Alliages de cuivre

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Définition des alliages de cuivre

Les alliages de cuivre sont des alliages métalliques dont le cuivre est le composant principal. Ils ont une haute résistance à la corrosion. Les types traditionnels les plus connus sont le bronze, où l'étain est un ajout important, et le laiton, utilisant du zinc à la place.

Quels sont les avantages des alliages de cuivre ?

Longue durée de vie garantie par la résistance à la corrosion
Les alliages de cuivre sont appréciés pour leur superbe résistance à la corrosion. Cela est dû à la capacité naturelle du cuivre à former une couche protectrice d’oxyde sur sa surface lorsqu’il est exposé à l’air, qui agit comme une barrière contre la corrosion. L'ajout d'autres éléments au cuivre, tels que l'étain, le nickel et le zinc, peut encore améliorer la résistance à la corrosion des alliages de cuivre.

Haute conductivité, satisfaisant différentes conditions
En plus d'avoir une longue durée de vie, les alliages de cuivre sont également connus pour leur conductivité électrique élevée, juste derrière l'argent. Les alliages de cuivre contiennent un nombre élevé d’électrons libres qui peuvent se déplacer facilement à travers le matériau, permettant ainsi à l’électricité de circuler avec une résistance minimale. Cette propriété rend les alliages de cuivre viables pour les applications électriques et électroniques.
L’une des utilisations les plus courantes des alliages de cuivre concerne le câblage électrique. Le câblage en cuivre est utilisé dans les maisons, les bâtiments commerciaux et les applications industrielles en raison de sa conductivité élevée et de sa faible résistance. Les alliages de cuivre sont également utilisés dans les connecteurs électriques, les interrupteurs et autres composants électriques qui nécessitent des performances fiables et efficaces.
En plus de leur conductivité électrique élevée, les alliages de cuivre possèdent également une excellente conductivité thermique. Cette propriété rend les alliages de cuivre idéaux pour une utilisation dans les échangeurs de chaleur et d’autres applications nécessitant un transfert de chaleur efficace.

Résistance au biofouling et repousse les algues et les balanes
Les propriétés antimicrobiennes naturelles du cuivre, combinées à sa capacité à former une couche d’oxyde protectrice, en font un matériau envisageable pour les applications marines. Les alliages de cuivre peuvent inhiber efficacement la croissance de micro-organismes, tels que les bactéries et les algues, sur leurs surfaces, réduisant ainsi l'accumulation de bio-encrassement et améliorant les performances et l'efficacité des structures marines.
Les alliages cuivre-nickel en particulier se sont révélés très efficaces pour prévenir l’encrassement biologique. Ces alliages peuvent résister à la fixation des organismes marins et sont couramment utilisés dans les applications marines, telles que les coques de navires, les hélices et les systèmes de tuyauterie.

Rétention de force, ténacité et fragilité
Les alliages de cuivre sont bien connus pour leurs excellentes propriétés mécaniques, notamment leur résistance, leur ductilité et leur ténacité élevées. Ces propriétés font des alliages de cuivre un matériau idéal pour une large gamme d'applications, en particulier celles qui nécessitent des performances fiables dans des conditions exigeantes.
La plupart des alliages de cuivre peuvent conserver leur résistance et leurs propriétés mécaniques dans une large plage de températures et d'environnements. Les alliages cuivre-nickel, par exemple, ont une résistance et une ténacité élevées, même à basse température, ce qui les rend adaptés à une utilisation dans des applications cryogéniques. Les alliages cuivre-zinc, tels que le laiton, sont également appréciés pour leur résistance et leur ténacité élevées et sont couramment utilisés dans des applications nécessitant une bonne résistance à l'usure, telles que les engrenages à vis sans fin et les roulements.
Les alliages de cuivre sont également connus pour leur résistance à la fatigue et à la fissuration par corrosion sous contrainte. Ces propriétés font des alliages de cuivre un matériau privilégié pour les applications qui nécessitent des performances fiables sur de longues périodes, comme dans les applications aérospatiales et automobiles.

Excellente usinabilité et facilité de fabrication
Les alliages de cuivre ont une excellente usinabilité en raison de leur combinaison unique de propriétés, notamment leur conductivité thermique élevée, leur faible dureté et leur bonne ductilité. Ces propriétés permettent aux alliages de cuivre d’être facilement usinés, façonnés et transformés en pièces et composants complexes.
Une conductivité thermique élevée signifie que les alliages de cuivre dissipent rapidement la chaleur pendant l'usinage, réduisant ainsi le risque de dommages thermiques à la pièce et à l'outil de coupe. De plus, la faible dureté des alliages de cuivre signifie qu'ils peuvent être usinés en utilisant de faibles forces et vitesses de coupe, ce qui réduit l'usure des outils et augmente leur durée de vie.
En d’autres termes, les alliages de cuivre sont dotés d’une excellente usinabilité. Les alliages de cuivre sont plus tendres que de nombreux autres métaux, tels que l'acier et le titane, ce qui les rend plus faciles à usiner et à former des formes et des pièces complexes. Cette propriété fait des alliages de cuivre un matériau approprié pour une large gamme de processus d’usinage et de fabrication, notamment le fraisage, le tournage, le perçage et le meulage.

Quelles sont les caractéristiques des alliages de cuivre ?

Conductivité électrique
Comme mentionné précédemment, le cuivre offre une bonne conductivité électrique. Bien que certains alliages de cuivre soient plus conducteurs que d’autres, tous les alliages de cuivre sont électriquement conducteurs dans une certaine mesure.

Conductivité thermique élevée
Le cuivre est un excellent conducteur de chaleur, ce qui le rend adapté aux applications nécessitant un transfert de chaleur rapide.

Non magnétique
Le cuivre est anti-étincelles et non magnétique, ce qui en fait un choix idéal pour les outils spéciaux et les applications militaires.

Recyclable
Le cuivre peut être recyclé une infinité de fois sans perdre aucune de ses propriétés.

Résistance à la corrosion

Le cuivre a une faible réactivité, ce qui signifie qu'il n'a pas tendance à se corroder lorsqu'il est exposé à différents éléments tels que l'humidité, certains produits chimiques, etc.

