規格と特性: 低温における銅および銅合金の機械的特性

出版者番号: 144/8

銅合金は、温度が下がるにつれて強度が増し、延性が高くなります。 また、20 K までの優れた耐衝撃性も保持します。これらの一般的な特性は、真鍮、青銅、商業用純銅を含む 15 種類の銅合金のテストで明らかになりました。 これらは、銅および黄銅業界向けに国家標準局極低温部門によって試験され、引張強度、ノッチ引張強度、ヤング率、および 4 K (-454 F) までの温度での衝撃特性がチェックされました。 ここで紹介する情報は、RP Reed と RP Mikesell によるレポート「銅および選択された銅合金の低温機械特性」、NBS モノグラフ 101、国立標準局、ボルダー、コロラド州 80302 の材料研究所に基づいています。

テスト — これらの合金の組成と状態、つまり標準的な市販のミルストックの組成と状態を表 1 に示します。ゲージ長 1.5 インチの引張試験片から弾性率のデータが得られました。 ノッチ張力 (ゲージ長も 1.5​​ インチ) および張力試験は、クライオスタットおよび関連機器を使用して実施されました。 試験は、295 (周囲温度)、195、76、20、および 4 K で実施されました。Instron 試験機を、毎分 0.02 インチのクロスヘッド速度で使用しました。 テスト手順は、NBS Monograph 63 で RA Warren と RP Reed によって説明されています。

結果 — 次のページの図は、応力-ひずみ挙動を示しています。 表 2 には、すべてのテストと温度に対する各合金の平均データが表にまとめられています。 ほとんどの場合、データの広がりは ± 1% 未満でした。

60% 冷間引抜条件の銅 102 では、衝撃強度にかなりのばらつきが生じました。 これは粒径に関係していました。 金属組織学的検査により、衝撃強さの高い試験片 (113 ～ 115 ft-lb) には小さな粒子があり、衝撃強さの低い試験片 (57 ～ 84 ft-lb) には大きな粒子があることが判明しました。

時効銅合金 No. 647 は、約 2.5 重量％しか含まれていませんが、 % の合金元素が含まれており、テストされた他の合金よりもかなり強度が高いことが証明されました。 衝撃強度は依然として高く、ノッチ引張強度は 4 K で低下しますが、引張強度と比較すると良好です。 また、低温では伸びが増加します。

砂型鋳造ニッケル-アルミニウム-青銅合金を除いて、すべての合金はノッチ付きとノッチなしの引張比が 1 を超え、良好または非常に良好な衝撃特性を持っていました。 砂型鋳造合金のみが低温で脆くなりました。 ほとんどの合金では、引張強さ、降伏強さ、伸び、およびノッチ引張強さは、295 ～ 20 K の温度範囲で増加しました。ほとんどの合金の極限強さと降伏強さは、20 K よりも 4 K で低くなります。不連続降伏はすべての応力で明らかです。 - 4 K でのひずみ曲線。