Стандарты и свойства: механические свойства меди и медных сплавов при низких температурах.

Номер публикации: 144/8

Медные сплавы становятся прочнее и пластичнее при понижении температуры. Они также сохраняют отличную ударопрочность до 20 К. Эти общие характеристики были выявлены при испытаниях 15 медных сплавов, включая латуни, бронзы и технически чистую медь. Они были протестированы Отделом криогеники Национального бюро стандартов для медной и латунной промышленности с целью проверки прочности на разрыв, прочности на разрыв, модуля Юнга и ударных свойств при температурах до 4 K (-454 F). Представленная здесь информация основана на отчете Р.П. Рида и Р.П. Майкселла «Низкотемпературные механические свойства меди и некоторых медных сплавов», Монография 101 NBS, Институт исследования материалов, Национальное бюро стандартов, Боулдер, Колорадо 80302.

Тесты — Составы и состояние этих сплавов — то есть для стандартного, коммерчески доступного прокатного проката — перечислены в Таблице 1. Данные по модулю упругости были получены на образцах на растяжение с измерительной длиной 1,5 дюйма. Натяжение надреза (также с расчетной длиной 1,5 дюйма) и испытания на растяжение проводились с использованием криостата и соответствующего оборудования. Испытания проводились при 295 (окружающая среда), 195, 76, 20 и 4 К. Использовалась испытательная машина Instron со скоростью траверсы 0,02 дюйма в минуту. Процедуры испытаний описаны Р.А. Уорреном и Р.П. Ридом в монографии NBS 63.

Полученные результаты — На рисунках на следующих страницах представлены характеристики напряжения и деформации. В таблице 2 сведены средние данные по каждому сплаву для всех испытаний и температур. Разброс данных в большинстве случаев составлял менее ± 1%.

Значительный разброс ударной вязкости произошел для Меди 102 в 60% холоднотянутом состоянии. Это было связано с размером зерна. Металлографическое исследование показало, что образцы с высокой ударной вязкостью (от 113 до 115 фут-фунтов) имели мелкие зерна, тогда как образцы с низкой ударной вязкостью (от 57 до 84 фут-фунтов) имели крупные зерна.

Состаренный медный сплав № 647, хотя и содержит лишь около 2,5 мас. % легирующих элементов оказался значительно прочнее любого другого испытанного сплава. Его ударная вязкость остается высокой, а прочность на разрыв, хотя и снижается при 4 К, является хорошей по сравнению с прочностью на разрыв. Кроме того, удлинение увеличивается при низких температурах.

За исключением сплава никель-алюминий-бронза, отлитого в песчаную форму, все сплавы имели коэффициент растяжения без надреза выше единицы и хорошие или очень хорошие ударные свойства. Только сплав, отлитый в песке, был хрупким при низкой температуре. Для большинства сплавов предел прочности, предел текучести, относительное удлинение и предел прочности на надрез увеличиваются в диапазоне температур от 295 до 20 К. Предел текучести и предел текучести большинства сплавов при 4 К меньше, чем при 20 К. Прерывистая текучесть очевидна при всех напряжениях. - кривые деформации при 4 К.