표준 및 특성: 저온에서 구리 및 구리 합금의 기계적 특성

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구리 합금은 온도가 내려갈수록 더 강해지고 연성이 높아집니다. 또한 20K까지 우수한 내충격성을 유지합니다. 이러한 일반적인 특성은 황동, 청동 및 상업적으로 순수한 구리를 포함한 15개 구리 합금에 대한 테스트에서 나타났습니다. 이 제품은 구리 및 황동 산업을 대상으로 국립 표준국(National Bureau of Standards)의 극저온 부서(Cryogenics Div.)에서 최대 4K(-454F)의 온도에서 인장 강도, 노치 인장 강도, 영률 및 충격 특성을 확인하기 위한 테스트를 거쳤습니다. 여기에 제시된 정보는 RP Reed와 RP Mikesell의 "구리 및 선택된 구리 합금의 저온 기계적 특성"(NBS Monograph 101, Institute for Materials Research, National Bureau of Standards, Boulder, Colorado 80302)의 보고서를 기반으로 합니다.

테스트 — 이러한 합금의 조성과 상태(즉, 상업적으로 이용 가능한 표준 밀 스톡)는 표 1에 나열되어 있습니다. 게이지 길이가 1.5인치인 인장 시편은 탄성 계수에 대한 데이터를 제공했습니다. 노치 인장(또한 1.5인치 게이지 길이) 및 인장 테스트는 저온 유지 장치 및 관련 장비를 사용하여 수행되었습니다. 테스트는 295(주변), 195, 76, 20 및 4K에서 수행되었습니다. Instron 테스트 기계는 분당 0.02인치의 크로스헤드 속도로 사용되었습니다. 테스트 절차는 NBS Monograph 63에서 RA Warren과 RP Reed가 설명합니다.

결과 — 다음 페이지의 그림은 응력-변형 거동을 나타냅니다. 표 2에는 모든 테스트와 온도에 대한 각 합금의 평균 데이터가 표로 정리되어 있습니다. 대부분의 경우 데이터 확산은 ± 1% 미만이었습니다.

60% 냉간 인발 조건에서 Copper 102의 경우 충격 강도가 크게 분산되었습니다. 이는 입자 크기와 관련이 있었습니다. 금속 조직 검사 결과 충격 강도가 높은(113~115ft-lb) 시편은 작은 입자를 갖고 있는 반면, 충격 강도가 낮은(57~84ft-lb) 시편은 큰 입자를 갖는 것으로 나타났습니다.

비록 약 2.5 중량%만 함유하고 있지만 노화된 구리 합금 No. 647. % 합금 원소는 테스트된 다른 합금보다 상당히 강한 것으로 입증되었습니다. 충격강도는 여전히 높게 유지되며, 노치 인장강도는 4K에서 떨어지지만 인장강도에 비하면 좋은 편이다. 또한, 저온에서는 신장률이 증가합니다.

사형 주조 니켈-알루미늄-청동 합금을 제외하고 모든 합금은 노치 대 비노치 인장 비율이 1보다 크고 충격 특성이 좋거나 매우 좋습니다. 모래 주조 합금만이 저온에서 부서지기 쉽습니다. 대부분의 합금의 경우 인장 강도, 항복 강도, 연신율 및 노치 인장 강도는 295~20K의 온도 범위에서 증가했습니다. 대부분의 합금의 최대 및 항복 강도는 20K보다 4K에서 더 낮습니다. 불연속 항복은 모든 응력에서 분명합니다. -4K에서의 변형 곡선.