FR2577942A1 - Traitement d'alliages de cuivre - Google Patents

Abstract

L'INVENTION A TRAIT AU TRAITEMENT D'ALLIAGES CUIVRE-BERYLLIUM (ET A DES ARTICLES ET PIECES EN CES ALLIAGES AINSI TRAITES) CONTENANT DES QUANTITES FAIBLES PARTICULIERES DE BERYLLIUM ET DE NICKEL, PAR EXEMPLE ENVIRON 0,05 A 0,5 DE BERYLLIUM ET 0,05 A 1 DE NICKEL AVEC POSSIBILITE DE SUBSTITUTION DE COBALT AU NICKEL JUSQU'A CONCURRENCE DE LA MOITIE DE LA TENEUR EN NICKEL AVEC UN RAPPORT DE SUBSTITUTION D'ENVIRON 1 PARTIE EN POIDS DE COBALT POUR 2 PARTIES EN POIDS DE NICKEL, QUI CONFERE A CES ALLIAGES UNE COMBINAISON SUPERIEURE DE RESISTANCE A LA DETENTE DES CONTRAINTES, D'APTITUDE AU FACONNAGE, DE DUCTILITE, DE CONDUCTIBILITE ET DE RESISTANCE MECANIQUE PAR LE PROCESSUS DE RECUIT DE MISE EN SOLUTION, TRAVAIL A FROID A RAISON D'AU MOINS 50 A 70 OU 90 ENVIRON OU PLUS ET DURCISSEMENT PAR VIEILLISSEMENT.

Description

La présente invention a trait à un traitement métallur-

gique à appliquer à des alliages de cuivre ouvrés, particuliè-

rement alliages contenant de petites quantités en correlation de béryllium et de nickel, ou nickel et cobalt en combinaison, pour l'obtention d'articles intéressants dotés d'une combinai- son améliorée de résistance à la détente des contraintes, d'

aptitude au façonnage, de conductibilité et de résistance mé-

canique. On utilise industriellement depuis une cinquantaine d' années des alliages cuivre-béryllium dans des applications exigeant une résistance mécanique, une aptitude au façonnage,

une résistance à la détente des contraintes et une conducti-

bilité élevées. La mise au point au cours des ans d'alliages cuivrebéryllium et des procédés pour leur fabrication a d'une manière générale progressé dans le sens de l'obtention d'un

comportement supérieur, c'est-à-dire d'un maximum de résis-

tance mécanique, de ductilité et d'autres qualités souhaita-

bles, par mise à profit de l'aptitude de ces alliages au dur-

cissement 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 con-

tenant des quantités variables de béryllium et d'autres élé-

ments. Parmi les alliages cuivre-béryllium industriels figu-

rent les alliages ouvrés portant les désignations de la Copper Development Association C17500, C17510, C17000, C17200 et

C17300.

Depuis les environs des années cinquante o les brevets sus-cités ont été délivrés, de nouvelles industries entières sont apparues et de nouveaux ensembles d'exigences se sont imposés aux fabricants d'alliages. Ainsi, les exigences des

industries de l'électronique et des ordinateurs étaient in-

connues dans les années trente. Même la tendance à la minia-

turisation en matière d'électronique et d'ordinateurs n'est apparue et ne s'est accusée à vitesse accélérée qu'au cours

des quelques dernières années. Dans la réalisation de connec-

teurs et contacts à ressort, la complexité des dispositifs

nécessaires, ainsi que les exigences relatives à la dissipa-

tion de chaleur et à la survie des pièces à hautes températu-

res sans défaillance due à la détente des contraintes, ont rapidement augmenté. En outre, les acheteurs se sont de plus en plus préoccupé des prix et l'on a utilisé des alliages pour connecteurs tels que bronzes phosphoreux C51000 et

