FR2566431A1 - Traitement d'alliages de cuivre - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION A TRAIT AU TRAITEMENT D'ALLIAGES CUIVRE-BERYLLIUM, AINSI QU'A DES ARTICLES ET PIECES EN CES ALLIAGES, CONTENANT DES QUANTITES FAIBLES PARTICULIERES DE BERYLLIUM ET DE COBALT, PAR EXEMPLE ENVIRON 0,05 A 0,5 DE BERYLLIUM ET 0,05 A 2 DE COBALT, CE QUI LEUR CONFERE UNE COMBINAISON SUPERIEURE DE RESISTANCE A LA DETENTE DES CONTRAINTES, D'APTITUDE AU FACONNAGE, DE DUCTILITE, DE CONDUCTIBILITE ET DE RESISTANCE MECANIQUE PAR TRAITEMENT DE RECUIT DE MISE EN SOLUTION, DE TRAVAIL A FROID A RAISON D'AU MOINS 50 OU 70 A 90 DE REDUCTION DE SECTION OU PLUS ET DURCISSEMENT PAR VIEILLISSEMENT.
Description
La présente invention a trait à un traitement métallur-
gique pour alliages de cuivre ouvrés, en particulier alliages contenant de petites quantités en corrélation de béryllium et de cobalt, en vue de l'obtention d'articles intéressants offrant une combinaison améliorée de résistance à la détente des contraintes, d'aptitude au façonnage, de conductibilité
et de résistance mécanique.
On utilise industriellement depuis une cinquantaine d'an-
nées des alliages cuivre-béryllium dans des applications exi-
geant une résistance mécanique, une aptitude au façonnage,
une résistance à la détente des contraintes et une conducti-
bilité élevées. Parmi les alliages cuivre-béryllium indus-
triels figurent les alliages ouvrés portant les désignations de la Copper Development Association C 17500, C17510, C17000,
C17200 et C17300. Dans l'ensemble, la mise au point des al-
liages cuivre-béryllium et des procédés pour leur fabrication
ont progressé dans le sens allant vers l'obtention du meil-
leur comportement, c'est-à-dire du maximum de résistance mé-
canique, de ductilité et d'autres qualités hautement souhai-
tables, par mise à profit de l'aptitude de ces alliages au durcissement structural. Ainsi, les brevets US 1 893 984,
1 957 214,1 959 154, 1 974 839, 2 131 475, 2 166 794, 2 167
684, 2 172 639 et 2 289 593 décrivent divers alliages ouvrés contenant des quantités variables de béryllium et d'autres
éléments.
Depuis les années cinquante environ o les brevets sus-
indiqués ont été délivrés, des industries nouvelles entières sont apparues et de nouveaux ensembles d'exigences se sont
imposés aux fabricants d'alliages. C'est ainsi que les exi-
gences des industries de l'électronique et des ordinateurs étaient inconnues dans les années trente. Même la tendance à la miniaturisation en matière d'électronique et d'ordinateurs ne s'est fait jour et ne s'est développée à vitesse accélérée
qu'au cours de ces quelques dernières années. Dans la réali-
sation de connecteurs et contacts à ressort, la complexité
des dispositifs nécessaires et les exigences quant à la dis-
sipation de chaleur, ainsi qu'à la survie des pièces à de hau-
tes températures sans défaillance due à une détente des con-
traintes ont rapidement augmenté. En outre, les acheteurs se sont de plus en plus préoccupés des prix et l'on a utilisé
pour les connecteurs des alliages tels que les bronzes phos-
phoreux C51000 et C52100 en raison de leur coût bien qu'on sache que ces alliages ont un comportement inférieur à celui des alliages bérylliumcuivre: conductibilité plus faible, aptitude au façonnage plus médiocre et moindre résistance à la détente des contraintes. De plus, les exigences relatives
à l'aptitude au façonnage, qui sont importantes pour la fa-
brication de pièces complexes à partir de bande ou de fil à
l'aide de matrices à action progressive ou d'autres techni-
ques de façonnage de métaux, ont accru les difficultés aux-
quelles se heurtent les fabricants d'alliage par rapport à l'époque plus simple du brevet US 2 131 475 dans lequel 1'
électrode de soudage décrite est simplement une barre de mé-
tal ouvré ou moulé qui doit résister à l'aplatissement en bout sous charge, mais ne fait l'objet d'aucune exigence
quant à l'aptitude au façonnage.
