Estándares y propiedades: propiedades mecánicas del cobre y las aleaciones de cobre a bajas temperaturas

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Las aleaciones de cobre se vuelven más fuertes y dúctiles a medida que baja la temperatura. También conservan una excelente resistencia al impacto a 20 K. Estas características generales se han revelado en pruebas en 15 aleaciones de cobre, incluidos latones, bronces y cobres comercialmente puros. Fueron probados por Cryogenics Div., National Bureau of Standards, para la industria del cobre y el latón para verificar la resistencia a la tracción, la resistencia a la tracción de muesca, el módulo de Young y las propiedades de impacto a temperaturas de hasta 4 K (-454 F). La información que se presenta aquí se basa en un informe de RP Reed y RP Mikesell "Propiedades mecánicas a baja temperatura del cobre y aleaciones de cobre seleccionadas", Monografía NBS 101, Instituto de Investigación de Materiales, Oficina Nacional de Normas, Boulder, Colorado 80302.

Pruebas — Las composiciones y el estado de estas aleaciones, es decir, para el material de laminación estándar comercialmente disponible, se enumeran en la Tabla 1. Los especímenes de tracción con longitudes de calibre de 1,5 pulgadas proporcionaron los datos sobre el módulo de elasticidad. Se realizaron pruebas de tensión de muesca (también longitudes de calibre de 1,5 pulgadas) y tensión utilizando el criostato y equipo relacionado. Las pruebas se realizaron a 295 (ambiente), 195, 76, 20 y 4 K. Se usó una máquina de prueba Instron con una velocidad de cruceta de 0,02 pulgadas por minuto. Los procedimientos de prueba están descritos por RA Warren y RP Reed en NBS Monograph 63.

Resultados — Las figuras de las páginas siguientes presentan el comportamiento tensión-deformación. En la Tabla 2 se tabulan los datos promedio para cada aleación para todas las pruebas y temperaturas. La dispersión de datos en la mayoría de los casos fue inferior a ± 1%.

Se produjo una dispersión considerable en la resistencia al impacto para el Cobre 102 en la condición estirada en frío al 60%. Esto se relacionó con el tamaño de grano. El examen metalográfico reveló que las muestras con alta resistencia al impacto (113 a 115 ft-lb) tenían granos pequeños, mientras que aquellas con baja resistencia al impacto (57 a 84 ft-lb) tenían granos grandes.

Aleación de cobre envejecido No. 647, aunque contiene solo alrededor de 2.5 wt. % elementos de aleación, demostró ser considerablemente más fuerte que cualquier otra aleación probada. Su resistencia al impacto sigue siendo alta y la resistencia a la tracción en la muesca, aunque disminuye a 4 K, es buena en comparación con la resistencia a la tracción. Además, el alargamiento aumenta a bajas temperaturas.

Excepto por la aleación de níquel-aluminio-bronce moldeada en arena, todas las aleaciones tenían relaciones de tracción con muescas a sin muescas superiores a uno, y buenas o muy buenas propiedades de impacto. Sólo la aleación fundida en arena era quebradiza a baja temperatura. Para la mayoría de las aleaciones, la resistencia a la tracción, el límite elástico, el alargamiento y la resistencia a la tracción en entalla aumentaron en el rango de temperatura de 295 a 20 K. Los límites máximos y elásticos de la mayoría de las aleaciones son menores a 4 K que a 20 K. La fluencia discontinua es evidente en todos los esfuerzos. -curvas de deformación a 4 K.