Etude de l’influence des impuretés dans des microalliages de cuivre sur leurs microstructures et leurs propriétés mécaniques

Study of the influence of impurities in microalloys copper on microstructure and mechanical properties

• Auteur / Autrice : Romain Savina
• Direction : Brigitte Bacroix, Fabienne Grégori
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et matériaux
• Date : Soutenance le 01/12/2014
• Etablissement(s) : Paris 13
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Nexans
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Propriétés Mécaniques et Thermodynamiques des Matériaux (....-2010)
• Jury : Président / Présidente : Guy Dirras
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Muriel Véron
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Christien, Jérôme Crépin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Câbles électriques

Propriétés mécaniques

Cuivre

Cuivre -- Alliages

Mots clés libres

Cuivre

Copper

Résumé

Ce travail s'inscrit dans l'activité de production de câbles électriques en cuivre par l'entreprise NEXANS. La coulée continue, située sur le site de Lens, permet d'obtenir des demiproduits se présentant sous forme de fils de cuivre de diamètre 8mm. Si à l’origine ce genre de système de production utilise du cuivre « pur », qualifié d’ETP-1 (pureté >99,99%), aussi appelé cathodes électrolytiques, afin d’obtenir du fil de cuivre, ces derniers années, la coulée continue de Lens a élargi son activité vers le recyclage en introduisant des déchets riches en cuivre sur leur système. On distingue ainsi deux grandes familles de demi-produits ; la première, classée ETP-1, obtenue à partir de cuivre « pur » (Cu-ETP-1), et la deuxième, classée ETP-A, obtenue en introduisant un certain pourcentage de cuivre issu de déchets qualifiés de propres (déchets relativement purs). Cependant, dans cette optique environnementale et économique forte, le retour d'expérience de la chaîne de production a montré ces dernières années des problèmes de fissuration à chaud lors de l'élaboration des demi-produits. Ces problèmes concernent principalement le cuivre ETP-A, donc a priori le cuivre le plus riche en impuretés. Ainsi ces travaux de thèse ont pour but d’expliquer les raisons de ce problème sur la coulée continue en identifiant le(s) facteur(s) responsable(s) et en expliquant leur rôle sur le(s) mécanisme(s) de fissuration. Afin de répondre à cette problématique, après avoir étudié l’influence de l’oxygène et du plomb sur la microstructure par l’intermédiaire des diagrammes de phases binaire Cu-O et ternaire Cu-O-Pb, nous concentrons notre étude sur l’influence de ces impuretés sur les propriétés mécaniques du cuivre. Des essais de traction in situ au Microscope Electronique à Balayage ont été réalisés sur des échantillons à différentes compositions chimiques et à différentes températures afin d’observer leur évolution microstructurale au cours de la déformation tout en reproduisant le phénomène de fissuration observé sur le système de production. Au préalable de chaque essai de traction, des analyses EBSD sont effectuées afin de pouvoir déterminer la localisation de l’amorçage de fissures et d’acquérir de nombreux paramètres pouvant jouer un rôle sur les propriétés mécaniques (texture, facteur de Schmid…). Ces nombreux essais montrent des différences notables de propriétés mécaniques et de mécanismes de fissuration en fonction de nombreux paramètres que nous identifions (température, état de porosité, désorientation associée aux joints de grains, état de précipitation…).

This study takes place in the context of electric wires production using waste copper. Oxygen and sometimes lead are present in small amount in these products. We decide to study their influence on the microstructure and mechanical properties. After studying the influence of oxygen and lead on the microstructure using the binary phase diagram Cu-O and the ternary phase diagram Cu-O-Pb, we focused our work on the influence of these impurities on mechanical properties. In-situ tensile tests have been carried out on samples at different chemical compositions inside the SEM chamber to observe the evolution of microstructure during déformation. Before each deformation test, EBSD analysis has been achieved to make the identification of cracks localization easier and acquire several parameters that can have an influence on mechanical properties (texture, Schmid factor...). These tests show important differences on mechanical properties and craking mechanism according to various factors that we indentify (temperature, porosity, grain boundary misorientation, precipitation....).