Les procédés de fabrication de produits semi-finis (c'est-à-dire bandes, plaques, fils, tiges, barres, tubes, etc.) en alliages cuivre-béryllium étaient en général centrés antérieurement sur les alliages à comportement supérieur à
teneur en béryllium et en troisième constituant majeur rap-
pelant la composition des alliages industriels C17500, C 17510 et C 17200. Ces procédés comportaient généralement
les opérations de préparation de l'alliage en fusion, de mou-
lage d'un lingot,de transformation du lingot en produit semi-
fini par travail à chaud et/ou à froid avec recuits intermé-
diaires facultatifs pour le maintien de l'ouvrabilité de 1' alliage, recuit de mise en solution du produit semi-fini par
chauffage à une température suffisante pour assurer la re-
cristallisation de l'alliage et la mise en solution solide du béryllium dans la matrice en cuivre, puis trempe rapide de l'alliage pour le maintien du béryllium en solution solide sursaturée, facultativement travail à froid appliqué à un degré déterminé au produit semi-fini ayant subi le recuit de
mise en solution pour améliorer la résistance mécanique ul-
térieure après durcissement par vieillissement, puis durcis-
sement par vieillissement du produit semi-fini facultativement travaillé à froid opéré à des températures inférieures à
celle de recuit de mise en solution pour obtenir des combinai-
sons souhaitables de résistance mécanique et de ductilité.
Cette technique est décrite dans les brevets US 1 893 984,
1 959 154, 1 974 839, 1 975 113, 2 027 750, 2 527 983, 3 196
006, 3 138 493, 3 240 635, 4 179 314 et 4 425 168 qui indi-
quent aussi que les gammes optimales de températures de re-
cuit de mise en solution et de vieillissement dépendent de
la composition de l'alliage, et que le durcissement par vieil-
lissement peut être opéré soit avant soit après le recuit de mise en solution et la transformation du produit semi-fini ayant subi le recuit de mise en solution et facultativement
le travail à froid en un produit fabriqué (par exemple, res-
sort conducteur de l'électricité, électrode de soudage sous
pression ou dispositif analogue) par des techniques de façon-
nage de métaux bien connues.
Les alliages à base de cuivre selon la technique anté-
rieure qui ne sont pas durcissables par vieillissement (tels
que bronzes phosphoreux C51000et C52100) et dont la résis-
tance mécanique n'est obtenue que par écrouissage sont sou-
vant travaillés à froid à raison de plus de 50% de réduction de section en vue de l'acquisition de niveaux de résistance
mécanique industriellement intéressants. Dans le cas d0allia-
ge cuivre-béryllium selon la technique antérieurele travail à froid final appliqué entre le recuit de mise en solution
et le durcissement par vieillissement, autre que celui as-
socié à d'éventuelles opérations de façonnage de métal pour la fabrication de pièces, est généralement limité à moins d'environ 50% de réduction de section. Ainsi, les brevets US 3 138 493, 3 196 006, 4 179 314 et 4 425 168 décrivent des procédés impliquant une réduction de section-à froid allant d'un minimum de 3% à un maximum de 42% avant durcissement par
vieillissement. Une explication de cette limitation du tra-
vail à froid ou écrouissage des alliages cuivre-béryllium industriels selon la technique antérieure est donnée dans-la publication de 1982 "Wrought Beryllium Copper" de la Brush Wellman Incorporated, qui montre que la ductilité (et par conséquent l'aptitude au façonnage: rayon minimum d'un
coude ménagé à 90 ou à 1800 sans fissuration lors d'une opé-
ration de façonnage) à l'état laminé baisse jusqu'à des ni-
veaux inadmissibles industriellement quand l'écrouissage avant vieillissement augmente au-delà de 40% de réduction,
et que la résistance mécanique après écrouissage et durcis-
sement par vieillissement présente un maximum relatif à envi-
ron 30-40% de réduction à froid, mais diminue pour des taux
d'écrouissage plus élevés lorsqu'on fait vieillir les allia-
ges à des températures recommandées industriellement.
La demande de brevet US en cours Serial n 550 631 (Amitava Guha) cédée à la demanderesse décrit un traitement perfectionné pour alliage industriel cuivre-béryllium-nickel C17510 impliquant un écrouissage intermédiaire à concurrence
d'environ 90% de réduction entre un recuit de mise en solu-
tion à haute température spécial, formant un précipité riche
en nickel, et une opération de durcissement par vieillisse-
ment à faible température, l'ensemble étant destiné à faire apparaître des combinaisons de résistance mécanique et de
conductibilité électrique qu'on ne savait pas obtenir anté-
rieurement dans C17510, moyennant peu ou point de sacrifice sur l'aptitude au façonnage et la résistance à la détente des
contraintes.
