Bibliothèque d'images
métallographiques

Nomenclature

Les séries d’alliages de cuivre de corroyage 10xxx, 11xxx et 12xxx comprennent les alliages de cuivre à haute pureté. L’alliage C11000 est un alliage commercial de cuivre ayant une haute teneur en cuivre, soit 99,90 %. Cet alliage fait partie du groupe des « ETP » (electrolytic tough pitch ou « cuivre électrolytique »), qui indique son mode d’élaboration par affinage électrolytique à partir d’une anode de cuivre impur. Les désignations équivalentes pour l’alliage C11000 (UNS) sont CW004A (EN), CDA110 (SAE), C101 (BS), Cu-ETP (ISO) et Cu-A1 (AFNOR).

Méthode d’élaboration

Cet alliage est produit par déposition électrolytique du cuivre à partir d’anodes impures à 98-99 % de cuivre. Cela permet d’obtenir le cuivre cathodique qui sera fondu, affiné et souvent « réoxydé » pour ajuster sa composition à quelques centaines de ppm d’oxygène. L’alliage est coulé en billette ronde, et la barre de 0,625 pouce est obtenue à partir d’une extrusion à chaud de cette billette.

État métallurgique

L’état métallurgique « H04 » correspond à un état « dur » avec un taux d’écrouissage de 35 %. L’état « H04 » a des répercussions sur la conductivité électrique (à 20 °C), qui passe à 97 % IACS par rapport à une conductivité électrique de 101 % IACS lorsque ce même alliage est à l’état recuit. L’alliage C11000 doit répondre aux spécifications des normes ASTM suivantes :

1. Norme ASTM B601-02 pour la désignation selon les étapes de transformation subies;
2. Norme ASTM B187-11 pour des applications « standards » et bus bar (produits sous forme de barres, de tiges, ou de formes diverses);

Remarques sur la composition chimique

L’alliage de cuivre C11000 est pratiquement un « cuivre pur », avec une teneur combinée de 99,90 %(Cu+Ag). Cet alliage contient typiquement entre 150 et 400 ppm d’oxygène sous forme de Cu₂O. À titre comparatif, le C10100 atteint 99,99 % de cuivre avec une teneur en oxygène maximale de 5 ppm. L’échantillon de cet alliage de cuivre contient 99,99 % de cuivre, et sa teneur en oxygène n’est pas fournie.

L’oxygène contenu dans l’alliage C11000 le rend sensible aux atmosphères réductrices, d’où le manque de ductilité après recuit en présence d’hydrogène. Les autres effets de la présence d’oxygène sont la diminution de la résistance lors de multiples cycles thermiques et des hétérogénéités possibles dans les joints soudés ou brasés.

Remarques sur la microstructure

Sans attaque chimique, il y a présence de « points noirs », qui sont causés par le polissage mécanique. Le polissage au nitrate de fer permet d’obtenir une surface exempte d’incrustations noires/brunes comme le fait le polissage mécanique, mais vient « préattaquer » la surface de l’échantillon.

Les attaques chimiques « NH4OH + H2O + H2O2 » et au perchlorure de fer révèlent clairement les joints de grains ainsi que les macles de recuit. La microstructure de l’alliage C10100 écroui à froid (35 % d’écrouissage) est composée entièrement de petits grains de phase α-riches en cuivre. À l’intérieur des grains, des lignes rectilignes de différences nuances de gris/brun correspondent à des zones maclées. Les zones maclées ne réfléchissent pas la lumière de la même façon. L’orientation cristallographique du plan poli est différente de part et d’autre de la macle.

Selon la « méthode des interceptions » de la norme ASTM E112, la taille des grains correspond à un indice « G » de 3,5, ce qui donne une dimension moyenne des grains de 106,8 µm.

Remarques sur les propriétés mécaniques

Les propriétés mécaniques des barres de C11000 à l’état « H04 » doivent répondre à la norme ASTM B187/B187M-11. Le travail à froid effectué (état « dur ») permet d’augmenter la résistance mécanique, qui est située entre 195-255 MPa (cuivre pur état recuit) et 275-380 MPa. Cet état « H04 » le situe dans la médiane inférieure pour l’ensemble des alliages de cuivre, mais dans la gamme supérieure pour les alliages visés par la norme ASTM B187, soit les alliages des séries 10xxx, 11xxx et C12000.

Un test mécanique important effectué sur les tiges et barres de cuivre pur est le pliage : celui-ci doit atteindre un angle de 120° à l’état H04. 

Préparation métallographique

1. Meulage : 2x (500 grains, 1 min.), 2x (800 grains, 1 min.), 2x (1200 grains, 2 min.);
2. Polissage avec particules diamantées MD-MOL 3 µm (6 min.), MD-NAP 1 µm (8 min.), MD-CHEM avec nitrate de fer (19 g +100 ml H₂O + 100 ml éthanol).

Fiches d’alliages associés

• Cu-01 C10100 H04 Cuivre pur « oxygen free electronic » (OFE)

Applications possibles

L’alliage C11000 est très ductile et possède une excellente aptitude à l’emboutissage ou à d’autres opérations de travail à chaud ou à froid.

Son usinabilité est de 20 % par rapport au C36000, qui est l’alliage de cuivre (laiton) de décolletage par excellence. Par contre, lorsqu’il est comparé à l’acier AISI B1112, qui est la référence pour les aciers et les alliages ferreux, le C10100 possède un indice d’usinabilité de 60 %.

Le C11000 est l’alliage le plus utilisé dans le domaine électrique, la plomberie et le domaine architectural. Il possède généralement un indice % IACS entre 100 et 101 %, soit d’une unité inférieure à l’alliage C10100. L’avantage de l’alliage C11000 est qu’il est plus économique que les désignations « OFC » (oxygen free copper).

Applications typiques : bus bar, anodes, câbles électriques, transformateurs, bobinages, composants électriques, matériel de télécommunication, matériel de plomberie, objets divers de décoration, cadres de puits de lumière, descentes pluviales, gouttières, garnitures architecturales, joints d’étanchéité, échangeurs de chaleur, clous, rivets, décorations de Noël, interrupteurs électriques, pièces de radio, réservoirs sous pression, réservoirs pour distillerie (boissons alcoolisées), rouleaux d’impression, etc.

Provenance/Fabrication

La barre de 0,625 pouce a été produite par Tecnofil, Lima, Pérou.

Contributeur(s)