Padrões e Propriedades: Propriedades Mecânicas do Cobre e Ligas de Cobre a Baixas Temperaturas

Publicador nº: 144/8

As ligas de cobre tornam-se mais fortes e dúcteis à medida que a temperatura diminui. Eles também mantêm excelente resistência ao impacto até 20 K. Essas características gerais foram reveladas em testes em 15 ligas de cobre, incluindo latão, bronze e cobre comercialmente puro. Eles foram testados pelo Cryogenics Div., National Bureau of Standards, para a indústria de cobre e latão para verificar resistência à tração, resistência à tração de entalhe, módulo de Young e propriedades de impacto em temperaturas abaixo de 4 K (-454 F). As informações apresentadas aqui são baseadas em um relatório de RP Reed e 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.

testes — As composições e condições dessas ligas — isto é, para estoque padrão comercialmente disponível — estão listadas na Tabela 1. Espécimes de tração com comprimentos padrão de 1,5 polegada forneceram os dados sobre o módulo de elasticidade. Tensão de entalhe (também comprimentos de medida de 1,5 polegadas) e testes de tensão foram conduzidos usando o criostato e equipamento relacionado. Os testes foram conduzidos a 295 (ambiente), 195, 76, 20 e 4 K. Uma máquina de teste Instron foi usada com uma velocidade de cruzeta de 0,02 pol. por min. Os procedimentos de teste são descritos por RA Warren e RP Reed em NBS Monografia 63.

Resultados — As figuras nas páginas seguintes apresentam o comportamento tensão-deformação. Na Tabela 2 estão tabulados os dados médios de cada liga para todos os ensaios e temperaturas. A dispersão de dados na maioria dos casos foi inferior a ± 1%.

Uma dispersão considerável na resistência ao impacto ocorreu para o Cobre 102 na condição de 60% trefilado a frio. Isso estava relacionado ao tamanho do grão. O exame metalográfico revelou que as amostras com alta resistência ao impacto (113 a 115 ft-lb) tinham grãos pequenos, enquanto aquelas com baixa resistência ao impacto (57 a 84 ft-lb) tinham grãos grandes.

Liga de cobre envelhecida nº 647, embora contendo apenas cerca de 2,5% em peso % de elementos de liga, provou ser consideravelmente mais forte do que qualquer outra liga testada. Sua resistência ao impacto permanece alta e a resistência à tração do entalhe, embora caia em 4 K, é boa quando comparada à resistência à tração. Além disso, o alongamento aumenta em baixas temperaturas.

Exceto para a liga de níquel-alumínio-bronze fundida em areia, todas as ligas tinham relações de tração com entalhe a não entalhe acima de um e propriedades de impacto boas ou muito boas. Apenas a liga fundida em areia foi frágil em baixa temperatura. Para a maioria das ligas, a resistência à tração, resistência ao escoamento, alongamento e resistência à tração do entalhe aumentaram na faixa de temperatura de 295 a 20 K. Limite e resistência ao escoamento da maioria das ligas são menores em 4 K do que em 20 K. O escoamento descontínuo é evidente em todas as tensões -curvas de deformação a 4 K.