretés augmente, et la teneur en oxygène est presque aussi importante, car l'oxygène dissous provoque une porosité à la vapeur pendant le soudage et le brasage. Le cuivre de haute-pureté et à faible-oxygène est utilisé pour les barres omnibus, les conducteurs de câbles, les bobines d'induction, les électrodes d'électrogravure-et les échangeurs de chaleur, et il est normalement classé selon une classe de conductivité ainsi qu'une classe de pureté.
La faiblesse du cuivre pur est sa force. Sa résistance à la traction recuite se situe autour de 200 à 250 MPa, donc lorsqu'une pièce doit à la fois conduire et supporter une charge, un alliage dilué à haute teneur en cuivre-tel que le cuivre-chrome ou le cuivre-béryllium est choisi à la place.
Laiton
Le laiton est composé de cuivre et de zinc. Le laiton binaire simple, tel que H90 ou H68, est un alliage monophasé-apprécié pour sa ductilité, son emboutissage profond et ses surfaces propres ; Le laiton biphasé-tel que H62 et H59 a une résistance plus élevée et une meilleure usinabilité et constitue la base des qualités de décolletage-et de forgeage à chaud-. L'ajout de plomb améliore la casse des copeaux ; l'ajout d'étain, d'aluminium, de manganèse, de fer ou de silicium produit des laitons spéciaux avec une résistance plus élevée et une meilleure résistance à la corrosion.
| Propriété | Cuivre recuit T2 | Laiton, H62 | Cupronickel, 10% Ni |
|---|---|---|---|
| Conductivité électrique | environ 100 % SIGC | environ 27 à 28% SIGC | environ 9% SIGC |
| Résistance à la traction, ramollie | 200 à 250 MPa | 370 à 450 MPa | 290 à 380 MPa |
| Résistance à l'eau de mer | modéré, sujet à l'érosion | risque de dézincification dans les qualités de zinc-élevées | excellent |
Le laiton contenant plus d'environ 20 % de zinc est également sensible à la fissuration par corrosion sous contrainte dans une atmosphère humide contenant de l'ammoniac-, c'est pourquoi un recuit de détente est spécifié pour les pièces en laiton formées à froid-. Les tubes sans soudure en laiton, fabriqués à partir de qualités plus douces, sont encore largement utilisés pour les condenseurs, les canalisations à basse -température et les composants d'échange thermique.
Bronze
Le bronze est la famille des roulements. Le bronze à l'étain, désigné QSn dans la pratique chinoise, combine une bonne capacité de charge, un faible frottement et une résistance utile à la corrosion, mais l'étain est cher, c'est pourquoi les bronzes à l'étain au plomb et les qualités de coulée telles que CuSn7ZnPb restent le choix en volume pour les bagues et les roues à vis sans fin. Le bronze d'aluminium, par exemple QAl10-4-4 ou la qualité coulée CuAl10Fe5Ni5-C, est beaucoup plus solide et bien plus résistant à l'érosion par l'eau de mer, et constitue le matériau standard pour les hélices, les pompes et les vannes en service maritime. Le bronze au silicium est utilisé lorsqu'une combinaison de résistance, de soudabilité et de résistance à la corrosion est nécessaire sous forme fabriquée plutôt que coulée.
Le nom commercial "bronze rouge" est appliqué à certains bronzes à l'étain à haute teneur en cuivre car ils sont rougeâtres plutôt que dorés, ce qui explique en partie pourquoi les noms de famille ne sont pas fiables dans les documents d'achat : la désignation de l'alliage et la norme, et non la couleur, doivent être écrites sur la commande.
Cuivre blanc et conseils de sélection
Le cuivre blanc est défini par le nickel comme principal élément d'alliage. Il présente la meilleure résistance à la corrosion par l'eau de mer des quatre familles, une bonne résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte, une résistance électrique stable en fonction de la température et un aspect argenté, c'est pourquoi il est utilisé pour les tubes de condenseur, les canalisations d'eau de mer, les fils de résistance, les pièces de monnaie et les pièces d'instruments. C'est également le conducteur le plus faible des quatre familles, autour de 9 % IACS pour la nuance 10 % nickel.
La conductivité d'abord : utilisez du cuivre pur, et si la résistance est également nécessaire, passez à un alliage dilué à haute teneur en cuivre-.
L'usinage et le formage sont d'abord économiques : utilisez du laiton et choisissez la nuance en fonction de la teneur en zinc et de la résistance requise.
Résistance aux roulements et à l'usure : utilisez du bronze à l'étain pour un fonctionnement fluide, du bronze à l'aluminium pour la charge et l'érosion marine.
Service eau de mer ou chlorure humide : utilisez du cupronickel, du bronze aluminium pour les composants moulés et du bronze nickel-aluminium pour la résistance à la cavitation.
Indiquez toujours la norme et la désignation, l'état, la forme du produit et la conductivité ou la classe mécanique requise, car les noms commerciaux tels que cuivre rouge ou cuivre blanc ne définissent pas de spécification.
Foire aux questions
Q : Le cuivre rouge est-il identique au cuivre pur ?
R : Oui. Le cuivre rouge est le nom commercial du cuivre non allié de haute pureté-. Les qualités telles que T1, T2 et T3 diffèrent principalement par la teneur en cuivre et les niveaux d'impuretés résiduelles, qui contrôlent à leur tour la conductivité et le comportement au soudage.
Q : Quelle est la différence entre le laiton et le bronze ?
R : Le laiton est principalement allié au zinc et le bronze à l'étain ou à d'autres éléments tels que l'aluminium ou le silicium. Le laiton est généralement plus usinable et moins cher, tandis que le bronze offre un meilleur comportement portant et, dans la famille des bronzes d'aluminium, une résistance bien plus élevée à l'eau de mer.
Q : Le cuivre blanc est-il un type de laiton ?
R : Non. Le cuivre blanc est un alliage de cuivre-nickel. Sa couleur argentée et sa faible teneur en zinc le distinguent du laiton, et il est sélectionné principalement pour sa résistance à l'eau de mer et pour sa résistance électrique stable.
Q : Quelle famille a la conductivité électrique la plus élevée ?
R : Cuivre pur, à près de 100 % IACS à l'état mou recuit. Le laiton se situe autour de 27 à 28 % IACS, le bronze est encore plus bas et la teneur en nickel cupronickel à 10 % est généralement d'environ 9 % IACS.
Q : Pourquoi le laiton se fissure-t-il en service ?
R : Le laiton à haute teneur en zinc-qui a été formé à froid conserve les contraintes résiduelles et peut échouer par fissuration par corrosion sous contrainte dans une atmosphère humide contenant de l'ammoniac ou des sels d'ammonium. Le recuit de détente après formage élimine la majeure partie de ce risque.
Q : Comment dois-je rédiger une commande d’alliage de cuivre pour éviter toute confusion ?
R : Indiquez la norme, la désignation de l'alliage, la forme du produit, l'état, la dimension et la tolérance, ainsi que la classe mécanique ou de conductivité requise. Les noms commerciaux à eux seuls, tels que le cuivre rouge ou le cuivre blanc, ne constituent pas des spécifications.