C52100 pour des raisons de coût bien qu'on sache que ces al-

liages ont un comportement moins bon, comme par la conducti- bilité, l'aptitude au façonnage et la résistance à la détente

des contraintes plus médiocres, que les alliages cuivre-

béryllium. De plus, les exigences relatives à l'aptitude au façonnage qui s'imposent à la fabrication de pièces complexes à partir de bande ou de fil au moyen de matrices à action progressive ou d'autres technologies de façonnage de métaux,

ainsi que la nécessité d'une plus grande résistance à la dé-

tente des contraintes qui s'impose de nos jours dans le do-

maine des connecteurs électriques et électroniques, commuta-

teurs et relais à haute fiabilité, ont accusé les difficultés auxquelles se heurtent les fabricants d'alliages par rapport à l'époque plus facile des brevets US 1 893 984 et 2 289 593 o le choix des compositions et des traitements d'alliages cuivre-béryllium ne tendait qu'à l'obtention de relations résistance mécanique-conductibilité optimales, sans qu'il soit question de l'aptitude au façonnage ni de la résistance

à la détente des contraintes.

Les procédés selon la technique antérieure de fabrica-

tion de produits semi-finis (c'est-à-dire bandes, plaques, fils, tiges, barres, tubes etc.) en alliages cuivre-béryllium étaient généralement centrés sur le comportement supérieur

des alliages, les teneurs en béryllium et en troisième cons-

tituant majeur rappelant la composition des alliages indus-

triels C17500, C17510 et C17200. Ces procédés comportaient généralement les opérations de préparation de l'alliage en fusion, de moulage d'un lingot, de conversion du lingot en

produit semi-fini par travail à chaud et/ou à froid avec re-

cuits intermédiaires facultatifs pour le maintien de l'ouvra-

bilité de l'alliage, recuit de mise en solution appliqué au produit fini par chauffage à une température suffisante pour provoquer larecristallisation de l'alliage et la mise du béryllium en solution solide dans la matrice de cuivre puis la 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 ultérieure à l'état durci par vieillissement, puis

durcissement par vieillissement du produit semi-fini faculta-

tivement travaillé à froid, opéré à des températures inférieu-

res à la température de recuit de mise en solution pour obte-

nir des combinaisons souhaitables de résistance mécanique et de ductilité. Cette technique antérieure 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 indiquent aussi que les gammes optimales de '

températures pour le recuit de mise en solution et le vieil-

lessement dépendent de la composition de l'alliage, et que le durcissement par vieillissement peut être effectué avant, pendant ou après l'opération de transformation du produit

semi-fini ayant subi le recuit de mise en solution et facul-

tativement le travail à froid en un produit industriel (par exemple, ressort conducteur de l'électricité, électrode de

soudage sous pression ou dispositif analogue) par des techni-

ques de façonnage de métaux bien connues.

Les alliages à base de cuivre selon la technique ant--

rieure qui ne sont pas durcissables par vieillissement (tels

que les bronzes phosphoreux C51000 et C52100) et dont la ré-

sistance mécanique est seulement obtenue par travail à froid

sont souvent écrouis à raison de nettement plus de 50% de ré-

duction de section afin d'acquérir des niveaux de résistance

mécanique industriellement intéressants. Dans le cas des al-

liages cuivre-béryllium selon la technique antérieure, le tra-

vail à froid final appliqué entre le recuit de mise en solu-

tion et le durcissement par vieillissement, autre que celui associé à d'éventuelles opérations de façonnage de métal pour

la fabrication de pièces, est généralement limité à des ni-

veaux inférieurs à environ 50% de réduction. Ainsi, les bre-

vets US 3 138 493, 3 196 006, 4 179 314 et 4 425 168 décrivent des traitements impliquant de 3% au minimum à 42% au maximum

de réduction à froid avant le durcissement par vieillissement.

