Mise en forme du cuivre et des alliages de cuivre

Le cuivre et ses alliages sont utilisés, sous forme de composants d’ensembles manufacturés, dans de très nombreuses applications : habitations (distribution d’eau et de gaz, tuyauteries de chauffage, chauffe-eau et chaudières murales, prises de courant et distribution d’électricité, etc.), machines électriques (bobinages, collecteurs, barres de distribution, câbles et fils isolés ou non, contacts de toute nature), électronique et téléphonie (contacts de toute nature), échangeurs thermiques (centrales électriques conventionnelles et nucléaires, dessalement de l’eau de mer), industrie automobile (radiateurs, canalisations de freins, circuits électriques), chasse et armement (douilles de cartouches), mécanique générale, monnaies, habillement, orfèvrerie et décoration, etc.

Pour en arriver là, à partir des lingots et cathodes de cuivre produits par les raffineries de cuivre extrayant celui‐ci des minerais (article Métallurgie du cuivre [M 2 240] dans ce traité), le cuivre et ses alliages passent par deux stades.

• Un stade de première transformation 1.1 d’où ils sortent sous forme de demi-produits, en nombre limité (fils, barres, profilés, planches, bandes, tubes), fabriqués dans des usines et à l’aide d’équipements spécifiques ne produisant en pratique que du cuivre et des alliages cuivreux.

  L’Europe occidentale est le premier producteur et le premier consommateur de demi-produits devant les États-Unis et le Japon. Sa production est d’environ 4 Mt /an dont 3,3 Mt pour la CEE, soit 2,2 Mt de demi-produits en cuivre non allié et 1,1 Mt en cuivre allié. Sa consommation est d’environ 92 % de sa production, laquelle est assurée par 170 entreprises employant 90 000 personnes.

  La capacité de production française de demi-produits est évaluée à 500 000 à 600 000 t /an (une cinquantaine d’établissements et près de 17 000 personnes) en 1980.

  Cette industrie de base alimente les grands secteurs d’activité à raison d’environ 49 % de sa production pour l’industrie électrique, 17 % pour l’industrie mécanique, 18 % pour l’industrie du bâtiment, 10 % pour l’industrie des transports et 6 % pour des industries diverses, cela en cuivre contenu.

• Un stade de deuxième transformation 2 où les demi-produits sont transformés en produits ou pièces, en nombre pratiquement illimité, et cette fois par des usines et des fabricants travaillant souvent aussi bien les demi-produits en alliages d’aluminium ou en aciers que les demi-produits cuivreux.

En ce qui concerne le cuivre et les alliages cuivreux, il faut noter qu’à côté d’alliages spéciaux pour usages particuliers présentant des caractéristiques remarquables (cupro-béryllium, cupro-aluminium, cupro-chrome, cupro-nickel, cupro-étain, etc.) mais relativement chers, les alliages les plus employés et de très loin sont les cuivres Cu/a 1, Cu/c 1, Cu/c 2 pour les usages électriques et électroniques, et le cuivre Cu / b et surtout les laitons (cuivre jaune) monophasés et biphasés pour les usages mécaniques. L’addition de zinc (jusqu’à 40 % en masse), métal moins cher que le cuivre, lui confère, en effet, des caractéristiques mécaniques très améliorées.

Il faut aussi noter, à ces deux stades de première et deuxième transformations, un certain nombre de tendances, développées depuis une vingtaine d’années, et en particulier les deux suivantes.

• Recherche opiniâtre d’économies d’énergie et de matière visant à réduire le prix de transformation : ces tendances se sont traduites principalement par le développement de procédés aussi continus que possible, c’est‐à‐dire en pratique par la fabrication de bottes de fil, de tubes et de bandes en rouleaux de grandes et très grandes longueurs permettant seules l’augmentation des vitesses lors des opérations de première et deuxième transformations et une diminution des mises en œuvre, d’où la réduction recherchée du prix de transformation.

  Nota :

  La mise en œuvre, exprimée en pour-cent, est définie par :

• Efforts développés pour obtenir une qualité telle que la fiabilité nécessaire aux pièces issues de la deuxième transformation soit obtenue en employant des quantités de métal aussi réduites que possible : c’est ainsi que l’épaisseur des bandes en laiton utilisées pour les radiateurs d’automobiles est passée de 0,15 mm environ à moins de 0,10 mm, soit environ 33 % d’économie de métal. Cela a entraîné un développement des contrôles de fabrication à tous les stades et en particulier, bien entendu, celui de contrôles non destructifs.

  Les progrès effectués ont été tels que, pour une qualité très améliorée à tous points de vue, le rapport du coût du demi-produit par rapport au coût de la matière première (au cours de 1980, soit environ cuivre à 9 F / kg et zinc à 3,75 F / kg) se situe aux environs de 1,5 pour le fil de cuivre ∅ 0,25 mm, 3 pour le tube de cuivre ∅ 12 mm × 14 mm et 1,75 pour la bande de laiton 67-33 en rouleaux d’épaisseur 0,3 à 0,5 mm.

  Pour fixer les idées, on peut aussi noter que la consommation d’énergie industriellement nécessaire à la fabrication des trois demi-produits précédents, à partir de cathodes et lingots de cuivre (de fil machine pour le fil) et de zinc n’est que de l’ordre de 1 000 kWh / t pour le fil de cuivre ∅ 0,25 mm, 3 000 kWh / t pour le tube de cuivre ∅ 12 mm × 14 mm et 4 000 à 5 000 kWh / t pour la bande de laiton 67-33 en rouleaux d’épaisseur 0,3 à 0,5 mm environ.

  Nota :

  Le lecteur pourra également consulter, dans ce traité, les articles :

  — Propriétés du cuivre et de ses alliages [M 430] ;

  — Données numériques sur le cuivre et ses alliages. Cuivre et alliages industriels corroyés [M 433] ;

  — Fonderie et moulage des alliages de cuivre Fonderie et moulage des alliages de cuivre ;

  — Traitements thermiques du cuivre et de ses alliages [M 1 295] ;

  — Métallurgie du cuivre [M 2 240].