La résistance à la détente des contraintes est un para-
mètre de conception important de nature à donner au concep-
teur l'assurance qu'un contact, connecteur ou dispositif ana-
logue particulier continuera à exercer la pression de contact requise pour assurer une grande longévité de l'assemblage
comportant la dispositif. La détente des contraintes se défi-
nit comme la diminution de la contrainte sous déformation
constante à une température donnée. Connaissant le comporte-
ment de détente des contraintes d'un matériau, le concepteur
peut déterminer de combien il faut augmenter la force de res-
sort à température ambiante pour assurer une force minimale
donnée à la température opératoire afin de maintenir le con-
tact électrique entre pièces appariées pendant un long laps
de temps.
Les alliages contenant du béryllium durcissables par vieillissement les mieux dotés de résistance mécanique, tels que C17200 qui contient environ 2% de béryllium, sont connus
pour avoir une haute résistance à la détente des contraintes.
En revanche, les bronzes phosphoreux beaucoup moins onéreux, tels que C51000 et C52100, qui ne sont pas durcissables par
vieillissement et qu'il faut écrouir fortement pour leur con-
férer une haute résistance mécanique, sont médiocres pour ce
qui est de la résistance à la détente des contraintes.
La résistance à la détente des contraintes, dans l'ac-
ception qu'on lui donne ici, est déterminée par l'essai dé-
crit dans le compte rendu intitulé "Stress Relaxation of Beryllium Copper Strip in Bending" par Harkness et Lorenz, présenté à la 30th Annual Relay Conférence, Stillwater, Oklahoma, 27-28 avril 1982. Conformément à cet essai, des spécimens de ressorts plats ayant une longueur entre repères amenuisée sont mis dans un appareil fixe sous un niveau de contrainte initial constant et sont soumis avec l'appareil fixe, à l'état contraint, à une température élevée, comme de
150 C, pendant un long laps de temps. Périodiqueemnt, on re-
tire un spécimen et on le soumet à une mesure destinée à dé-
terminer le degré de déformation permanente subie par le matériau, d'après lequel on peut calculer le pourcentage de
contrainte résiduelle.
On détermina l'aptitude au façonnage par flexion d'un spécimen de bande plate autour d'un poinçon à nez de rayon variable connu en prenant pour moment d'apparition de la défaillance celui o une fissuration apparaît dans les fibres extérieures du coude.D Un indice est affecté à l'essai d'après la quantité R/t ou R est le rayon du nez du poinçon et t, 1' épaisseur de la bande. L'indice peut être utilisé par les concepteurs pour déterminer si un matériau particulier peut
être façonné à la géométrie souhaitée pour une pièce parti-
culière.
L'invention fournit un procédé pour la fabrication d'al-
liages cuivre-béryllium durcissables par vieillissement dotés d'une résistance à la détente des contraintes très voisine de celle des alliages cuivre-béryllium du commerce les plus résistants, ainsi que d'une aptitude au façonnage et d'une
ductilité élevées, d'une haute conductibilité et d'une résis-
tance mécanique intéressante.
Sur les dessins: - la figure 1 indique l'effet exercé par l'écrouissage à raison de 0 à 72% de réduction de section sur la résistance mécanique et la ductilité d'une bande en un alliage à teneurs rentrant dans la gamme selon l'invention, contenant 0,35%
de béryllium et 0,25% de cobalt, la différence essentielle-
ment en cuivre, et ayant subi un recuit de mise en solution à 1000 C, tant à l'état laminé qu'après laminage à froid et durcissement par vieillissement de 3 heures à 400 C;
- la figure 2 indique la résistance mécanique et la duc-
tilité tant en long qu'en travers de bande en l'alliage selon la figure 1 après recuit de mise en solution à 930 C, degrés divers de laminage à froid à raison de 50 à 96% de réduction de section et durcissement par vieillissement de 5,5 heures
à 400 C;
- la figure 3 indique l'effet exercé par diverses tem-
pératures de durcissement par vieillissement allant de 315 à 450 C, avec un temps de vieillissement fixe de 3 heures, sur
la dureté d'une bande en divers alliages cuivre-cobalt-
béryllium à teneurs rentrant dans la gamme selon l'invention après recuit de mise en solution à diverses températures comprises entre 870 et 1000 C et écrouissage à raison de 72% de réduction de section; - la figure 4 indique l'effet exercé par le temps de vieillissement à une température de vieillissement fixe de 400 C sur la dureté d'une bande en divers alliages à teneurs rentrant dans la gamme selon l'invention après recuit de mise en solution à 900 C et laminage à froid à raison de 90% de réduction de section; - la figure 5 indique les relations entre l'aptitude au façonnage en lont et en travers et la résistance mécanique d'une bande en alliage à teneurs rentrant dans la gamme selon l'invention, contenant 0,3% de béryllium et 0,25% de cobalt, la différence sentiblement en cuivre, ayant subi un recuit de mise en solution à 900 C et un laminage à froid à raison de 72% et de 90% de réduction de section, tant à l'état laminé qu'à l'état laminé à froid et durci par vieillissement de 5 heures à 400 C, comparativement à un alliage non susceptible de durcissement structural selon la technique antérieure, par exemple bronze phosphoreux C51000; et
- la figure 6 indique la courbe de détente des contrain-
tes, à une température de 150 C et sous contrainte initiale égale à 75% de la limite élastique à 0,2% d'allongement de bandes en des alliages selon l'invention contenant 0,3 à 0,5%
de béryllium et 0,25% de cobalt, la différence essentielle-
ment en cuivre, ayant subi un recuit de mise en solution et un laminage à froid selon l'invention et essayés après avoir
subi et non subi un durcissement par vieillissement final.