Durabilité

Le cuivre et les alliages de cuivre sont très solides et durables, ce qui permet de fabriquer des produits et des équipements durables.

Propriétés antimicrobiennes

Il a été spécifiquement démontré que les alliages de cuivre réduisent la contamination microbienne, ce qui en fait un excellent complément aux pratiques existantes de contrôle des infections.

Types courants d’alliages de cuivre

Cuivre à brai résistant aux électrolyses (ETP)
Le cuivre électrolytique à brai résistant, UNS C11000, est du cuivre pur (avec un maximum de 0,0355 % d'impuretés) raffiné par un processus de raffinage électrolytique et il s'agit de la qualité de cuivre la plus largement utilisée. cuivre partout dans le monde. L'ETP a un indice de conductivité minimum de 100 % IACS et doit être pur à 99,9 %. Il a une teneur en oxygène de 0,02 % à 0,04 % (typique). Le câblage électrique constitue le marché le plus important pour l’industrie du cuivre. Cela comprend le câblage d'alimentation structurel, le câble de distribution d'énergie, les fils d'appareils, les câbles de communication, les fils et câbles automobiles et les fils magnétiques. Environ la moitié de tout le cuivre extrait est utilisé pour la fabrication de fils et de câbles électriques. Le cuivre pur possède la meilleure conductivité électrique et thermique de tous les métaux commerciaux. La conductivité du cuivre est 97 % de celle de l'argent. En raison de son coût bien inférieur et de sa plus grande abondance, le cuivre est traditionnellement le matériau standard utilisé pour les applications de transport d’électricité.

Laiton
Le laiton est le terme générique désignant une gamme d’alliages cuivre-zinc. Le laiton peut être allié au zinc dans différentes proportions, ce qui donne un matériau aux propriétés mécaniques, corrosives et thermiques variables. Des quantités accrues de zinc confèrent au matériau une résistance et une ductilité améliorées. Les laitons avec une teneur en cuivre supérieure à 63 % sont les plus ductiles de tous les alliages de cuivre et sont façonnés par des opérations complexes de formage à froid. Le laiton a une malléabilité plus élevée que le bronze ou le zinc. Le point de fusion relativement bas du laiton et sa fluidité en font un matériau relativement facile à couler. La couleur de la surface du laiton peut varier du rouge au jaune en fonction de la teneur en zinc. Certaines des utilisations courantes des alliages de laiton comprennent les bijoux fantaisie, les serrures, les charnières, les engrenages, les roulements, les raccords de tuyaux, les boîtiers de munitions, les radiateurs automobiles, les instruments de musique, les emballages électroniques et les pièces de monnaie. Le laiton et le bronze sont des matériaux d'ingénierie courants dans l'architecture moderne et principalement utilisés pour le revêtement de toiture et de façade en raison de leur aspect visuel.

Bronze
Les bronzes sont une famille d'alliages à base de cuivre traditionnellement alliés à l'étain, mais peuvent faire référence à des alliages de cuivre et d'autres éléments (par exemple l'aluminium, le silicium et le nickel). Les bronzes sont un peu plus résistants que les laitons, mais ils présentent néanmoins un degré élevé de résistance à la corrosion. Généralement, ils sont utilisés lorsque, outre la résistance à la corrosion, de bonnes propriétés de traction sont requises. Par exemple, le cuivre-béryllium atteint la plus grande résistance (jusqu'à 1 400 MPa) de tous les alliages à base de cuivre.

Alliage cuivre-nickel
Les cupronickels sont des alliages cuivre-nickel qui contiennent généralement de 60 à 90 pour cent de cuivre et de nickel comme principal élément d'alliage. Les deux principaux alliages sont le 90/10 et le 70/30. D'autres éléments renforçants, tels que le manganèse et le fer, peuvent également être contenus. Les cupronickels ont une excellente résistance à la corrosion provoquée par l’eau de mer. Malgré sa forte teneur en cuivre, le cupronickel est de couleur argentée. L'ajout de nickel au cuivre améliore également la solidité et la résistance à la corrosion, tout en conservant une bonne ductilité.

Argent nickel
Le maillechort, également connu sous le nom d'argent allemand, de laiton nickelé ou d'alpacca, est un alliage de cuivre avec du nickel et souvent du zinc. Par exemple, l'alliage de cuivre UNS C75700 nickel-argent 65-12 présente une bonne résistance à la corrosion et au ternissement, ainsi qu'une formabilité élevée. Le maillechort doit son nom à son aspect argenté, mais il ne contient aucun argent élémentaire à moins d'être plaqué.

Processus des alliages de cuivre

Exploitation minière
L’exploitation des minerais de cuivre se fait généralement dans de grandes mines à ciel ouvert. Ce sont des trous ouverts et étagés dans le sol qui sont progressivement creusés plus profondément. Des explosifs sont utilisés pour faire exploser la roche et les rochers résultants sont transportés pour être broyés en morceaux plus petits en vue de leur traitement.

Extraction
Selon les deux types courants de minerai de cuivre, il existe deux principaux procédés de purification. Un procédé hydrométallurgique est utilisé pour les minerais oxydés. Le minerai broyé est mis en tas et une solution de lixiviation acide s'infiltre à travers le tas. Cela crée une solution de lixiviation enceinte. Un procédé pyrométallurgique est utilisé pour les minerais sulfurés. L'extraction du minerai se fait par flottation par mousse et épaississement selon la densité des particules.

Purification
Pour les minerais oxydés, l'hydrométallurgie est utilisée. Cela signifie que la solution de lixiviation riche est envoyée vers un processus d'extraction par solvant pour concentrer le cuivre dans la solution. Cette solution est ensuite envoyée vers l'extraction électrolytique, où l'électricité est utilisée pour déposer le cuivre solide. Pour les minerais sulfurés, la pyrométallurgie est utilisée, ce qui signifie qu’une fonderie est utilisée pour créer le cuivre brut. Celui-ci est ensuite purifié davantage par électroraffinage.

Alliage
Les alliages de cuivre sont fabriqués en faisant d'abord fondre le matériau d'alliage, puis en faisant fondre le cuivre pour y ajouter. Le mélange fondu est ensuite coulé et laissé refroidir et se solidifier.

