Lorsque l’on ajoute de l’étain (0,04-0,55%) au cuivre, l’alliage cuivre-étain qui en résulte présente une augmentation de la résistance mécanique et de la résistance au ramollissement au détriment de la conductivité. La teneur maximale en étain autorisée est dictée par la conductivité minimale requise.
L’ajout de tellure (0,005-0,05%), entraîne une augmentation supplémentaire de la résistance au ramollissement avec une faible perte de conductivité.
- Voir Faits en bref
- Historique
- Traitement thermique
- Propriétés
- Conductivité électrique
- Résistance à l’adoucissement
- Fabrication
- Eusinage
- Résistance à la corrosion
- Applications
- Formes disponibles
- Spécifications
- Exemple d’application 1 : câbles conducteurs automobiles
- Exemple d’application 2 : fil de contact rainuré
Voir Faits en bref
Historique
Ces alliages, développés aux USA entre 1960 et 1990 et fabriqués en Europe depuis 1998, sont disponibles sous forme de bandes et de fils à haute conductivité. Depuis 1998, ils sont utilisés pour les grilles de plomb (CuSn0,15, CW117C), depuis 2010 comme câbles automobiles (CuSn0,5, CW129C) et depuis 2001 comme fil de contact rainuré pour rails aériens (CuSn0,5, CW129C).
Le cuivre-étain-tellure (0,005-0,05% de tellure) (CuSn0,15Te, C14420) a été breveté aux USA entre 1983 et 1987. Il présente une bonne résistance au ramollissement dans la plage de température 200-427oC, avec une valeur IACS de 99,8% et a été développé comme une alternative au cuivre-cadmium et une alternative plus rentable au cuivre-argent.
Traitement thermique
Ce sont des alliages monophasés et ne peuvent être durcis par traitement thermique. Ils peuvent être recuits entre 550-650oC et détendus entre 150-200oC.
La gamme des propriétés mécaniques, indiquée dans le tableau ci-dessous, est développée par le travail à froid.
Par comparaison avec les alliages de cuivre alternatifs, les alliages cuivre-étain sont généralement plus résistants que le cuivre à brai dur électrolytique, le cuivre-argent et le cuivre-fer, mais moins résistants que le cuivre-magnésium et le cuivre-nickel-silicium.
Propriétés
Conductivité électrique
A mesure que le % d’étain augmente, la résistance et la dureté augmentent et la conductivité diminue (voir tableau ci-dessous).
| % d’étain | % IACS |
| 0,1 | 98 |
| 0.15 | 88 |
| 0,2 | 83 |
| 0,5 | 70 |
On choisira un alliage dont la teneur en étain donne la conductivité électrique minimale requise (avec les propriétés mécaniques nécessaires pour un composant).
Résistance à l’adoucissement
Le temps de demi adoucissement, en minutes (qui est défini comme le temps de chauffage nécessaire pour que l’échantillon travaillé à froid diminue sa dureté à la moitié de sa valeur entièrement recuite), est indiqué pour trois alliages dans le tableau ci-dessous
L’effet bénéfique de l’étain sur l’adoucissement est évident mais l’effet remarquable est celui du tellure qui est efficace jusqu’à 427oC où le cuivre-argent s’est complètement ramolli. Par comparaison, le Cu-ETP commencera à se ramollir à 150oC.
Fabrication
| Procédé | Notation |
| Formabilité à froid | Excellente |
| Formabilité à chaud | Excellente |
| Brasage | Excellente |
| Brasage | Excellente |
| Soudage à l’oxyacétylène | Bien |
| Soudage à l’arc sous protection gazeuse | Bien |
| Soudage à la résistance soudage | Parfait |
Ce cuivre ne souffre pas de fragilisation par la vapeur (hydrogène) lorsqu’il est chauffé dans une atmosphère d’hydrogène (réducteur).
Eusinage
L’indice d’usinabilité est de 20% ce qui est passable (le laiton de libre usinage est de 100%).
Résistance à la corrosion
Ces alliages présentent une bonne résistance à la corrosion atmosphérique et à la fissuration par corrosion sous contrainte.
Applications
Les applications typiques nécessitant la combinaison d’une conductivité électrique minimale spécifique, d’une ductilité élevée et d’une résistance accrue et d’une résistance à l’adoucissement par rapport au cuivre pur comprennent :
- Cadres de plomb (CW117C)*
- Pointes de connecteurs
- Commutateurs et relais
- Terminaux
- Fil de harnais automobile
- Busbars
- Rivets
- Vis spéciales
- Câbles conducteurs de signaux pour automobiles
- Fil de contact rainuré pour voies ferrées (CW129C)*
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* Répertorié dans les normes BS EN
Formes disponibles
Le cuivre-étain est disponible en feuilles.étain est disponible sous forme de feuille, bandes et fils. Le cuivre-étain-tellurium est disponible sous forme de bande.
Spécifications
Vous trouverez ci-dessous les spécifications pour l’Europe et les USA. Notez que pour les USA, certaines compositions ne sont pas identiques. Pour les normes équivalentes d’autres pays, visitez le site Web Copper Key.
De plus amples informations sur le cuivre-étain, et d’autres matériaux de conductivité, sont disponibles sur la base de connaissances Copper Alloys.
Exemple d’application 1 : câbles conducteurs automobiles
Depuis 2010, le fil de cuivre-étain (0,25-0,35%), d’une section transversale de 0.13 mm2, avec une conductivité minimale de 72% IACS et une résistance à la traction minimale de 620 N/mm2 a été utilisé avec le cuivre-argent et le cuivre-magnésium dans des conditions exigeantes pour les câbles conducteurs automobiles.
Exemple d’application 2 : fil de contact rainuré
Le cuivre-étain est l’un des principaux alliages utilisés pour le fil de contact des chemins de fer à grande vitesse français. Il est produit pour répondre et dépasser les exigences de la norme européenne EN 50149:2012 Applications ferroviaires – Fils de contact rainurés en cuivre et alliage de cuivre.
Les fils de contact en cuivre-étain ont le bon équilibre entre les propriétés électriques et mécaniques étant plus résistants à l’usure par rapport au cuivre pur.
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