Normes et propriétés : propriétés mécaniques du cuivre et des alliages de cuivre à basse température

N° de publication : 144/8

Les alliages de cuivre deviennent plus résistants et plus ductiles à mesure que la température baisse. Ils conservent également une excellente résistance aux chocs jusqu'à 20 K. Ces caractéristiques générales ont été révélées lors d'essais sur 15 alliages de cuivre, parmi lesquels des laitons, des bronzes et des cuivres commercialement purs. Ils ont été testés par la Cryogenics Div., National Bureau of Standards, pour l'industrie du cuivre et du laiton afin de vérifier la résistance à la traction, la résistance à la traction par entaille, le module de Young et les propriétés d'impact à des températures allant jusqu'à 4 K (-454 F). Les informations présentées ici sont basées sur un rapport de RP Reed et RP Mikesell "Low Temperature Mechanical Properties Of Copper and Selected Copper Alloys," NBS Monograph 101, Institute for Materials Research, National Bureau of Standards, Boulder, Colorado 80302.

Essais — Les compositions et l'état de ces alliages — c'est-à-dire pour la pâte à papier standard disponible dans le commerce — sont énumérés dans le tableau 1. Des éprouvettes de traction avec des longueurs de jauge de 1,5 pouce ont fourni les données sur le module d'élasticité. La tension d'entaille (également des longueurs de jauge de 1,5 pouce) et des tests de tension ont été effectués en utilisant le cryostat et l'équipement connexe. Des tests ont été effectués à 295 (ambiante), 195, 76, 20 et 4 K. Une machine de test Instron a été utilisée avec une vitesse de traverse de 0,02 pouce par minute. Les procédures de test sont décrites par RA Warren et RP Reed dans la monographie NBS 63.

Résultats — Les figures des pages suivantes présentent le comportement contrainte-déformation. Dans le tableau 2, les données moyennes pour chaque alliage sont tabulées pour tous les tests et températures. La dispersion des données dans la plupart des cas était inférieure à ± 1 %.

Une dispersion considérable de la résistance aux chocs s'est produite pour le cuivre 102 à l'état étiré à froid à 60 %. Ceci était lié à la taille des grains. L'examen métallographique a révélé que les spécimens à haute résistance aux chocs (113 à 115 ft-lb) avaient de petits grains tandis que ceux à faible résistance aux chocs (57 à 84 ft-lb) avaient de gros grains.

Alliage de cuivre vieilli n° 647, bien qu'il ne contienne qu'environ 2,5 % en poids. % d'éléments d'alliage, s'est avéré considérablement plus résistant que tout autre alliage testé. Sa résistance aux chocs reste élevée et la résistance à la traction en entaille, bien que diminuant à 4 K, est bonne par rapport à la résistance à la traction. De plus, l'allongement augmente à basse température.

À l'exception de l'alliage nickel-aluminium-bronze coulé au sable, tous les alliages avaient des rapports de traction encoché à non encoché supérieurs à un et de bonnes ou très bonnes propriétés d'impact. Seul l'alliage coulé au sable était cassant à basse température. Pour la plupart des alliages, la résistance à la traction, la limite d'élasticité, l'allongement et la résistance à la traction à l'entaille ont augmenté dans la plage de températures de 295 à 20 K. Les limites de rupture et d'élasticité de la plupart des alliages sont inférieures à 4 K qu'à 20 K. Une élasticité discontinue est évidente dans toutes les courbes contrainte-déformation à 4 K.