Bronzes

Alliages Cuivre Étain (CuSn): les bronzes

Les bronzes sont des alliages de cuivre et d’étain. On distingue les alliages de corroyage, avec un pourcentage d’étain souvent inférieur  à 13%, des alliages de fonderie avec 20 à 25% d’étain pour la fabrication de cloches par exemple.

Les caractéristiques principales du bronze sont sa bonne résistance à l’usure par frottement à vitesses et charges importantes, son usinabilité et sa bonne conductivité thermique et électrique. Certains alliages de bronze ont une excellente résistance à la corrosion, notamment à l’eau de mer. Sa densité est fonction des alliages mais elle est en moyenne de 8.8.

Le bronze est utilisé dans de nombreuses industries pour la réalisation de coussinets d’arbres (bagues cylindriques), d’engrenages, d’écrous, de glissières à guidage, de coulisseaux, de guides de soupapes…

Parmi les nuances, on trouve fréquemment :

CuSn7 et CuSn12 : le chiffre indique le pourcentage d’étain. Le reste est composé essentiellement de cuivre. Plus le pourcentage d’étain augmente, plus la dureté augmente. Le CuSn12 est utilisée pour sa très grande résistance à l’usure aux frottements à grandes vitesses et son usinabilité.

CuSn9P-CuSn8 (UE9P) : ce bronze est un alliage de qualité alimentaire. On l’utilise aussi pour des guides de soupapes dans les moteurs.

CuSn10Pb10 (U-Pb10E10): cet alliage est un bronze avec du plomb utilisé en cas de risque de rupture de lubrification, lorsque le graissage est insuffisant, en cas de chocs ou d’inversion de rotation et dans les milieux plus hostiles, plus abrasifs…Cet alliage est un bronze « gras » semi-autolubrifiant.

CuAl10Fe5Ni5 (UA10N): cet alliage est un cupro-aluminium, avec de hautes propriétés mécaniques, ayant une dureté de 160HB (en comparaison, la dureté du CuSn12 est de 100HB) utilisé lorsque l’on recherche une excellente résistance à la corrosion. C’est un bronze "marin" inoxydable à l’eau de mer.

CuBe2 (UBE2): cet alliage est un bronze au béryllium. Le béryllium apporte une amélioration des qualités mécaniques (dureté très élevée), électriques et thermiques. Il est utilisé dans l’industrie de la connectique, de l’électrotechnique et de l’horlogerie. Hautement toxique lorsqu’il est inhalé pendant plusieurs années et à fortes doses, il est donc faiblement dosé et souvent remplacé par d’autres matériaux.

Les cuivres au béryllium sont des alliages de cuivre et de béryllium, en général 2% (CuBe2).

Le béryllium a pour caractéristique :

- d’être très léger avec une densité de 1,85 g/cm3. C’est le deuxième métal le plus léger.

- d’améliorer très fortement les caractéristiques mécaniques du cuivre.

C’est un minerai rare avec une petite production mondiale de 350 tonnes par an. 92% de la production minière vient des USA, de l’Utah, de la société Materion.

Les alliages de cuivre-beryllium se caractérisent par :

-une bonne formabilité pour faire des rouleaux de bandes, du fils et des ronds

-de très hautes caractéristiques mécaniques et une  faible conductivité thermique et électrique  (de 20 à 60% IACS). Après traitement thermique de revenu, le CuBe2 peut atteindre 1400 N/mm2.

-une bonne résistance à la corrosion, à l’usure et à l’abrasion

-de bonnes caractéristiques mécaniques de -200° à 150°

-ils sont amagnétiques

Le cuivre au béryllium est utilisé dans les équipements mécaniques (25%), l’électronique (20%), dans nos téléphones et nos ordinateurs (20%), dans l’automobile (15%), dans l’aéronautique, le ferroviaire et le naval. Il est utilisé également dans les agrafes de stylo haut de gamme, les enceintes hi-fi, les lunettes et l’horlogerie de luxe…

Dans l’aéro, il est dans les systèmes de mesures des vitesses et de pression, dans les trains d’atterrissage, les connecteurs…

Dans le spatial dans les systèmes de télécommunication, les radars,  les fusées, les satellites, dans le robot Curiosity sur Mars.

Dans l’automobile, il est utilisé dans les portières, les connecteurs…

Dans les téléphones portables dans les batteries, les connecteurs d’antenne et de haut-parleurs…

Ce sont des alliages fiables qui servent quand on recherche sécurité et performance. Ils résistent à l’usure et à la fatigue et peuvent être miniaturisés.

Les propriétés des alliages de cuivre au béryllium peuvent être modifiées par un traitement de surface. C’est essentiellement l’argenture, le dépôt d’une fine couche d’argent, qui est pratiqué.

Notons également les bronzes frittés autolubrifiants (Metafram® BP25) pour bagues et coussinets avec ou sans collerette. Ces bronzes sont imprégnés d’huile, ce qui constitue une réserve de lubrifiant. Quand le coussinet s’échauffe, l’huile se dilate et une partie s’échappe des pores pour venir assurer le graissage. À l’arrêt, l’huile rentre dans le métal par action de capillarité. Les bagues Metafram® BP25 sont vendues par des sociétés comme Orexad, CIR…

Calcul de poids bronze.xls 
Document Microsoft Excel [34.0 KB] 

Calcul de poids cuivre.xls 
Document Microsoft Excel [34.5 KB] 

Alliages Cuivre Nickel : les cupronickels

CuNi : l’alliage du cuivre et du nickel est utilisé pour ses qualités anti-corrosion et anti-fouling notamment dans la fabrication des pièces de monnaie avec 25% de nickel, et sous forme de tubes pour le transport de gaz et la construction d'échangeurs thermiques: CuNi10 et CuNi30