Cuivre et Alliages : Propriétés, Alliages et Applications

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Utilisé depuis plus de 6 000 ans, c'est la plus importante famille de métaux non ferreux après l'aluminium. Il
existe plus de 200 alliages de cuivre, principales familles : laitons (Cu + Zn), bronzes (Cu + Sn),
cupronickels (Cu + Ni), cuproaluminiums (Cu + Al) et maillechorts (Cu + Ni + Zn).
Il présente un bel aspect décoratif, le cuivre pur
est rouge (plus ou moins foncé), l'addition de zinc
donne une couleur jaune et une addition de nickel
une couleur argent. A l'état pur, il est l'épine
dorsale du génie électrique.
Les cuivres et alliages ne sont pas des métaux
structuraux (sont peu utilisés pour faire des bâtis
ou des pièces de structure...) comme l'acier ou
l'aluminium.
Figure 12
Désignation (ISO 1190-1) : symbole chimique du cuivre (Cu) suivi des symboles chimiques et teneurs des
principaux éléments d'addition (par ordre décroissant).
Exemple : CuZn27Ni18 (maillechort avec 27 % de zinc et 18 % de nickel).
Remarque : il existe aussi un système de désignation numérique comprenant six caractères, voir norme
NFEN 1412.
Figure 13
Principaux alliages de cuivre Tableau 9
cuivre (Cu) + étain (Sn) = bronze
cuivre (Cu) + zinc (Zn) = laiton
cuivre (Cu) + aluminium (Al) = cuproaluminium
cuivre (Cu) + nickel (Ni) = cupronickel
cuivre (Cu) + nickel (Ni) + zonc (Zn) = maillechort

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1. Principales caractéristiques du cuivre
Le cuivre est plus lourd que l'acier (densité 8,9), fond à 1083°C, a une grande résistance à la corro sion et
une plasticité ou une ductilité élevée (très malléable : A% jusqu'à 50%).
Sa grande conductivité électrique le rend indispensable dans les industries électriques et électroniques et
sa grande conductibilité thermique est un atout pour la transmission de la chaleur. Seul l'argent fait mieux
pour ces deux propriétés.
Sa structure cristalline est cubique à faces centrées et il présente des propriétés fongicides.
Il possède une bonne aptitude au soudage et au brasage.
Les cuivres et alliages ne peuvent pas être traités thermiquement (sauf ceux au béryllium). Néanmoins, la
résistance (Rr) peut être augmentée par écrouissage à froid et la ductilité restaurée par un revenu.
Figure 14
2. Les cuivres purs
Le cuivre utilisé pur (usages électriques principalement mais aussi thermiques...) est soit un cuivre affiné
(endurant, plus fragile, plus cassant), soit un cuivre désoxydé ou débarrassé de toute trace d'oxygène (moins
fragile et très haute conductivité). L'addition d'argent, d'arsenic, cadmium et zirconium améliore diverses
propriétés (dureté...) sans modifier les propriétés de conductivité électrique de manière significative.
Caractéristiques indicatives du cuivre pur Tableau 10
Etat
Taux d'écrouissag
e (%)
Résistance à
la rupture Rr
Mpa ou
N/mm²
Limite
Elastique Re
Mpa ou
N/mm²
Allongement
pour cent A%
Dureté Brinel
HB
recuit 0 23 7 45 50
1/4 dur 10 27 21 25 70
1/2 dur 25 30 25 14 87
4/4 dur 50 35 32 6

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DESIGNATIONS DES CUIVRES PURS (NON ALLIES)
(Symbole Cu + Tiret de séparation + lettres d'indications) Tableau 20
Cu-ETP = affiné électrolytiquement, non désoxydé, à conductivité garantie
Cu-FRHC = affiné thermiquement, non désoxydé, à conductivité garantie
Cu-FRTP = affiné thermiquement, à conductivité non garantie
Cu-DHP = affiné thermiquement ou électrolytiquement, à fort phosphore résiduel
Cu-DLP = affiné thermiquement ou électrolytiquement, à faible phosphore résiduel
Cu-OF = désoxydé
Cu-OFE = désoxydé, à haute pureté
3. Les laitons
C'est la famille la plus utilisée, l'addition de zinc, jusqu'à 42%, diminue le prix de base, augmente la résistance
à la rupture (Rr) et l'allongement pour cent A%, ce qui favorise l'emboutissage (A% = 60% avec 31% de Zn) et
diminue la température de fusion, ce qui facilite le moulage.
Une addition supplémentaire de plomb, de 2 à 3%, augmente considérablement l'usinabilité. Les laitons ainsi
obtenus, dits laitons de décolletage, servent de référence pour évaluer l'usinabilité des autres matériaux.
Figure 15
4. Les bronzes
L'étain (Sn), addition de 4 à 22% (jusqu'à 25% pour les cloches), a un rôle comparable au zinc mais avec
une action plus forte ; il est également plus coûteux.
Une addition de phosphore (P < 1%) améliore les caractéristiques mécaniques, les propriétés antifriction,
l'aptitude au moulage et a un rôle désoxydant. Les bronzes phosphoreux constituent le groupe le plus
important.
L'addition de plomb (Pb) améliore l'usinabilité et l'addition de zinc, diminue le prix de revient (bronzes
chrysocales).
Propriétés : résistance à la corrosion, bonnes qualités frottantes et aptitude au moulage. Les bronzes se
travaillent moins bien que les laitons (usinage, emboutissage...) mais donnent des moulages plus sains.
5. Les cuproaluminiums (ou "bronzes d'aluminium")

