Standard e proprietà: proprietà meccaniche del rame e delle leghe di rame a basse temperature

N. pubblicazione: 144/8

Le leghe di rame diventano più forti e più duttili man mano che la temperatura diminuisce. Mantengono inoltre un'eccellente resistenza agli urti fino a 20 K. Queste caratteristiche generali sono state rivelate in test su 15 leghe di rame, tra cui ottoni, bronzi e rame commercialmente puri. Sono stati testati dal Cryogenics Div., National Bureau of Standards, per l'industria del rame e dell'ottone per verificare la resistenza alla trazione, la resistenza all'intaglio, il modulo di Young e le proprietà di impatto a temperature fino a 4 K (-454 F). Le informazioni qui presentate si basano su un rapporto di RP Reed e RP Mikesell "Proprietà meccaniche a bassa temperatura del rame e delle leghe di rame selezionate", NBS Monograph 101, Institute for Materials Research, National Bureau of Standards, Boulder, Colorado 80302.

Test — Le composizioni e le condizioni di queste leghe, ovvero per le materie prime di laminazione standard disponibili in commercio, sono elencate nella Tabella 1. I provini di trazione con lunghezze di calibro di 1,5 pollici hanno fornito i dati sul modulo elastico. La tensione dell'intaglio (anche lunghezze di calibro di 1,5 pollici) e le prove di tensione sono state condotte utilizzando il criostato e la relativa attrezzatura. I test sono stati condotti a 295 (ambiente), 195, 76, 20 e 4 K. È stata utilizzata una macchina di prova Instron con una velocità della traversa di 0,02 pollici al minuto. Le procedure di test sono descritte da RA Warren e RP Reed nella NBS Monografia 63.

Risultati — Le figure nelle pagine seguenti presentano il comportamento sforzo-deformazione. Nella Tabella 2 sono tabulati i dati medi per ciascuna lega per tutti i test e le temperature. Nella maggior parte dei casi la diffusione dei dati è stata inferiore a ± 1%.

Una notevole variazione nella resistenza all'urto si è verificata per il rame 102 nella condizione trafilata a freddo al 60%. Questo era legato alla dimensione del grano. L'esame metallografico ha rivelato che i campioni con elevata resistenza all'impatto (da 113 a 115 piedi-libbre) avevano grani piccoli mentre quelli con bassa resistenza agli urti (da 57 a 84 piedi-libbre) avevano grani grandi.

Lega di rame invecchiata n. 647, sebbene contenga solo circa il 2,5 % di elementi di lega, si sono rivelati considerevolmente più resistenti di qualsiasi altra lega testata. La sua resistenza agli urti rimane elevata e la resistenza all'intaglio, sebbene diminuisca a 4 K, è buona se paragonata alla resistenza alla trazione. Inoltre, l'allungamento aumenta alle basse temperature.

Fatta eccezione per la lega di nichel-alluminio-bronzo fusa in sabbia, tutte le leghe avevano rapporti di trazione tra intaglio e non intaglio superiori a uno e proprietà di impatto buone o molto buone. Solo la lega fusa in sabbia era fragile alle basse temperature. Per la maggior parte delle leghe la resistenza alla trazione, il carico di snervamento, l'allungamento e la resistenza all'intaglio aumentano nell'intervallo di temperature da 295 a 20 K. Il carico di rottura e lo snervamento della maggior parte delle leghe sono inferiori a 4 K che a 20 K. Lo snervamento discontinuo è evidente in tutte le sollecitazioni -curve di deformazione a 4 K.