Électroraffinage
L’électroraffinage du cuivre consiste à dissoudre électrolytiquement du cuivre impur en solution. Le cuivre pur est déposé électrochimiquement sur une électrode en appliquant un courant électrique à travers la solution. Cela élimine les impuretés du cuivre pour obtenir une pureté plus élevée. Cependant, le processus est coûteux et nécessite une consommation électrique très élevée.

Comment entretenir les alliages de cuivre ?

Nettoyer régulièrement et doucement
Nettoyer régulièrement et en douceur vos pièces en alliage de cuivre est le meilleur moyen de les entretenir. Vous pouvez utiliser un chiffon doux imbibé d'eau tiède savonneuse pour essuyer délicatement la saleté, la poussière et les huiles de vos articles. Si un nettoyage plus approfondi est nécessaire, utilisez une solution détergente douce ou un nettoyant à base d'alcool avec de l'eau tiède pour aider à éliminer le ternissement et l'oxydation de la pièce. N'utilisez pas de matériaux abrasifs tels que de la laine d'acier ou des tampons à récurer, car cela pourrait endommager la finition de l'article.

Stocker correctement
Un bon stockage de vos pièces en alliage de cuivre est essentiel pour les conserver en bon état dans le temps. Lorsque vous stockez tout type d’œuvre d’art en métal, il est important de la conserver à l’écart des températures extrêmes (chaudes ou froides), des environnements humides et de la lumière directe du soleil – autant de choses qui peuvent provoquer de la corrosion ou une décoloration au fil du temps. Le stockage des articles dans des contenants hermétiques aidera également à prévenir le ternissement dû à l'exposition à l'oxygène de l'air. Assurez-vous également que les autres métaux ne frottent pas les uns contre les autres, car cela provoquerait des rayures sur la surface de vos pièces en alliage de cuivre.

Limiter l’exposition à l’humidité
Lorsque vous portez des bijoux en alliage de cuivre comme des bagues ou des colliers, essayez de ne pas les exposer à une humidité excessive, comme la sueur ou une piscine, pendant de longues périodes, car cela pourrait provoquer une décoloration ou un ternissement de la surface de la pièce. Il est préférable de retirer tous les bijoux avant de prendre une douche ou de nager afin de pouvoir conserver leur éclat d'origine plus longtemps.

Les considérations pour l’achat

Conductivité électrique
Le cuivre possède la conductivité la plus élevée parmi les 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 majeure de conductivité.

Conductivité thermique
Cette propriété est similaire à la conductivité électrique. Des alliages de cuivre peuvent être utilisés pour cette propriété, où une bonne résistance à la corrosion compense la perte de conductivité due à un alliage accru.

Couleur et apparence
De nombreux alliages de cuivre ont une couleur distinctive, qui peut changer avec le temps. Pour la plupart des alliages, il est facile de préparer et de maintenir la surface à un niveau élevé, même dans des conditions de corrosion défavorables. De nombreux alliages sont utilisés dans des applications décoratives, soit sous leur forme native, soit après placage métallique. Les alliages ont des couleurs spécifiques, allant du rose saumon du cuivre au jaune, or et vert jusqu'au bronze foncé à l'état patiné. L'exposition atmosphérique peut produire une surface verte ou bronze, et les alliages prépatinés sont disponibles sous 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.

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Questions fréquemment posées

Q : Quelles sont les utilisations du cuivre et des alliages de cuivre ?

R : Historiquement, l'alliage du cuivre avec un autre métal, par exemple l'étain, pour fabriquer du bronze, a été pratiqué pour la première fois environ 4 000 ans après la découverte de la fusion du cuivre, et environ 2 000 ans après que le « bronze naturel » soit devenu d'usage général. Une civilisation ancienne est définie comme étant à l'âge du bronze soit en produisant du bronze en fondant son propre cuivre et en l'alliant avec de l'étain, de l'arsenic ou d'autres métaux. Les principales applications du cuivre sont les fils électriques (60 %), la toiture et la plomberie (20 %) et les machines industrielles (15 %). Le cuivre est principalement utilisé comme métal pur, mais lorsqu'une plus grande dureté est requise, il est incorporé dans des alliages tels que le laiton et le bronze (5 % de l'utilisation totale). Le cuivre et les alliages à base de cuivre dont les laitons (Cu-Zn) et les bronzes (Cu-Sn) sont largement utilisés dans différentes applications industrielles et sociétales. Certaines des utilisations courantes des alliages de laiton comprennent les bijoux fantaisie, les serrures, les charnières, les engrenages, les roulements, les boîtiers de munitions, les radiateurs automobiles, les instruments de musique, les emballages électroniques et les pièces de monnaie. Le bronze, ou des alliages et mélanges semblables au bronze, ont été utilisés pour les pièces de monnaie sur une période plus longue. est encore largement utilisé aujourd'hui pour les ressorts, les roulements, les bagues, les roulements pilotes de transmission automobile et les raccords similaires, et est particulièrement courant dans les roulements des petits moteurs électriques. Le laiton et le bronze sont des matériaux d'ingénierie courants dans l'architecture moderne et principalement utilisés pour le revêtement de toiture et de façade en raison de leur aspect visuel.

Q : Quelles sont les propriétés des alliages de cuivre ?

R : Les propriétés des matériaux sont des propriétés intensives, ce qui signifie qu'elles sont indépendantes de la quantité de masse et peuvent varier d'un endroit à l'autre au sein du système à tout moment. La base de la science des matériaux consiste à étudier la structure des matériaux et à les relier à leurs propriétés (mécaniques, électriques, etc.). Une fois qu’un scientifique des matériaux connaît cette corrélation structure-propriété, il peut alors étudier les performances relatives d’un matériau dans une application donnée. Les principaux déterminants de la structure d'un matériau et donc de ses propriétés sont les éléments chimiques qui le constituent et la manière dont il a été transformé jusqu'à sa forme finale.

Propriétés mécaniques des alliages de cuivre

Les matériaux sont fréquemment choisis pour diverses applications car ils présentent des combinaisons souhaitables de caractéristiques mécaniques. Pour les applications structurelles, les propriétés des matériaux sont cruciales et les ingénieurs doivent en tenir compte.