Des alliages à base de cuivre selon la technique antérieure,
à savoir C17200 et C52100, sont prévus aux fins de comparai-
son.
L'invention a trait au traitement d'alliages cuivre-
béryllium contenant environ 0,05 à 0,5% de béryllium et 0,05 à 2% de cobalt par recuit de mise en solution de l'alliage opéré dans la gamme de température d'environ 790 à 1000 C et de préférence d'environ 870 à 930 C, travail à froid dudit
alliage assurant une réduction de section d'au moins 50% en-
viron et de préférence d'environ 70 à 95%, et vieillissement de l'alliage travaillé à froid dans la gamme de température
d'environ 315 à 5400C en vue de faire apparaître dans l'al-
liage vieilli une combinaison supérieure de résistance à la
détente des contraintes, d'aptitude au façonnage, de ductili-
té, de conductibilité et-de résistance mécanique.
L'invention est basée sur la découverte que des alliages de cuivre au béryllium ayant des teneurs faibles, définies,
en béryllium et en cobalt sont capables d'acquérir des combi-
naisons très intéressantes de résistance à la détente des
contraintes, d'aptitude au façonnage, de ductilité, de con-
ductibilité et de résistance mécanique lorsqu'ils ont subi un traitement de mise en solution, un travail à froid poussé et un vieillissement. En effet, la demanderesse à découvert que lorsqu'on durcit ces alliages après travail à froid à raison de plus de 50% environ de réduction de section, tant la résistance mécanique,- telle que mesurée par la limite élastique à 0,2% d'allongement, que la ductilité, telle que mesurée par l'allongement à la traction, sont considérablement améliorées à mesure que le travail à froid est plus accusé
jusqu'à 95% environ de réduction de section ou plus par rap-
port au matériau vieilli après écrouissage à raison de moins
de 50%. Les alliages contiennent environ 0,05 à 0,5% de bé-
ryllium et 0,05 à 2% de cobalt et le traitement qui leur est appliqué, après tout travail à chaud ou à froid nécessaire
pour transformer le lingot moulé initial en un produit inter-
médiaire de dimensions appripriées, comprend un traitement de mise en solution dans la gamme de température d'environ 790 à 1000 C et de préférence d'environ 870 à 930 C, suivi d'un travail à froid, par exemple par laminage, assurant une réduction de la section du produit intermédiaire allant d'au moins 50% à environ 70-95% ou plus, puis d'un vieillissement
appliqué au produit écroui résultant dans la gamme de tempé-
ratures d'environ 315 à 540 C pendant un temps de moins d'une heure à 8 heures environ. Ce traitement diffère du traitement industriel appliqué aux alliages de cuivre au béryllium par le degré de travail à froid appliqué aux alliages avant le vieillissement. Le traitement fait apparaître dans les alliages, dont les teneurs en éléments d'addition sont faibles par rapport
aux alliages de cuivre au béryllium ouvré fabriqués indus-
triellement, une combinaison de propriétés intéressante et
tout à fait inattendue. En particulier, les alliages présen-
sentent une meilleure combinaison de résistance à la détente des contraintes, d'aptitude au façonnage, de ductilité et de conductibilité supérieure que les alliages de type bronze et laiton existant, par exemple aux bronzes phosphoreux, ayant
la même résistance mécanique.
