Thèse soutenue

Etude métallurgique et optimisation de la fabrication d’alliages à base de cuivre coulés en continu : analyse de la ségrégation et des phénomènes de précipitation dans les alliages CuNi15Sn8, CuNi6Si1.8Cr, CuTi3Al2 et CuTi3Sn2.75

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Auteur / Autrice : Valérie Lebreton
Direction : Yves Bienvenu
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Science et génie des matériaux
Date : Soutenance en 2007
Etablissement(s) : ENSMP MAT. Centre des matériaux (Evry, Essonne)

Mots clés

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Résumé

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Les alliages de cuivre au béryllium, caractérisés par un durcissement structural, sont de par leurs propriétés mécaniques proches de certains aciers (Rm#1230MPa, Re0. 2#1060MPa, A%#6. 5 à l’état trempé écroui revenu). D’autre part, ils présentent de hautes conductivités thermiques et électriques (22%I. A. C. S), une bonne résistance à l’usure et à la corrosion, et ils sont amagnétiques. La conjugaison de ces différentes propriétés permet aux alliages de Cu-Be d’accéder à une large une gamme d'applications (disques de frein pour les avions, électrodes de soudage, ressort Bourdon de la source pour manomètre, cordes de guitare etc. ). Cependant, en plus du coût élevé du béryllium, le principal inconvénient de ces alliages est la présence d’oxyde de béryllium qui est nocif lorsqu’il est inhalé sous forme de poudre ou de vapeur. Malgré toutes les précautions qui peuvent être prises pendant l’élaboration de ces matériaux, le risque demeure. En conséquence, pour préserver des conditions environnementales saines, une politique de recherche d'alliages de substitution possédant des propriétés physiques et mécaniques aussi remarquable que les alliages de Cu-Be a été menée. Au terme d’une étude bibliographique deux principales familles d’alliages riches en cuivre se sont distinguées pour leurs propriétés mécaniques comparables à celles développées par les alliages Cu-Be riches en cuivre : les systèmes Cu-Ni-X (X=Sn, Si) et Cu-Ti-X(X=Al,Sn) dans le coin riche en cuivre. Néanmoins, ces alliages ne sont pas exempts de problème. Par exemple, l’étain a tendance à ségréger lors de la solidification des alliages du système Cu-Ni-Sn élaboré en coulée continue, sans compter que ces mêmes alliages présentent un faible allongement à rupture après revenu. Un autre exemple est la faible conductivité électrique des alliages Cu-Ti (<8%I. A. C. S) en comparaison avec le CuBe2. Donc, pour améliorer ces performances, une optimisation des compositions chimiques et des traitements thermiques s’est avérée nécessaire. A cette fin quatre premiers alliages ont été retenus : le CuNi15Sn8, le CuNi6Si1. 8Cr, le CuTi3Al2 et le CuTi3Sn2. 75. Les travaux de recherche ont débutés par une analyse microstructurale de la ségrégation et des états filés trempés de ces matériaux dans le but d’appréhender les difficultés pouvant être rencontrées lors de leur élaboration. La deuxième partie s’est axée sur les phénomènes de précipitation lors des revenus durcissants où la relation propriétés mécaniques/électriques et microstructure a été établie dans la mesure des connaissances actuelles. Le projet a ensuite été réorienté par les résultats obtenus sur chacun des alliages de référence. Ainsi, l’influence des éléments mineurs a complété l’étude du CuNi15Sn8 tandis l’affinement de la composition en éléments majeurs des alliages CuNi6Si1. 8Cr, CuTi3Al2 et CuTi3Sn2. 75 a été privilégié. Des alliages sont ainsi proposés pour une validation semi-industrielle avec un programme de caractérisation plus complet.