Résistance des alliages de cuivre

En mécanique des matériaux, la résistance d’un matériau est sa capacité à résister à une charge appliquée sans rupture ni déformation plastique. La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou le changement des dimensions du matériau qui en résulte. La résistance d’un matériau est sa capacité à résister à cette charge appliquée sans rupture ni déformation plastique.

Résistance à la traction ultime

La résistance à la traction ultime du cuivre à brai électrolytiquement résistant (ETP) est d'environ 250 MPa.

La résistance à la traction ultime de la cartouche en laiton – UNS C26000 est d'environ 315 MPa.

La résistance à la traction ultime du bronze d'aluminium – UNS C95400 est d'environ 550 MPa.

La résistance à la traction ultime du bronze à l'étain – UNS C90500 – en bronze à canon est d'environ 310 MPa.

La résistance à la traction ultime du cuivre-béryllium – UNS C17200 est d’environ 1 380 MPa.

La résistance à la traction ultime du cupronickel – UNS C70600 est d’environ 275 MPa.

La résistance à la traction ultime du maillechort – UNS C75700 est d'environ 400 MPa.

La résistance à la traction ultime est le maximum sur la courbe contrainte-déformation technique. Cela correspond à la contrainte maximale que peut supporter une structure en traction. La résistance à la traction ultime est souvent abrégée en « résistance à la traction » ou même en « ultime ». Si cette contrainte est appliquée et maintenue, une fracture en résultera. Souvent, cette valeur est nettement supérieure à la limite d'élasticité (jusqu'à 50 à 60 % de plus que la limite d'élasticité pour certains types de métaux). Lorsqu'un matériau ductile atteint sa résistance ultime, il subit une striction où la section transversale diminue localement. La courbe contrainte-déformation ne contient pas de contrainte supérieure à la résistance ultime. Même si les déformations peuvent continuer à augmenter, la contrainte diminue généralement une fois la résistance ultime atteinte. C'est une propriété intensive ; sa valeur ne dépend donc pas de la taille de l'éprouvette. Cependant, cela dépend d'autres facteurs, tels que la préparation de l'éprouvette, la présence ou non de défauts de surface et la température de l'environnement et du matériau d'essai. Les résistances ultimes à la traction varient de 50 MPa pour un aluminium jusqu'à 3 000 MPa pour les aciers à très haute résistance.

Limite d'élasticité

La résistance mécanique du cuivre à brai électrolytique (ETP) est comprise entre 60-300 MPa.

La limite d'élasticité du bronze d'aluminium – UNS C95400 est d'environ 250 MPa.

La limite d'élasticité du bronze à l'étain – UNS C90500 – est d'environ 150 MPa.

La limite d'élasticité du cuivre-béryllium – UNS C17200 est d'environ 1 100 MPa.

La limite d'élasticité du cupronickel – UNS C70600 est d'environ 105 MPa.

La limite d'élasticité du maillechort – UNS C75700 est d'environ 170 MPa.

La limite d'élasticité est le point sur une courbe contrainte-déformation qui indique la limite du comportement élastique et le début du comportement plastique. La limite d'élasticité ou limite d'élasticité est la propriété du matériau définie comme la contrainte à laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement, tandis que la limite d'élasticité est le point où commence la déformation non linéaire (élastique + plastique). Avant la limite d'élasticité, le matériau se déforme élastiquement et reprend sa forme originale lorsque la contrainte appliquée est supprimée. Une fois la limite d’élasticité dépassée, une partie de la déformation sera permanente et irréversible. Certains aciers et autres matériaux présentent un comportement appelé phénomène de limite d'élasticité. Les limites d'élasticité varient de 35 MPa pour un aluminium à faible résistance à plus de 1 400 MPa pour les aciers à très haute résistance.

Dureté des alliages de cuivre

La dureté Vickers du cuivre à brai électrolytiquement résistant (ETP) dépend grandement de l'état du matériau, mais elle se situe entre 50 et 150 HV.

La dureté Brinell de la cartouche en laiton – UNS C26000 est d'environ 100 MPa.

La dureté Brinell du bronze d'aluminium – UNS C95400 est d'environ 170 MPa. La dureté des bronzes d'aluminium augmente avec la teneur en aluminium (et autres alliages) ainsi qu'avec les contraintes provoquées par le travail à froid.

La dureté Brinell du bronze à l'étain – UNS C90500 – du métal à canon est d'environ 75 BHN.

La dureté Rockwell du cuivre-béryllium – UNS C17200 est d'environ 82 HRB.

La dureté Brinell du cupronickel – UNS C70600 est d’environ HB 100.

La dureté Rockwell du maillechort – UNS C75700 est d'environ 45 HRB.

Q : Quelle est la différence entre le laiton et le bronze ?

R : Les laitons sont des alliages à base de cuivre qui contiennent du zinc comme principal élément d'alliage. Cet alliage zinc-cuivre peut également contenir des quantités mineures d'autres éléments tels que le fer, le nickel, le silicium ou l'aluminium. Un exemple typique est le 60-40 laiton jaune, désigné C85500. L'alliage zinc-cuivre contient 59 à 63 % de cuivre, environ 40 % de zinc et 0,8 % d'aluminium. C’est la teneur élevée en zinc qui permettrait au matériau d’être classé comme laiton. Les bronzes sont des alliages à base de cuivre dans lesquels le principal élément d'alliage n'est ni le zinc ni le nickel. À l’origine, le terme « bronze » décrivait les alliages de cuivre qui utilisaient l’étain comme seul ou principal élément d’alliage. Cette nomenclature a cependant évolué. Le terme bronze est maintenant utilisé avec un modificateur précédent qui décrit le type de bronze dont il s'agit, en indiquant le ou les principaux éléments d'alliage. Par exemple, le MTEK 175/C95400 est appelé bronze d'aluminium car il est composé de 11 % d'aluminium en plus de 85 % de cuivre et 4 % de fer. MTEK 83-7-7-3/C93200 est un bronze à l'étain à haute teneur en plomb car il contient 7 % d'étain et 7 % de plomb en plus de 83 % de cuivre et 3 % de zinc. Ces exemplaires répondent aux critères d'un bronze. Le principal élément d'alliage n'est ni le zinc ni le nickel, et ses mots modificateurs décrivent pleinement les alliages comme contenant des quantités substantielles d'aluminium dans le cas du bronze d'aluminium et de plomb et d'étain dans le cas du bronze à haute teneur en plomb-étain. Une fois la différenciation du laiton et du bronze établie, nos discussions se limiteront en grande partie à la famille des alliages du bronze. Les alliages de bronze conviennent particulièrement à un large éventail d'applications industrielles.