On peut transformer les alliages en lingots par tech-
niques courantes de coulée statique, semi-continue ou conti-
nue. Les lingots peuvent facilement être travaillés, comme par laminage à chaud ou à froid, sans difficulté. On peut procéder à des recuits intermédiaires à des températures d' environ 540 à 955 C. Une fois le lingot ramené à l'épaisseur
intermédiaire souhaitée, à partir de laquelle on puisse par-
venir par réduction de section à l'épaisseur finale souhaitée moyennant un degré déterminé de travail à froid, on opère un recuit de mise en solution. Le recuit de mise en solution est effectué à des températures d'environ 790 ou 815 C à environ 930-1000 C. Les plus faibles-de ces températures n'assurent
pas dans certains alliages une recristallisation totale, tan-
dis que les températures intermédiaires donnent un grain plus fin et une meilleure aptitude au façonnage avec une résistance
mécanique plus médiocre. Il peut y avoir pour certains allia-
ges grossissement de grain indésirable dans la gamme citée
par suite de l'application d'un traitement de mise en solu-
tion à 900 C ou plus, mais la résistance mécanique se trouve améliorée avec peu de modification de la conductibilité. On soumet ensuite le matériau ayant subi le traitement de mise en solution à un travail à froid aboutissant sensiblement à
l'épaisseur finale, par exemple par laminage, étirage ou au-
tre technique de déformation de métaux, pour en réduire la section d'au moins 50% et de préférence d'au moins 70 à 90% environ ou plus. On fait alors vieillir le matériau écroui à une température comprise entre 315 et 540 C environ, pendant
moins d'une heure à 8 heures environ.
Le traitement thermique de vieillissement assure à la
fois un durcissement structural et une détente des contrain-
tes. Il a pour effet de relever la résistance mécanique tout en augmentant beaucoup aussi la ductilité et la résistance à
la détente des contraintes de l'alliage. L'aptitude au façon-
nage est aussi nettement accrue. Pour des températures de vieillissement inférieures à 480 C environ, on prévoit des temps de vieillissement d'environ 1 à 7 heures tandis que des températures de vieillissement plus élevées exigent un temps de vieillissement d'environ une heure ou moins. Pour des teneurs en béryllium relativement faibles, il faut aussi des temps de vieillissement plus longs qu'avec des teneurs en béryllium plus. élevées pour l'obtention de caractéristiques
souhaitables.
On a fabriqué sous forme de lingots une série d'alliages
ayant les compositions portées dans le tableau Io On a trans-
formé les lingots en bandes d'épaisseur intermédiaire par
laminage à chaud et à froid avec recuits intermédiaires facul-
tatifs. On a ensuite soumis chaque bande travaillée à un re-
cuit de mise en solution à 900 C ou 930 C avec maintien à
température d'environ 15 minutes ou moins, suivi d'un refroi-
dissement rapide jusqu'à la température ambiante. Après ce recuit de mise en solution, la bande a subi un laminage à
froid à raison de 90% de réduction de section et un vieillis-
sement à 400 C pendant les temps indiqués. On a déterminé les caractéristiques mécaniques à la traction et on les a portées dans le tableau I qui indique aussi les résultats d'essais
d'aptitude au façonnage par flexion à 90 et d'essais de dé-
tente des contraintes à une température de 150 C sous con-
trainte initiale égale à.75% de la limite élastique à 0,2% d'allongement.
Le tableau II indique les résultats obtenus sur des ban-
des en certains des alliages selon le tableau I et en d'au-
tres alliages à compositions selon l'invention, traités comme ceux du tableau I sauf que le travail à froid a été effectué
à raison de 72% et que le vieillissement a eu lieu à 400 C.
Le tableau III indique les résultats pour certains de ces alliages laminés à froid à raison de 50% avant vieillissement
à 400 C.
Dans un autre exemple ou l'on a adopté une température
de vieillissement final plus élevée pour un temps de vieillis-
sement plus bref que ceux indiqués ci-dessus, un alliage à 0,34% de béryllium et à 0,25% de cobalt, la différence en cuivre, soumis à unrecuit de mise en solution à 900 C, à un laminage à froid à raison de 90% et à un vieillissement de 1 minute à 540 C a présenté une résistance à la traction de 662 MPa, une limite élastique à 0,2% d'allongement de 607 MPa,
un allongement de 11%, une dureté Rockwell B de 90, une con-
ductibilité électrique de 43% IACS et une aptitude au façonna-
ge R/t en long nulle.