Une explication de cette limitation du travail à froid appli-

qué aux alliages cuivre-béryllium industriels selon la techni-

que antérieure est donnée dans la publication de 1982 "Wrought

Beryllium Copper" de la demanderesse, qui montre que la ducti-

lité (et donc l'aptitude au façonnage, exprimée par le rayon minimum de ployage à 90 ou à 180 sans fissuration lors d' une opération de façonnage)à l'état laminé baisse jusqu'à des niveaux industriellement inadmissibles quand le travail à froid avant vieillissement augmente audelà d'environ 40% de réduction, et que la résistance mécanique à l'état durci par vieillissement après travail à froid présente un maximum relatif aux environ de 30 à 40% de réduction à froid, mais diminue à mesure que le travail à froid augmente lorsqu'on

adopte pour le vieillissement des alliages les temps et tem-

pératures recommandés industriellement.

La demande de brevet US en cours Serial N 550 631 (Amitava Guha), cédée à la demanderesse, décrit un traitement amélioré pour alliage cuivrebéryllium-nickel industriel C17510 impliquant un travail à froid jusqu'à concurrence d' environ 90% entre un traitement de recuit de mise en solution

à haute température particulier pour la formation d'un préci-

pité riche en nickel et une opération de durcissement par vieillissement à basse température, le tout étant destiné à faire apparaître des combinaisons de résistance mécanique et de conductibilité électrique qu'on ne pouvait antérieurement

obtenir dans C17500 et C17510, moyennant peu ou point de sa-

crifice sur l'aptitude au façonnage et la résistance à la détente des contraintes. Le brevet US 2 289 593 décrit aussi

des alliages cuivre-béryllium-nickel écrouis dans un cas jus-

qu'à concurrence de 80% avant vieillissement, mais ceci en se référant à un alliage contenant au moins 1,47% de Ni, et il

n'est question que de la conductibilité électrique.

La résistance à la détente des contraintes est un paramè-

tre de conception important qui peut donner au concepteur 1' assurance qu'un contact, connecteur ou dispositif analogue particulier continuera à appliquer la pression de contact

voulue pour assurer une grande longévité de l'assemblage com-

portant le dispositif. La détence des contraintes se définit par la diminution de la contrainte apparaissant avec le temps

pour une déformation constante à une température donnée. Con-

naissant le conmportement de détente des contraintes d'un maté-

riau, un concepteur peut déterminer de combien il faut augmen-

ter la force à température ambiante d'un ressort pour assurer une force minimale donnée à la température opératoire afin de

maintenir un contact électrique entre pièces appariées pen-

dant un long laps de temps.

Les alliages au béryllium durcissables par vieillisse-

ment les plus résistants, tels que C17200 qui contient envi-

ron 2% de béryllium, sont connus pour avoir une haute résis-

tance à la détente des contraintes. En revanche, les bronzes phosphoreux beaucoup moins chers, tels que C51000 et C52100, qui ne sont pas durcissables par vieillissement et qu'il faut

fortement écrouir pour leur conférer une haute résistance mé-

canique, sont médiocres par la résistance à la détente des contraintes. Dans l'acception qu'on lui donne ici, la résistance à la détente des contraintes est déterminée par l'essai décrit dans le compte rendu intitulé "Stress Relaxation of Beryllium Copper Strip in Bending" par Harkness et Lorenz présenté à la th Annual Relay Conference, Stillwater, Oklahoma, 27-28 avril 1982. Selon cet essai, des specimens de ressorts plats effilés en longueur sont mis dans un appareil fixe sous un niveau de contrainte initial constant et sont exposés avec 1' appareil fixe, à l'état contraint, à une température élevée comme de 150 C pendant un long laps de temps. Périodiquement, on retire un spécimen et on le mesure pour déterminer le degré

de déformation permanente acquis par le matériau, d'après le-

quel on peut calculer le pourcentage de contrainte résiduelle.

