Microstructures des alliages de cuivre et réactifs d’attaque courants

Les microstructures du cuivre et de ses alliages s’examinent avec un réactif d’attaque adapté au matériau et au détail recherché. Le laiton et le bronze présentent des répartitions de phases différentes. Les solutions ci-dessous révèlent les grains, les interfaces entre phases, les inclusions et les structures soudées, dans les conditions indiquées d’attaque au tampon ou par immersion.

Caractéristiques microstructurales

Le laiton et le bronze sont les alliages de cuivre les plus couramment utilisés dans l'industrie.

Les laitons peuvent être classés en alliages monophasiques et biphasiques. Le laiton α monophasique moulé présente souvent une ségrégation dendritique. Une déformation suivie d’un recuit élimine cette ségrégation et produit des grains uniformes comportant des jumeaux de recuit. Dans les laitons biphasiques α+β’, la phase α se précipite à partir de la phase β pendant le refroidissement, et sa morphologie dépend des conditions de mise en œuvre. À l’état brut de coulée, la phase α forme une structure de Widmanstatten grossière. Un refroidissement lent après un travail à chaud produit des grains α équiaxes et uniformes, tandis qu’un refroidissement rapide produit une structure de Widmanstatten aciculaire fine. À l’exception du NH₄OH et H₂O₂ Dans les solutions aqueuses, les agents de gravure énumérés ci-dessous attaquent de manière préférentielle la phase β, qui prend alors une couleur foncée, tandis que la phase α conserve sa couleur claire.

Le bronze à l'étain, le bronze d'aluminium et le cuivre au béryllium présentent une caractéristique structurelle commune : une matrice de solution solide α contenant une faible quantité de constituant eutectique ou eutectoïde. Le bronze à l'étain contient une phase eutectoïde α+(α+δ) ; le bronze d'aluminium contient une phase α+(α+γ₂) eutectoïde ; le cuivre au béryllium contient un eutectoïde α+(α+β) ; et le bronze au phosphore contient un eutectoïde α+(α+Cu₃P) eutectique plus (α+δ+Cu₃P) eutectoïde. Le bronze à l'étain présente également une forte ségrégation et peut s'écarter considérablement de son diagramme de phases d'équilibre, car l'intervalle entre le liquidus et le solidus est large et l'étain se diffuse lentement. Le bronze à l'aluminium ne subit qu'une légère ségrégation. À faible grossissement, sa structure ressemble à celle d'un laiton biphasé, tandis que la phase (α+γ₂) L'eutectoïde devient visible à fort grossissement. Le cuivre-béryllium est généralement utilisé après un traitement de mise en solution et un vieillissement. Le traitement de mise en solution produit une structure monophasée uniforme. Le vieillissement entraîne la précipitation de particules très fines de CuBe (deuxième phase) à l'intérieur des grains ou le long des joints de grains. La microscopie optique peut révéler faiblement des particules alignées le long des lignes de glissement, mais leur observation détaillée nécessite le recours à la microscopie électronique.

Réactifs d’attaque courants

Les solutions suivantes sont couramment utilisées pour mettre en évidence les microstructures du cuivre et des alliages de cuivre.

Examen des inclusions

L'identification des types et des caractéristiques des inclusions revêt une importance croissante lors de l'examen microscopique, car celles-ci influent directement sur la formabilité et l'usinabilité du cuivre. Les inclusions peuvent être examinées à l'état poli. Il est également possible de passer brièvement un coton imbibé de solution d'hydroxyde d'ammonium (Etchant 1 ci-dessus) sur la surface polie afin de les rendre plus visibles.

Le soufre et l'oxygène peuvent former du Cu+Cu₂S et Cu+Cu₂Les eutectiques dans le cuivre. À la fois le Cu₂S et Cu₂Les composés de type O sont fragiles et se fracturent facilement lors du travail à froid ; le cuivre est donc soumis à des limites strictes en matière de teneur en oxygène et en soufre. Outre l'analyse chimique, la métallographie peut fournir une indication approximative de la teneur en impuretés. Sous un éclairage ordinaire, l’oxyde de cuivre et le sulfure de cuivre ne peuvent pas être distingués car ils présentent tous deux une couleur bleu-gris. Sous lumière polarisée, l’oxyde de cuivre apparaît rouge rubis et peut donc être distingué du sulfure de cuivre. À l’état brut de coulée, la teneur en oxygène peut être évaluée par comparaison avec des micrographies de référence représentant différents niveaux d’oxygène.

Les traces de bismuth et de plomb forment avec le cuivre des eutectiques Cu+Bi ou Cu+Pb. Ces deux éléments se séparent de l'eutectique, mais leur répartition diffère. Le bismuth forme un réseau le long des joints de grains et provoque une fragilité à chaud marquée. Le plomb a moins tendance à former une répartition continue aux limites des grains ; une agitation avant la solidification permet de disperser le Pb sous forme de fines particules dans la matrice. De faibles ajouts de plomb peuvent donc améliorer l'usinabilité.