Dans un autre exemple encore, un alliage contenant 0,31% de béryllium et 0,50% de cobalt, la différence en cuivre, soumis à un recuit de mise en solution et à un travail à froid comme dans l'exemple précédent et à un vieillissement de 20 minutes à 455 C, a présenté une résistance à la traction de 745 MPa, une limite élastique à 0,2% d'allongement de 696 MPa,
un allongement de 13%, une dureté Rockwell B de 95, une con-
ductibilité électrique de 51% IACS et une aptitude au façon-
nage, R/t, nulle.
Tableaux I, II et III pages suivantes
TABLEAU I
Résis-
Composition tance Limite Flexion Pourcentage Temps de à la élastique Conducti- à 90 R/t de contrainte vieillis- trac- à 0,2% d' Allon- Dureté bilité résiduelle en Coulée Recuit sement à tion allonge- gement Rodcwell électrique en en 1000 h n o %Be %Co ( C) 400 C (h) (MPa) ment (MPa) % B % IACS Long Trav. à 150 C
1 0,06 0,05 900 7 386 345 9 56 78 0 -_
2 0,08 0,11 900 7 483 448 9 79. 69 0,8. __
3 0,14 0,20 900 5 579 517 11 91 57 -....
4 0,13 0,96 900 5 669 627 12 94 46 --..
0,12 1,88 900 7 634 600 12 84 38 0 _ __
6 0,23 0,24 900 7 689 627 11 63 0,7 _
7 0Q,21 0,32 900 7 752 703 10 99 62 0 _- _
8 0,29 0,26 900 5 737 676 9 98 55 1,5 6,0 88
9 0,31 0,25 930 5 758 696 11 95 41 0 6,4 85
0,30 0,49 930 5 869 827 7 101 55 0,6. -
11 0,28 1,21 900 7. 100 55..-- _
12 0,29 1,80 900 7 800 779 11 97 47 0 --
13 0,50 0,25 900 3 758 703 12 99 42 0 4,6 76
14 0,50 0,50 900 5 745 676 13 98 44 _--- --.
0,48 1,21 900 0,5 928 894 6 102 45 2,1 ___ -
16 0,47 1,80 900 5 928 894 7 102 54 3,2-
9 28 89_' 7 102- 54 3 2....
TABLEAU II
Résis-
Composition tance Limite Flexion Pourcentage Temps de à la élastique Conducti- à 90 R/t de contrainte vieillis- trac- à 0,2% d' Allon- Dureté bilité _ résiduelle en Coulée Recuit semant à tion allonge- gement Rockwell électrique en en 1000 h n %Be %Co ( C) 400 C (h) (MPa) rent (. Pa) % B % IACS Long Trav. à 150 C
_!.... ,
3 0,14 0,20 900 7 448 393 11 76 68. _
4 0,13 0,96 900 5 614 552 14 89 48
6 0,23 0,24 900 5 669 593 12 94 63 _
7 0,21 0,32 900 5 717 648 12 97 61 --
* 9 0,31 0,25 930 5 710 662 5 94 48 1,3 5,6
17 0,41 0,25 900 5 696 641 10 100 42 -
18 0,38 1,01 900 3 882 827 9 100 52 _
13 0,50 0,25 900 3 724 648 8 98 40 1,0 9,0 88
TABLEAU III
Résis-
Composition tance Limite Flexion Pourcentage Temps de à la élastique Conducti- à 90 R/t de contrainte ---v-- -- vieillis- trac- à 0,2% d' Allon- Dureté bilité résiduelle en coulée Recuit semant à tion allongegement Rockwell électrique en en 1000 h n %Be %Co ( C) 400 C (h) (MPa) ment (MPa) % B % IACS Long Trav. à 1500C
9 0,31 0,25 930 5,5 655 607 4 87 46 1,4 2,4 -
13 0,50 0,25 900 3 689 607 11 97 41 0,5 1,0 82
S256643 1
Le rôle joué par le traitement de vieillissement final dans l'amélioration des propriétés de ces alliages soumis à un recuit de mise en solution et à un laminage à froid accusé
est démontré sur la figure 1 o l'on observe que la résistan-
ce mécanique est améliorée de près de 50% et la ductilité, doublée dans une bande d'alliage à 0,35% de béryllium et 0,25% de cobalt, la différence essentiellement en cuivre,
ayant subi un laminage à froid à raison de 72% par un vieil-
lissement à 400 C; ainsi que par la figure 6 o une bande
d'alliage à 0,31%de béryllium et 0,25% de cobalt, la diffé-
rence essentiellement en cuivre ayant subi un recuit de mise en solution, un laminage à froid à raison de 90% et pas de vieillissement présente, après 1000 heures à 150 C, sur une
contrainte initiale à 75% de la limite élastique à 0,2% d'al-
longement, une perte plus grande que la même bande après
vieillissement à 400 Co La résistance à la détente des con-
traintes des alliages recuits, écrouis et vieillis selon
l'invention approche de celle des alliages durcis par précipi-
tation, à plus haute résistance mécanique, selon la technique antérieure, par exemple C17200, tandis que les alliages selon l'invention ont eu, avant vieillissement par durcissement,
un comportement analogue à celui des alliages non durcissa-
bles par précipitation, travaillés à froid, selon la techni-
que antérieure, par exemple C51000 et C52100.
