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métallographiques

Nomenclature

Les alliages 18000 à 18610 contiennent principalement du chrome comme élément d’alliage, mais aussi des combinaisons d’éléments secondaires tels l’aluminium, l’étain, le zinc, le fer, le cobalt, le zirconium et le titane. Selon la désignation UNS (unified numbering system), le C18200 est un alliage de corroyage faisant partie de la catégorie des alliages à teneur élevée en cuivre. Les désignations équivalentes pour l’alliage C18200 sont TCr1, CW105C, CuCr1 et CC101.

Méthode d’élaboration

Cette barre de 0,625 pouce est obtenue à partir de l’extrusion à chaud d’une billette. La barre est chauffée dans un four à atmosphère contrôlée (inerte) entre 980 °C et 1010 °C. Le temps de maintien est relativement court, de quelques minutes seulement, pour empêcher le grossissement des grains. La barre est refroidie à l’eau afin de sursaturer le chrome dans la matrice de cuivre. La barre est écrouie à froid jusqu’à ce qu’elle atteigne sa dimension finale, soit, dans le cas présent, 0,625 pouce. Le durcissement par précipitation est effectué entre 425 °C et 500 °C (typiquement à 455 °C) pendant 4 heures.

Le chrome sursaturé précipite sous sa forme élémentaire (et non sous forme de composé) et à une taille nanométrique. Ces particules de chromes élémentaires améliorent donc les propriétés mécaniques par durcissement structural.

État métallurgique

La barre en alliage C18200 a été manufacturée pour des applications de soudage par résistance et doit respecter les propriétés mécaniques minimales de la Resistance Welder Manufacturers Alliance (RWMA) pour la classe 2. L’état métallurgique de la barre implique un travail à froid après une mise en solution et un vieillissement par précipitation. À titre indicatif, si les propriétés mécaniques obtenues à la suite de l’application de cette séquence de traitement thermomécanique étaient prises en compte, l’état métallurgique correspondrait à un « TH02 » selon la norme ASTM B601-02 (travail à froid d’environ 25-30 % de réduction). L’autre norme régissant les propriétés de l’alliage C18200 est la norme MIL C-19311B (1973).

Remarques sur la composition chimique

L’échantillon de cet alliage au cuivre C18200 est composé d’environ 99,2 % de cuivre et de 0,7 % de chrome. L’ajout de 0,8 % à 1,2 % de chrome rend cet alliage apte au durcissement structural, ce qui permet d’augmenter considérablement ses propriétés mécaniques. La précipitation du chrome permet d’augmenter la conductivité électrique, qui passe de 40 % IACS à l’état de « mise en solution » à 80-85 % IACS à l’état vieilli. Lors des traitements thermiques à haute température, cet alliage est sensible à l’oxydation. Ainsi, il doit donc être nettoyé avec précaution après la trempe. Le chrome permet d’améliorer la résistance à la corrosion du cuivre pur, car le chrome améliore les propriétés mécaniques du film d’oxyde protecteur.

Il est à noter que d’autres alliages de cuivre contiennent du chrome et des additions de zirconium (C18150), ce qui permet de contrôler la croissance des grains pendant la mise en solution. De même, la stabilité des précipités est augmentée lors de l’utilisation à haute température (200 °C-300 °C) et la résistance au fluage est améliorée.

Remarques sur la microstructure

La microstructure d’un alliage cuivre-chrome trempé seulement est semblable à celle d’un cuivre pur. Lors du vieillissement, le chrome précipite et forme de fins précipités à travers les grains équiaxes α-riches en cuivre. Les précipités de chrome sont très fins et sont visibles à fort grossissement (1000X, avec ou sans attaque chimique).

Les joints de grains et les macles de recuit sont révélés lors d’une attaque au perchlorure de fer. Selon la « méthode des interceptions » de la norme ASTM E112, la taille des grains correspond à un indice « G » d’environ 7, soit une dimension moyenne de 31,8 μm.

Remarques sur les propriétés mécaniques

Les propriétés mécaniques de l’alliage C18200 se situent dans la médiane par rapport aux alliages cuivreux faiblement alliés. À titre comparatif, le cuivre pur à l’état H04 (dur) possède une résistance à la traction de 330 MPa, tandis que l’alliage de cuivre au chrome C18200 possède une résistance à la traction de 530 MPa à l’état TH04. L’alliage C18200 peut conserver sa résistance mécanique jusqu’à 200 °C en service.

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 solution d’OP-S, d’hydroxyde d’ammonium et de peroxyde d’hydrogène (1 min.).

Applications possibles

L’alliage de cuivre au chrome (C18200) est utilisé lorsqu’une conductivité électrique ou thermique élevée doit être associée à de bonnes propriétés mécaniques. Il possède une résistance à la corrosion supérieure à celle du cuivre pur et il peut être mis en forme facilement tant à chaud qu’à froid. Cet alliage est sensible aux atmosphères oxydantes au-dessus de 700 °C avec risque d’oxydation.

Il a été conçu pour être utilisé comme électrode pour des applications de soudage par résistance, car il possède des propriétés mécaniques élevées, même à chaud, tout en ayant une très bonne conductivité électrique (80 % IACS). Cet alliage est aussi utilisé pour une grande variété d’applications.

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 C11000 possède un indice d’usinabilité de 60 %.

Applications typiques : connecteurs électriques, composants de disjoncteurs, conducteurs thermiques ou électriques nécessitant une plus grande résistance mécanique que le cuivre, câbles haute température, ressorts conducteurs, bases semi-conductrices, pièces pour appareils électroniques, contacts de commutation, composants de moules en plastique, pièces structurelles, dissipateurs de chaleur, diverses électrodes pour le soudage (électrodes pour le soudage par résistance par points [spot welding tips], roues-électrodes pour le soudage par résistance à la molette [resistance seam welding wheel], mâchoires pour le soudage par étincelage [flash welding], pointes de fer à souder).

Provenance/Fabrication

La barre de 0,625 pouce de diamètre est produite par Aviva Metals, Texas, États-Unis.

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