Q : Quels autres alliages de cuivre existe-t-il en plus du laiton et du bronze courants ?

R : Bronze d'aluminium

Les bronzes d'aluminium sont une famille d'alliages contenant de l'aluminium comme principal élément d'alliage. Cependant, ils peuvent également contenir du fer et du nickel. L'aluminium ajoute considérablement aux propriétés de l'alliage, au point que sa résistance est comparable à celle d'un acier au carbone moyen. Les bronzes d'aluminium présentent de nombreuses autres caractéristiques intéressantes.

Les premières applications provenaient principalement de la solidité et des propriétés de résistance à la corrosion du matériau. La reconnaissance d'autres propriétés a conduit à l'utilisation de bronzes d'aluminium pour une variété de pièces exigeant dureté, résistance à l'usure et au grippage et faible perméabilité magnétique. D'autres caractéristiques incluent la résistance à la cavitation, à l'érosion, au ramollissement et à l'oxydation à des températures élevées. Ces propriétés, associées à la facilité de soudabilité, ont considérablement étendu leurs utilisations.

Il existe quelques grands groupes dans la famille des Bronzes d'Aluminium : les Bronzes d'Aluminium et les Bronzes d'Aluminium Nickel. Le bronze d'aluminium contient environ 9-14 % d'aluminium et 4 % de fer, tandis que le bronze d'aluminium au nickel contient environ 9-11 % d'aluminium, 4 % de fer et 5 % de nickel. Cet ajout de nickel dans ce dernier améliore encore la résistance à la corrosion d'un matériau déjà résistant dans ce domaine.

La réactivité au traitement thermique permet aux alliages de ce groupe contenant moins de 10 % d'aluminium d'avoir une résistance à la corrosion considérablement améliorée pour une utilisation dans des environnements agressifs. Les alliages avec une teneur en aluminium supérieure à 12 % possèdent une excellente résistance à la compression et d'excellentes caractéristiques anti-grippage. Ces propriétés produisent des alliages parfaitement adaptés à l’emboutissage profond et au formage des aciers inoxydables. De plus, ce groupe de bronzes possède des propriétés mécaniques élevées et est utilisé pour les engrenages, les plaques d'usure, les applications résistantes à la corrosion, les roulements, les presse-étoupes et les pièces structurelles.

Certains bronzes d'aluminium typiques incluent : MTEK 125/C95200, MTEK 175/C95400, MTEK 275/C95900 et MTEK 375.

Nickel Aluminium Bronze

Ce groupe d'alliages contient du nickel et est principalement sélectionné lorsqu'une combinaison de résistance élevée, de résistance à la corrosion et de résistance aux dommages par cavitation et par érosion est requise. Ils ont un historique de performances fiables dans les applications d’eau de mer. Ils fonctionnent particulièrement bien dans des conditions stagnantes car la résistance aux attaques par piqûres et à la corrosion caverneuse est supérieure à celle des aciers inoxydables de la série 300. Les alliages sont plus résistants que l’acier inoxydable de la série 300.

Les alliages de la famille des bronzes d'aluminium et de la famille des bronzes au nickel-aluminium possèdent une excellente usinabilité, sont facilement soudables et peuvent être assemblés avec succès à de nombreux autres alliages différents. Cette polyvalence permet leur utilisation dans une variété d'applications.

Les alliages typiques de ce groupe comprennent : MTEK 230/C95500 et MTEK 230-N/C95800.

Bronze à l'étain

Ce groupe d’alliages est constitué de cuivre, le principal élément d’alliage étant l’étain. La présence d’étain confère des propriétés mécaniques élevées au prix d’un coût du métal plus élevé. Les bronzes à haute teneur en étain sont cependant particulièrement adaptés à certaines applications pour lesquelles les bronzes moins chers ne conviennent pas. Les variations chimiques, en particulier l'ajout de plomb, sont principalement conçues pour améliorer les caractéristiques d'usinabilité et l'étanchéité à la pression. Les alliages de ce groupe sont particulièrement résistants à la corrosion provoquée par certains matériaux spécifiques.

En général, ces alliages peuvent fonctionner comme roulements à des températures maximales allant jusqu'à 500 degrés F/260 degrés et des charges de 4 000 lb. par pouce carré. Les roulements de ces alliages doivent cependant être très soigneusement alignés et lubrifiés positivement, et ils nécessitent des arbres plus durs que les bronzes à haute teneur en plomb.

Les alliages de bronze à l'étain sont régulièrement utilisés dans les applications de service à charges lourdes et à basse vitesse. Ils constituent donc les meilleurs alliages pour engrenages offrant une longue durée de vie sous de lourdes charges. Ils sont utilisés pour les bagues d'axe de piston, les guides de soupape, les roulements de laminoirs, les roulements à vis sans fin, les roulements pilotes et les bagues de liaison pour l'industrie des machines-outils. Ils sont également utilisés pour les raccords de vapeur, les roues de pompe et les bagues d'étanchéité.

Certains alliages populaires dans le groupe du bronze à l'étain sont : MTEK Tin Bronze/C90500, MTEK 65/C90700, Navy G 1 % Lead/C92300, MTEK 87-11-0-1/C92500 et MTEK Leaded Tin Bronze/C92700.