L'étude de ces exemples révèle qu'il faut au moins 0,15 à 0,2% de béryllium et 0,1% de cobalt environ, la différence en cuivre, pour obtenir des combinaisons intéressantes de conductibilité électrique, dépassant 40% IACS environ, et de résistance mécanique; dépassant environ 480 MPa delimite
élastique à 0,2% d'allongement à l'état traité selon l'inven-
tion, et qu'on ne saurait obtenir aucune amélioration sensi-
ble de la résistance mécanique au-delà de 900 MPa environ pour des teneurs en béryllium dépassant 0,5% environ et en cobaltdépassant 1,8 à 2% environ, la différence en cuivre,
à l'état traité selon l'invention. En revanche, on peut obte-
nir une très haute conductibilité électrique, dépassant 60% IACS environ, avec des limites élastiques modestes d'au moins 345 MPa environ, dans des alliages à teneurs ne dépassant pas
0,05% pour le béryllium et 0,05% pour le cobalt, la différen-
ce en cuivre, à l'état traité selon l'invention.
Les produits ouvrés traités selon l'invention sont inté-
ressants comme ressorts de transmission de courants, ressorts mécaniques, diaphragmes, lames d'interrupteurs, contacts, connecteurs, bornes, douilles de fusible, soufflets, pointes
de plongeur de moulage sous pression, paliers à coussinet-
douille, outillage de moulage de plastiques, composants de matériel de forage pétrolier/houiller, électrodes et éléments de soudage par résistance, structures conductrices, etc. Outre qu'on peut fabriquer des articles intéressants à partir de bandes, plaques, tiges, barres et tubes d'alliage
amenés à l'état fini par les traitements de recuit, de tra-
vail à froid et de durcissement par vieillissement selon 1' invention, il existe aussi d'autres modes de fabrication de
tels articles qui rentrent dans le cadre de l'invention. Ain-
si, on peut fabriquer des bandes ou fils revêtus, plaqués
par laminage ou incrustés - comportant une couche d'un pre-
mier corps métallique ouvré, par exemple alliage à base de cuivre, à base de nickel, à base de fer, à base de chrome, à base de cobalt, à base d'aluminium, à base d'argent, à base d'or, à base de platine ou à base de palladium., isolément ou en toute combinaison, réunie par voie métallurgique avec un
subjectile en un second corps métallique constitué par un al-
liage cuivre-béryllium selon l'invention - en plaçant la ou les couches dudit ou desdits premiers.corps métalliques en contact avec la surface convenablement nettoyée dudit second corps métallique ayant subi un recuit de mise en solution, en laminant (ou, dans le cas de fil, en étirant) à froid les corps métalliques superposés, à raison d'une forte réduction de section rentrant dans la gamme selon l'invention, par exemple de 50 à 70% ou même de 90% ou plus, pour réaliser une soudure à froid, puis en durcissant par vieillissement la
bande ou le fil multicouche résultant dans la gamme de tempé-
ratures selon l'invention, par exemple de 315 à 540 C pendant
moins d'une heure à 8 heures environ, pour obtenir une combi-
naison souhaitable de résistance mécanique, de ductilité, d' aptitude au façonnage, de conductibilité et de résistance à la détente des contraintes dans le subjectile en cuivre au béryllium. En outre, on peut fabriquer des articles intéressants
à partir d'alliages selon l'invention en conférant à l'arti-
cle sa forme quasi définitive par travail à froid accusé, en amenant par exemple par forgeage à froid, étampage à froid, matriçage à froid ou refoulement à froid la bande, la plaque,
la tige, la barre, le fil ou la- pièce brute à forger en al-
liage ouvré - ayant subi un recuit de mise en solution et fa-
cultativement un laminage ou un étirage à froid partiel - aux dimensions définitives pour faire apparaître dans l'alliage
un degré total d'écrouissage compris dans la gamme selon V'in-
vention, par exemple de 50 à environ 70 ou 90% ou plus, puis
en soumettant l'article définitif façonné à froid à un dur-
cissement par vieillissement selon l'invention, par exemple opéré entre 315 et 540 C pendant environ moins d'une heure à
8 heures, pour conférer aux articles définitifs les combinai-
sons de propriétés avantageuses des alliages selon l'inven-
tion.
