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Synthèse des alliages cuivreux
- Les cuivres faiblement alliés maintiennent jusqu'à 80 % IACS de conductivité tout en améliorant la tenue mécanique à chaud.
- L'alliage cuivre-béryllium atteint une limite élastique supérieure à 1 000 MPa et apporte des propriétés anti-étincelles requises en atmosphères explosives.
- Les cupronickels et les cuproaluminiums assurent la meilleure résistance face à la corrosion saline, au bio-encrassement marin et aux fortes charges de frottement.
- Le tombac se définit comme un laiton à haute teneur en cuivre spécialement formulé pour les opérations d'emboutissage sévère.
- Le maillechort procure une rigidité dimensionnelle et une résistance à l'usure adaptées aux composants de connectique et à l'instrumentation optique.
Si le cuivre pur demeure la référence pour la conductivité électrique et thermique, ses faibles caractéristiques mécaniques imposent souvent le recours à des solutions métallurgiques plus complexes. En conception mécanique comme en usinage, une multitude d’alliages à partir de cuivre répondent à des cahiers des charges sévères associant résistance à l’usure, tenue à la corrosion et usinabilité.
Dans la métallurgie des cupro-alliages, l’incorporation d’éléments d’addition ciblés modifie en profondeur la structure cristalline du métal de base. Les normes européennes NF EN et internationales ISO classent ces matériaux selon leur composition chimique principale :
- Cuivres faiblement alliés (CuCr1Zr, CuNi2Si) : ils conservent une conductivité électrique élevée (jusqu’à 80 % IACS) tout en offrant une tenue mécanique accrue à chaud, recherchée pour les électrodes de soudage par résistance et la connectique de puissance.
- Alliages cuivre-béryllium (CuBe2, CuBe1,9) : un durcissement par précipitation confère à cet alliage cuivre béryllium une limite élastique dépassant 1 000 MPa, complétée par des propriétés anti-étincelles indispensables pour l’outillage en atmosphères explosives (zones ATEX) et l’aéronautique.
- Cupronickels (CuNi10Fe1Mn, CuNi30Mn1Fe) : les propriétés du cupronickel se distinguent par une résistance remarquable à l’érosion-cavitation et à l’eau de mer ainsi qu’une excellente résistance au bio-encrassement marin, ce qui en fait la référence pour les condenseurs, le dessalement et la tuyauterie navale.
- Cuproaluminiums (CuAl9Ni5Fe4, CuAl10Fe3) : l’utilisation du cuproaluminium s’impose pour les pièces de friction sous fortes charges, la robinetterie industrielle marine et les environnements cryogéniques grâce à une ténacité constante sans transition ductile-fragile.
- Laitons (Cu-Zn) et bronzes (Cu-Sn) : ces grandes familles d’alliages de cuivre couvrent l’essentiel des besoins courants en décolletage, robinetterie, bagues de frottement et ressorts hélicoïdaux.
Au sein de ces familles standardisées coexistent des nuances traditionnelles et des variantes historiques dont les propriétés physiques et mécaniques répondent à des applications bien particulières.
Sommaire
Le tombac
Grâce à sa teneur de 80 à 90 % en cuivre, le tombac garantit une excellente ductilité pour l’emboutissage profond ainsi qu’une haute résistance à la corrosion sous contrainte.
La grande malléabilité de cet alliage facilite le travail de ciselure et d'emboutissage des pièces d'apparat.
Le tombac correspond à une famille de laitons à haute teneur en cuivre, généralement comprise entre 80 et 90 % (désignations NF EN type CuZn15 ou CuZn20). Cette forte proportion de cuivre lui confère une teinte dorée chaude ainsi qu’une résistance à la corrosion sous contrainte nettement supérieure à celle des laitons biphasés à 40 % de zinc.