Bronze à l'étain à haute teneur en plomb (bronze à roulement)

Quatre alliages répertoriés ci-dessous contiennent du plomb en quantités allant jusqu'à 25 %. Il s'agit d'un groupe représentatif de bronzes à l'étain à haute teneur en plomb les plus largement utilisés pour les roulements et les bagues. Leur capacité de charge varie directement en fonction de leur teneur en étain. Cependant, il sera également impacté par la présence de petites quantités d’autres éléments d’alliage tels que le nickel et le phosphore. Le plomb contenu dans l’alliage est insoluble et est finement dispersé mécaniquement dans la matrice cuivre-étain. Cette combinaison donne une bonne capacité de charge et une bonne ténacité en raison de la teneur en cuivre-étain et donne un pouvoir lubrifiant, une conformabilité et une intégrabilité grâce au plomb libre qui est gelé dans l'alliage.

Ces alliages sont des alliages de roulements supérieurs lorsque toutes les propriétés et tous les coûts sont pris en compte. Ils vont de températures de fonctionnement maximales de 450 degrés F / 230 degrés et de capacités de charge de 4,000 livres. par pouce carré pour ceux ayant la teneur en étain la plus élevée jusqu'à des températures de fonctionnement maximales de 400 degrés F/200 degrés et des capacités de charge de 3 500 lb. par pouce carré pour ceux dont la teneur en étain est la plus faible.

Les bronzes à roulements typiques de cette famille sont : MTEK 83-7-7-3/C93200, MTEK 80-10-10/C93700, MTEK 79-6-15 Hi Lead/C93900 et MTEK 943/C94300.

Alliages de béarium

Depuis plus de 60 ans, Bearium® Metals a été choisi pour ses performances dans les conditions de fonctionnement les plus difficiles. Il s'agit d'alliages de bronze et d'étain à haute teneur en plomb contenant du cuivre vierge, de l'étain et du plomb spécialement traité. Les métaux Bearium® peuvent être utilisés là où d'autres matériaux de roulement peuvent échouer en raison de la vitesse, de la charge, de la température ou là où la lubrification est difficile, impossible ou simplement négligée.

Il existe quatre niveaux disponibles : B-4, B-8, B-10, B-11. B-4 a la teneur en plomb la plus élevée et convient le mieux aux pièces d'accouplement plus molles. B-11 a la plus faible teneur en plomb et est plus souvent utilisé lorsqu'une résistance élevée est plus importante.

La composition chimique à elle seule n’explique pas entièrement les propriétés de friction supérieures trouvées dans Bearium Metal. Les performances élevées sont également dues en grande partie au traitement des ingrédients utilisés. Il en résulte une structure métallurgique supérieure à celle trouvée dans d'autres matériaux de roulement, même s'ils peuvent avoir des compositions chimiques identiques.

Il existe quatre qualités d'alliages Bearium®. La principale différence entre les qualités réside dans la quantité de plomb contenue. Bearium®B-4 contient 26 % de plomb, B-8 en contient 22 %, B-10 en contient 20 % et B-12 contient 18 % de plomb.

Bronze au manganèse

La famille des bronzes au manganèse est principalement connue pour sa résistance extrêmement élevée et sa capacité à résister aux effets corrosifs de l’eau de mer et de la saumure. Des résistances à la traction allant de 60,000 psi à 110,000 psi sont facilement obtenues en fonction de la composition de l'alliage choisi. Il faut faire très attention lors de l'utilisation de ces alliages comme roulements, car le bronze au manganèse et l'acier ne s'usent pas bien ensemble. L'usure est rapide et, sous des charges et des vitesses élevées, un grippage peut se produire. L'alignement doit être précis et une lubrification positive est essentielle.

Le bronze à l'aluminium et le bronze au manganèse nécessitent des contrôles rigoureux des processus de fonderie. Les deux groupes d’alliages peuvent être affectés de manière néfaste par de petites quantités d’impuretés, c’est pourquoi d’excellentes pratiques de fonderie et une propreté dans le processus de fusion sont essentielles. Lorsque des alliages de bronze à l'étain, de bronze à l'étain à haute teneur en plomb, de bronze au manganèse et de bronzes à l'aluminium sont coulés, un contrôle interne et une discipline stricts sont nécessaires.

Les bronzes au manganèse sont utilisés pour les roulements à tourillons, les engrenages fortement sollicités, les fourchettes de changement de vitesse, les roues, les hélices marines, les tiges de soupapes, les engrenages à vis sans fin et les vis sans fin. Il est également utilisé pour les pièces de machines fortement sollicitées.

Les bronzes au manganèse typiques sont : MTEK Hi Tensile/C86300, MTEK Leaded Manganese/C86400, MTEK Low Tensile/C86500 et MTEK Med Tensile/C86200.

Q : Quels types d’alliages de cuivre existe-t-il ?

R : Le cuivre est essentiellement du cuivre commercialement pur, qui est généralement très mou et ductile, contenant jusqu'à environ 0,7 % d'impuretés totales. 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 mise en œuvre. Ils ont la conductivité la plus élevée parmi les métaux techniques et sont très ductiles et faciles à braser et généralement à souder. Les applications typiques incluent le câblage et les raccords électriques, les jeux de barres, les échangeurs de chaleur, les toits, les revêtements muraux, les tubes pour l'eau, l'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 des propriétés fondamentales du cuivre, telles que la résistance mécanique, la résistance au fluage, l'usinabilité ou la soudabilité. La plupart des utilisations sont similaires à celles données ci-dessus pour les cuivres, mais les conditions d'application sont plus extrêmes.

Les laitons sont des alliages cuivre-zinc contenant jusqu'à environ 45 % de zinc, avec éventuellement de petits ajouts de plomb pour l'usinabilité et d'étain pour la résistance. Les alliages de cuivre et de zinc sont monophasés jusqu'à environ 37 % de zinc à l'état corroyé. Les alliages monophasés ont une excellente ductilité et sont souvent utilisés à l'état écroui pour une meilleure résistance. Les alliages contenant plus d'environ 37 % de zinc sont biphasés et ont une résistance encore plus élevée, mais une ductilité limitée à température ambiante par rapport aux alliages monophasés. Les laitons biphasés sont généralement coulés ou travaillés à chaud. Les utilisations typiques des laitons sont l'architecture, les conteneurs et composants étirés et filés, 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 fixations, les étuis à cartouches, les chemises de cylindre pour les pompes.