De manière générale, les dispositions décrites se prê-
tent à diverses modifications sans sortir, pour autant, du
cadre de l'invention.
2S66431
Claims (15)
1. Procédé de fabrication de matériau d'alliage cuivre-
béryllium à partir d'un alliage contenant environ 0,05 à 0,5% de béryllium et environ 0,05 à 2% de cobalt, la différence essentiellement en cuivre, caractérisé en ce qu'on prévoit ledit alliage sous forme de produit intermédiaire ouvré, on
le soumet à un traitement de mise en solution à une températu-
re d'environ 790 à 1000 C pendant un temps suffisant pour re-
cristalliser et mettre en solution solide la partie des élé-
ments d'addition susceptible de contribuer au durcissement structural, on travaille à froid l'alliage, traité par mise en solution, à raison d'au moins 50% de réduction de section
et l'on fait vieillir l'alliage travaillé à froid à une tem-
perature comprise entre 315 et 540 C environ pendant un temps
de moins d'une heure à environ 8 heures pour assurer un dur-
cissement structural avec élévation notable concomitante de la résistance à la détente des contraintes, de l'aptitude au façonnage, de la ductilité, de-la conductibilité et de la
résistance mécanique.
2. Articles et pièces fabriqués par le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on opère ledit travail à froid par façonnage à froid d'un alliage de cuivre-béryllium, ayant subi un recuit de mise en solution et facultativement
un travail à froid partiel, destiné à lui conférer sensible-
ment la forme et les dimensions définitives, suivi d'un dur-
cissement par vieillissement.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on opère ledit travail à froid en soudant à froid ledit
alliage de cuivre-béryllium à un ou plusieurs matériaux mé-
talliques choisis parmi les alliages à base de cuivre, à base de nickel, à base de fer, à base de chrome, à base de cobalt, à base d'aluminium, à base d'argent, à base d'or, à base de platine ou à base de palladium, pendant ledit travail à froid, pour obtenir un produit ouvré revêtu, plaqué par laminage ou
incrusté qu'on durcit ensuite par vieillissement.
4. Alliage traité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient au moins environ 0,15 à 0,5% de béryllium
et au moins 0,1 à 2% de cobalt.
5. Articles et pièces en un matériau selon la revendica-
tion 4, caractérisé en ce qu'ils présentent un pourcentage de "contrainte résiduelle" d'au moins 75% environ-à l'essai de détente des contraintes de 1000 heures à 150 C et sous contrainte initiale égale à 75% de la limite élastique à 0,2% d'allongement, une limite élastique (à 0,2% d'allongement) d'au moins 480 à 900 MPa environ, un indice R/t d'aptitude au façonnage ne dépassant pas 3,5 en long et environ 9,0 en
travers et une conductibilité d'au moins 35% IoAoCoSo environ.
6. Elément de contact soumis en service à une contrainte, en matériau traité selon la revendication 1, caractérisé en service par une haute résistance à la détente des contraintes lors de l'exposition à des températures allant jusqu'à 150 Co
7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit travail à froid provoque une réduction de section
d'au moins 70 à 95% environ.
8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce
qu'on opère ledit durcissement par vieillissement à une tem-
pérature comprise entre 370 et 425 C environ pendant 1 à 7
heures environ.
9. Alliage de cuivre-béryllium traité selon la revendi-
cation 1, caractérisé en ce qu'il contient sensiblement 0,2 à 0,5% environ de béryllium et 0,2 à 0,4% environ de cobalt,
la différence essentiellement en cuivre.
10. Alliage traité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient 0,25 à 0,5% environ de béryllium et 0,25%
environ de cobalt.
11. Alliage traité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient 0,25 à 0,5% environ de béryllium et 0,5%
environ de cobalt.
12.o Alliage traité selon la revendication 1, caractérisé a
en ce qu'il contient environ 0,05 à 0,2% de béryllium et envi-
ron 0,05 à 0,2% de cobalt.
13. Structures conductrices ou analogues en matériau selon la revendication 12, caractérisé par une conductibilité
électrique dépassant environ 60% IACS et par une limite élas-
tique à 0,2% d'allongement d'au moins 345 MPa environ.
14. Bande, fil, tige, barre et tube fabriqué par le pro-
cédé selon la revendication 1.
15. Bande, fil, tige, barre et tube fabriqug par le pro-
cédé selon la revendication 3.
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|---|---|---|---|
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