L'aptitude au façonnage est déterminée par ployage d'un spécimen de bande plate autour d'un poinçon présentant un nez

à rayon variable connu, en prenant pour moment de la défail-

lance celui o une fissuration apparaît dans les fibres exté-

rieures du coude. On affecte un indice à l'essai d'après la quantité R/t o "R" est le rayon du plus petit nez de poinçon qui ne provoque pas de fissuration et "t" est l'épaisseur de la bande. L'indice peut servir à des concepteurs à déterminer si un matériau particulier peut être façonné à géométrie

souhaitée pour une pièce donnée.

La présente invention fournit un procédé de fabrication d'alliages cuivrebéryllium durcissables par vieillissement contenant de faibles quantités de nickel, avec possibilité de substitution de cobalt à une partie de la teneur en nickel, ayant une résistance à la détente des contraintes approchant de celle des alliages cuivre-béryllium du commerce les plus

résistants ainsi qu'une aptitude au façonnage et une ductibi-

lité élevées, qu'une haute conductibilité et qu'une résistan- ce mécanique intéressante. La demande de brevet France déposée le 13 juin 1985 sous le n 85 08961 et intitulée "Traitement d'alliages de cuivre" a trait à une technique de traitement d'alliages cuivre-béryllium contenant de faibles

quantités de cobalt.

Sur les dessins: - la figure 1 indique l'effet exercé par un écrouissage à raison de 0 à 93% de réduction de section sur la résistance mécanique et la ductilité de bande en deux alliages compris dans la gamme selon l'invention et contenant, l'un, 0,26% de béryllium et 0,47% de nickel, la différence essentiellement en cuivre et l'autre, 0,27% de béryllium et 0, 71% de nickel, la différence en cuivre, ayant tous deux subi un recuit de mise en solution à 925 C, les caractéristiques étant indiquées tant à l'état laminé qu'après laminage à froid suivi d'un durcissement par vieillissement de 7 heures à 370 C; - la figure 2 indique l'effet exercé par le durcissement

par vieillissement sur la limite élastique et sur l'allonge-

ment à la traction de deux alliages compris dans la gamme selon l'invention et contenant, l'un, 0,29% de béryllium et 0,49% de nickel, la différence en cuivre et l'autre, 0,29%

de béryllium, 0,30% de nickel et 0,16% de cobalt, la différen-

ce en cuivre, après recuit de mise en solution à 900 C, lami-

nage à froid à raison de 72% et durcissement par vieillisse-

ment à 400 C pendant 0 à 7 heures; - la figure 3 indique l'effet exercé par le durcissement par vieillissement sur la limite élastique et l'allongement à

la traction d'un alliage compris dans la gamme selon l'inven-

tion, contenant 0,27% de béryllium et 0,54% de nickel, la dif-

férence en cuivre, après recuit de mise en solution à 925 C, écrouissage à raison de 72% ou de 90% et durcissement par vieillissement à 400 C pendant 0 à 7 heures; et

- la figure 4 indique la courbe de détente des contrain-

tes à une température de 150 C et sous contrainte initiale ?7942

égale à 75% de la limite élastique à 0,2% d'allongement per-

manent, pour deux bandes en alliages selon l'invention conte-

nant, l'un, 0,29% de béryllium et 0,49% de nickel, la diffé-

rence en cuivre et l'autre, 0,29%-de béryllium, 0,30% de nickel et 0,16% de cobalt, la différence en cuivre, ayant tous deux subi un recuit de mise en solution à 900 C, un laminage à froid a raison de 90% et un vieillissement de 5 heures à

400 C. Des alliages à base de cuivre selon la technique anté-

rieure, par exemple C17500,C17510 et C!7200 durcis par vieil-

lissement et C52100 écrouig sont portés aux fins de compa-

raison.