Les bronzes sont des alliages de cuivre et d'étain, plus au moins un composé de phosphore, d'aluminium, de silicium, de manganèse et de nickel. Ces alliages peuvent atteindre des résistances élevées, combinées à une bonne résistance à la corrosion. Ils sont utilisés pour les ressorts et les fixations, les matrices de formage des métaux, les roulements, les bagues, les bornes, les contacts et les connecteurs, les raccords et les éléments architecturaux. L'utilisation du bronze coulé pour la statuaire est bien connue.

Le cuivre-nickel est un alliage de cuivre et de nickel, avec une petite quantité de fer et parfois d'autres ajouts d'alliages mineurs tels que le chrome ou l'étain. Les alliages ont une résistance exceptionnelle à la corrosion dans les eaux et sont largement utilisés dans les applications liées à l'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 bateaux.

Les maillechorts contiennent 55 à 65 % de cuivre allié au nickel et au zinc, et parfois un ajout de plomb pour favoriser l'usinabilité. Ces alliages tirent leur nom trompeur de leur apparence, qui est similaire à celle de l’argent pur, bien qu’ils ne contiennent aucun ajout d’argent. Ils sont utilisés pour les bijoux et les plaques signalétiques et comme base pour l'argenterie (EPNS), comme ressorts, attaches, pièces de monnaie, clés et pièces d'appareil photo.

Q : Quelles sont les propriétés de base des alliages de cuivre ?

A: Conductivité. Le cuivre est l’un des matériaux les plus conducteurs thermiquement et électriquement. Cela le rend idéal pour une utilisation dans le câblage et les connexions électroniques.

Force. Dans sa forme pure, le cuivre est malléable, ce qui facilite sa transformation en fils ou en fines feuilles pour le revêtement. L'ajout d'étain, de nickel et d'autres métaux contribue à créer des alliages de cuivre plus solides et plus durables.

Formabilité. La malléabilité du cuivre permet la création de composants et de fils électroniques miniaturisés conducteurs sans traitement thermique. Pour les applications intensives, les alliages peuvent améliorer la résistance du cuivre tout en conservant ses propriétés de formage à froid.

Joindre. Le cuivre pur et les alliages de cuivre sont faciles à souder et à braser, ce qui leur permet de s'assembler proprement avec d'autres métaux. Sa formabilité rend en outre le cuivre et ses alliages faciles à riveter, boulonner et sertir.

Corrosion. Le cuivre et ses alliages présentent une résistance exceptionnelle à la corrosion à l’humidité, à l’eau salée et à divers produits chimiques.

Antimicrobien. Le cuivre non revêtu est capable de tuer jusqu'à 99,9 % de certains microbes dans les deux heures suivant l'exposition.

Couleur. La jolie couleur rougeâtre du cuivre peut être modifiée par l'ajout d'autres métaux pour créer des couleurs allant de l'or et du bronze à l'argent brillant et au gris mat.

Q : Comment choisir les alliages de cuivre ?

A: Conductivité électrique : le cuivre possède la conductivité la plus élevée parmi les 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 majeure de conductivité.

Conductivité thermique : cette propriété est similaire à la conductivité électrique. Des alliages de cuivre peuvent être utilisés pour cette propriété, où une bonne résistance à la corrosion compense la perte de conductivité due à un alliage accru.

Couleur et apparence : de nombreux alliages de cuivre ont une couleur distinctive, qui peut changer avec le temps. Pour la plupart des alliages, il est facile de préparer et de maintenir la surface à un niveau élevé, même dans des conditions de corrosion défavorables. De nombreux alliages sont utilisés dans des applications décoratives, soit sous leur forme native, soit après placage métallique. Les alliages ont des couleurs spécifiques, allant du rose saumon du cuivre au jaune, or et vert jusqu'au bronze foncé à l'état patiné. L'exposition atmosphérique peut produire une surface verte ou bronze, et les alliages prépatinés sont disponibles sous certaines formes de produits.

Q : Quelles méthodes peuvent être utilisées pour durcir les alliages de cuivre ?

R : Il existe quatre façons courantes de durcir (renforcer) le cuivre. Une cinquième composition, spinodale, est actuellement utilisée commercialement uniquement dans certains alliages cuivre-nickel-étain. Des combinaisons de mécanismes de renforcement sont souvent utilisées pour fournir des propriétés mécaniques plus élevées aux alliages à haute teneur en cuivre.

Durcissement sous contrainte. L'application du travail à froid, généralement par laminage ou étirage, durcit le cuivre et les alliages de cuivre. La résistance, la dureté et l'élasticité augmentent, tandis que la ductilité diminue. La conductivité est réduite dans une faible mesure, normalement pas au point d'entraver l'utilisation des alliages dans les produits électriques. L'effet du travail à froid peut être éliminé par recuit, auquel cas la conductivité totale revient. Le durcissement sous contrainte est le seul mécanisme de renforcement pouvant être utilisé avec du cuivre pur.

Durcissement en solution solide. Les éléments d'alliage qui restent dissous dans le cuivre solidifié renforcent la structure du réseau. Si l'ajout se fait dans la limite de solubilité solide de l'élément, aucune phase secondaire ne se forme et l'aspect au microscope est similaire à celui du cuivre pur.

Tous les ajouts dissous au cuivre réduisent la conductivité électrique, ce qui fait que l'équilibre entre le renforcement gagné et la conductivité perdue est nécessairement un compromis. L'étendue de cet effet sur la conductivité varie considérablement d'un élément à l'autre. Les ajouts de cadmium, par exemple, affectent moins la conductivité, tandis que d'autres, comme le phosphore, l'étain et le zinc, sont plus nocifs. Dans tous les cas, l’écrouissage peut être utilisé pour augmenter la résistance au-delà des limites du durcissement en solution solide, et les deux mécanismes de renforcement sont fréquemment utilisés en combinaison.

Durcissement par précipitation. Certains éléments d'alliage présentent une solubilité plus élevée dans le cuivre solide à chaud qu'à froid. Cela signifie qu'ils peuvent être dissous par traitement en solution (recuit en solution) à des températures élevées, autour de 950 à 1 000 degrés, puis éliminés de la solution par un traitement de précipitation (ou de « vieillissement ») à une température plus basse, généralement autour de 1 200 degrés F (650 degré ). Cette pratique produit un fin précipité dans tout le métal qui renforce la matrice sans altérer la conductivité. En fait, la conductivité s’améliore à mesure que les précipités sortent de la solution. Le béryllium, le chrome et le zirconium sont des exemples courants de ce type d'addition. Des combinaisons de nickel avec du silicium ou du phosphore sont également utiles.