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Ils sont surtout utilisés en fonderie. L'addition d'aluminium, entre 10 et 11%, donne des alliages ayant de
bonnes caractéristiques mécaniques et une bonne résistance à la corrosion (applications en génie maritime).
Ils sont souvent utilisés avec une addition de fer.
6. Les cupronickels
De couleur "blanche" à partir de 20% de nickel, ils sont très malléables. L'addition de nickel améliore les
propriétés mécaniques, la résistance à la corrosion et la résistivité électrique.
Utilisations : pièces de monnaie (≈ 25% Ni), tubes de condenseurs et d'échangeurs (avec 30% Ni),
résistances électriques (constantes : 45% Ni)...
7. Les maillechorts
Moins coûteux que les cupronickels, on peut les considérer comme des laitons avec addition de nickel. Ils sont
plus résistants que les laitons à la fois à la corrosion et mécaniquement. Les principales nuances sont
obtenues avec 18% de nickel. Ils peuvent être chromés, nickelés et argentés.
Utilisations : articles ménagers, pièces d'orfèvrerie et de décoration, argenterie, appareillages électriques
(relais, contacts...), etc.
Alliages de cuivre pour corroyage : extrait de nuances Tableau 11
Désignation Etat
Résistance
à la
rupture
Rr ( Mpa)
Alongeme
nt pour
cent
A%
Dureté
HV
Observations
Laitons (existent aussi CuZn5, CuZn30, CuZn36...; voir NF A 51-101...)
CuZn10 H11
H12
H13
H14
270-
340
320-
390
350-
420
390-
450
68-102
90-120
102-125
118-135
couleur proche de celle de l'or; bijouterie
fantaisie; décoration; quincaillerie; fils...
CuZn15 H11
H12
H13
H14
300-
370
350-
420
390-
460
430-
500
75-108
95-125
117-142
138-158
couleur proche de celle de l'or; bonne
malléabilité; bijouterie fantaisie;
décoration; quincaillerie; cartoucherie;
construction électrique; bâtiment.
CuZn20 H11
H12
H13
H14
330-
400
380-
450
420-
490
460-
530
80-112
103-134
122-148
138-158
mêmes propriétés que CuZn15; objets
de décoration, instruments de musique;
cartouches, munitions; canalisations

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CuZn33 H11
H12
H13
H14
330-
400
380-
450
430-
500
470-
540
64*
7*
85-120
110-140
132-158
148-168
- le plus malléable (emboutissage
profond, repoussage); lustrerie,
instruments de musique, douilles,
cartouches, rivets; couleur jaune...
- variantes: CuZn30 et CuZn36
CuZn40 H11
H12
H13
H14
360-
430
400-
470
450-
520
510-
590
105-135
120-150
140-165
150-175
nuance la plus économique; bonne
malléabilité et bonne usinabilité;
architecture, serrurerie, lustrerie,
sanitaires, pièces matricées.
CuZn39Pb2 H12
H13
H14
400-
500
450-
550
500-
600
2-20*
135-160
145-170
150-180
- pour matriçage; apte au découpage;
bonne usinabilité; température de
forgeage 750°C; horlogerie, roues
dentées, platines, vis...
- variantes: CuZn35Pb2 et CuZN38Pb2
CuZn40Pb3 H 370-
500
suivant
∅ d
4-22
suivant
∅ d
laiton de décolletage caractérisé par une
excellente usinabilité, non adapté aux
déformations à froid.
CuZn36Pb3 H 320-
450
suivant
∅ d
7-28
suivant
∅ d
laiton de décolletage caractérisé par une
très bonne usinabilité et pouvant
supporter une faible déformation à froid
(sertissage...).
Bronzes
CuSn6P O
H12
H14
330-
420
460-
540
620-
700
50
20
6
90-120
190-220
- bronze phosphoreux; ressorts,
membranes élastiques; joints
élastiques...
- variantes: CuSn4P; CuSn9P
CuSn3Zn9 O
H12
H14
310-
400
460-
560
610-
660
40
15
4
75-105
140-170
190-210
- bronze chrysocale; moins coûteux (Zn
remplace en partie Sn); ressorts, joints...
- variante: CuSn5Zn4
CuSn4Zn4Pb4 O
H12
H14
320-
370
400-
460
500-
600
25
3
80-100
125-155
160-185
bonne usinabilité, visserie, boulonnerie
courante...
Maillechorts
CuNi10Zn27 H11 420 27 105 architecture, serrurerie, lustrerie, orfèvrerie,
horlogerie..