Sur le plan mécanique, le tombac se distingue par une ductilité remarquable à l’état recuit. Cette plasticité autorise des opérations d’emboutissage profond sévère, de repoussage et de tréfilage très poussé sans recuit intermédiaire. Outre la fabrication de médailles, d’éléments d’orfèvrerie et d’instruments d’horlogerie, cet alliage sert couramment au chemisage de projectiles militaires et civils ainsi qu’à la confection de soufflets de dilatation et de capsules barométriques étanches.
Le maillechort ou l’argentan
Composé de cuivre, de nickel et de zinc, le maillechort apporte une grande tenue élastique et une insensibilité à la relaxation, indispensables en connectique de précision.
La brillance du maillechort et sa résistance mécanique en ont fait un substitut privilégié à l'argent en coutellerie.
Nommé d’après les métallurgistes lyonnais Maillot et Chorier, le maillechort (ou argentan) est un alliage ternaire cuivre-nickel-zinc. La composition standard du maillechort associe 45 à 70 % de cuivre, 9 à 26 % de nickel et le solde en zinc, complétée parfois d’une fraction de plomb pour optimiser l’usinabilité (comme le CuNi12Zn25Pb1).
L’apport conjoint de nickel et de zinc confère à cet alliage un aspect blanc argenté brillant, tout en rehaussant sa dureté et sa résistance à l’oxydation atmosphérique. En milieu industriel, le maillechort est particulièrement retenu pour :
- La connectique et l’électrotechnique : ses propriétés élastiques durables servent à fabriquer des lames de ressort, des fiches de contact et des connecteurs de précision insensibles à la relaxation des contraintes.
- L’instrumentation scientifique et optique : son faible coefficient de frottement et sa rigidité dimensionnelle garantissent la longévité des mouvements mécaniques et des coulisses micrométriques.
- La frappe monétaire et la bijouterie : sa résistance à l’usure par frottement en fait une alternative économique et pérenne aux métaux nobles.
Le métal anglais
L'absence de toxicité du britannium a favorisé son emploi pour la confection d'articles de service de table.
Souvent confondu avec les alliages riches en zinc en raison de son nom commercial, le métal anglais (ou britannium) est en réalité un alliage d’étain durci. Sa matrice est constituée principalement d’étain (85 à 92 %), combiné à environ 5 à 10 % d’antimoine et 1 à 3 % de cuivre, ce dernier agissant comme agent durcisseur par formation de composés intermétalliques.
Contrairement aux étains traditionnels chargés de plomb, cette formulation élimine tout risque de toxicité alimentaire tout en améliorant la tenue mécanique et la finesse du grain après coulée. Cet alliage permet d’obtenir un état de surface lisse apte au polissage ou à l’argenture électrolytique, ce qui justifie son utilisation historique dans les services de table, théières et orfèvrerie décorative. En mécanique, cette formulation a également constitué le point de départ de plusieurs métaux antifriction (régules) employés pour le garnissage des paliers lisses industriels soumis à des charges modérées.
Test de connaissances métallurgiques
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Quelle teneur moyenne en cuivre caractérise la famille du tombac ?
- Entre 50 et 65 %
- Entre 80 et 90 %
- Plus de 98 %
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Entre 80 et 90 %
Le tombac regroupe des laitons riches contenant habituellement entre 80 et 90 % de cuivre, ce qui assure leur remarquable ductilité.
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Quel alliage cuivreux est privilégié pour l'outillage de sécurité en zone ATEX grâce à ses propriétés anti-étincelles ?
- Le cupronickel
- Le cuivre-béryllium
- Le tombac
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Le cuivre-béryllium
Le cuivre-béryllium combine une très haute limite élastique et un comportement anti-étincelles adapté aux milieux explosifs.
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Quel élément constitue la matrice principale du métal anglais ?
- Le cuivre
- L'étain
- Le zinc
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L'étain
Le métal anglais est constitué de 85 à 92 % d'étain durci par de faibles proportions d'antimoine et de cuivre.
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