Renforcement de la dispersion. Des particules de matériaux insolubles, voire inertes, peuvent également être finement réparties au sein d'une matrice de cuivre par des moyens métallurgiques, mécaniques ou chimiques, c'est-à-dire sans avoir recours à un traitement thermique. Étant insolubles, les particules ont peu d’effet sur la conductivité électrique.

Q : Quels sont les avantages des alliages de cuivre ?

R : Force

Les alliages de cuivre sont peut-être avant tout très solides et durables. Lorsque vous les incorporerez dans des produits ou des équipements, vous n’aurez pas à vous soucier de leur tenue. Ils résisteront à l’épreuve du temps et continueront à fonctionner pour vous dans le futur.

Bonne conductivité électrique et thermique

Vous recherchez un alliage qui vous offre une bonne conductivité électrique et thermique ? Ne cherchez pas plus loin que les alliages de cuivre, qui sont connus pour être bons dans ces deux domaines. Certains alliages de cuivre sont mieux adaptés que d’autres à la gestion de l’électricité et de la chaleur. Mais dans l’ensemble, vous constaterez que les alliages de cuivre sont toujours performants en matière de conductivité électrique et thermique.

Ductile

Vous pouvez mettre la main sur des alliages de cuivre qui se présentent sous de nombreuses formes différentes. Cela est dû en grande partie au fait que les alliages de cuivre ont une ductilité qui leur permet d’être produits de différentes manières sans sacrifier la résistance.

Très résistant à la corrosion

Si vous envisagez d'utiliser des alliages de cuivre dans des produits destinés à être soumis à des conditions difficiles, il est essentiel qu'ils soient résistants à la corrosion. Vous constaterez rapidement que les alliages de cuivre sont plus que prêts à relever tous les défis grâce à leur résistance à la corrosion. Vous n'aurez pas à craindre que les alliages de cuivre succombent aux contraintes auxquelles ils seront confrontés dans certains environnements.

Q : Quels sont vos conseils de nettoyage pour les alliages de cuivre ?

A: Parfois, nettoyer et faire briller les alliages de cuivre ressemble plus à un art qu’à une science. Le moindre ajustement dans votre processus ou vos produits chimiques peut créer des résultats très différents. Remplacer votre lavage à l'acide minéral par un lavage biologique peut vous aider à réduire les cycles de rinçage, à améliorer la sécurité de vos travailleurs et à conserver votre processus de traitement des déchets en interne. Voici comment.

Les défis liés au nettoyage des alliages de cuivre avec des acides minéraux.

Les acides minéraux nécessitent plusieurs étapes de rinçage. Lorsque vous ajoutez des étapes à un processus, le risque de commettre une erreur augmente. Le risque de contamination aussi. Un plus grand nombre d’étapes de rinçage rend également plus difficile le maintien d’un liquide de rinçage propre.

Les acides minéraux sont dangereux. Ils sont instables, dégagent des fumées nocives et peuvent ajouter à l'air de la poussière nocive pour vos travailleurs. Les chélateurs et les phosphates polluent les eaux usées et nécessitent de les traiter hors site, ce qui augmente les coûts.

Les acides minéraux peuvent aller trop loin. Les acides minéraux sont très puissants. Il y a peu de place à l’erreur lors du nettoyage et du brillantage des alliages de cuivre avec des acides minéraux. Cela entraîne souvent une gravure excessive et la nécessité de retraiter vos pièces.

Une solution plus sûre et plus simple consiste à utiliser un produit à base d’acide méthane sulfonique.

Les acides organiques sont des alternatives plus sûres aux acides minéraux. Ce sont d’excellents agents de désoxydation, donc remplacer votre acide minéral par un acide organique ne sacrifiera pas la qualité. Mais les acides organiques sont plus sûrs à manipuler et dégagent moins de fumées que les acides minéraux. Les acides organiques sont également plus indulgents lors de l'application, ce qui signifie que vous réduisez les risques de devoir retraiter des pièces.

Q : Quels sont les alliages de cuivre ?

R : Les familles d’alliages de cuivre les plus connues sont le laiton (cuivre-zinc), le bronze (cuivre-étain) et le cuivre-nickel. Ceux-ci représentent en fait des familles d’alliages, tous fabriqués en faisant varier la quantité d’éléments d’alliage spécifiques.

Q : Quels sont les alliages à haute teneur en cuivre ?

R : La famille des alliages à haute teneur en cuivre comprend, sous forme corroyée, les cuivres au cadmium (C16200 et C16500), les cuivres au béryllium (C17000-C17500), les cuivres au chrome (C18100-C18400), le cuivre au zirconium (C15000). ), cuivre chrome-zirconium (C14500) et combinaisons de ces éléments et d'autres.

Q : Qu’est-ce que les alliages de cuivre et leurs utilisations ?

R : Les alliages de cuivre sont également utilisés pour les roulements, les engrenages et les guides de soupapes, les radiateurs, les tubes hydrauliques et les fixations. Les petits composants usinés peuvent être fabriqués à moindre coût en laiton qu'en acier et, pour les applications automobiles, n'ont généralement pas besoin d'une protection coûteuse contre la corrosion.

Q : L’alliage de cuivre est-il du cuivre ?

R : Bien que le cuivre soit un métal pur, le laiton et le bronze sont des alliages de cuivre (le laiton est une combinaison de cuivre et de zinc ; le bronze est une combinaison de cuivre et d'étain).

Nous sommes reconnus comme l’un des principaux fournisseurs d’alliages de cuivre en Chine. Nous vous invitons chaleureusement à acheter ou à vendre en gros des alliages de cuivre de haute qualité en stock ici et à obtenir un échantillon gratuit de notre usine. Pour une consultation sur les prix, contactez-nous. Placage en nickel en nickel en nickel en nickel, Service de broyage en tôle en acier inoxydable, 201 plaque en acier inoxydable