L'invention a trait au traitement d'alliages cuivre-

béryllium contient environ 0,05 à 0,5% de béryllium et 0,05 à

1% de nickel, avec possibilité de substitution de cobalt jus.-

qu'à concurrence de la moitié environ de la teneur en nickel dans un rapport de substitution d'environ 1 partie en poids de cobalt pour 2 parties en poids de nickel. Le traitement

consiste à soumettre l'alliage à un recuit de mise en solu-

tion dans la gamme de températures allant environ de 870 à 1000 C et de préférence de 870 à 930 C, à un travail à froid provoquant une réduction de section d'au moins 50% environ et

de préférence d'au moins 70 à 95% environ,,puis à un durcis-

sement par vieillissement dans la gamme de températures allant environ de 315 à 540 C pendant des temps de moins d'une heure

à environ 8 heures pour faire apparaître dans l'alliage vieil-

li une combinaison supérieure de résistance à la détente des contraites, d'aptitude au façonnage, de conductibilité et de

résistance mécanique.

L'invention est basée sur la découverte que des alliages béryllium-cuivre ayant des teneurs faibles, définies, en béryllium et en nickel, avec possibilité de remplacement d' une partie de la teneur en nickel par une quantité définie de cobalt, sont susceptibles de présenter des combinaisons très

intéressantes de résistance à la détente des contraintes, d'ap-

titude au façonnage et de ductilité, de conductibilité et de résistance mécanique lorsqu'on les traite par recuit de mise en solution, travail à froid poussé et vieillissement. En effet, la demanderesse a découvert que lorsqu'on durcit par vieillissement ces alliages après travail à froid à raison de

plus de 50% environ de réduction de section, tant la résistan-

ce 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, augmentent considérablement avec le degré de travail à froid, jusqu'à concurrence d'environ % de réduction ou plus, par rapport à un matériau vieilli ayant subi un travail à froid à raison de moins de 50%. Les

alliages contiennent environ 0,05 à 0,5% de béryllium et en-

viron 0,05 à 1% de nickel, avec possibilité de substitution

de cobalt jusqu'à concurrence de la moitié environ de la te-

neur en nickel avec un rapport de substitution d'environ 1 partie en poids de cobalt pour 2 parties en poids de nickel, et le traitement appliqué après tout travail à chaud ou à froid nécessaire pour transformer le lingot moulé initial en un produit intermédiaire de dimensions appropriées comprend

un traitement de mise en solution dans la gamme de températu-

res allant environ de 870 à 1000 C et de préférence de 870 à

930 C, suivi d'un travail à froid, comme un laminage, rédui-

sant la section du produit intermédiaire de 50% au moins jus-

qu'à 70-95% environ ou plus, puis d'un vieillissement du pro-

duit écroui résultant dans la gamme de températures allant environ de 315 à 540 C pendant moins d'une heure à 8 heures

environ. Ce traitement diffère du traitement industriel d'al-

liages cuivre-béryllium par l'importance du travail à froid appliqué aux alliages avant vieillissement et diffère de celui selon la demande de brevet US en cours Serial N 550 631 (Amitava Guha) cédé à la demanderesse par les températures de recuit adoptées et par la non formation d'un précipité riche

en nickel à ces températures de recuit.

Le traitement fait apparaître dans les alliages, à te-

neurs en éléments d'addition faibles par rapport à celles des alliages cuivre-béryllium ouvrés fabriqués industriellement, une combinaison de caractéristiques intéressante et tout à fait inattendue. En particulier, ces alliages présentent une

combinaison supérieure de résistance à la détente des con-

traintes, d'aptitude au façonnage, de ductilité et de conduc-

tibilité par rapport aux alliages des types bronze et laiton existants, par exemple aux bronzes phosphoreux, dotés d'une

résistance mécanique analogue.

Les alliages peuvent être mis sous forme de lingots par des techniques de coulée statique, semi-continue ou continue classiques. Les lignots peuvent facilement être travaillés, comme par laminage à chaud ou à froid, sans difficulté. On peut procéder à des recuits intermédiaires à.des températures

de 540 à 955 C. Une fois le lingot ramené à l'épaisseur inter-

médiaire souhaitée, à partir de laquelle on puisse assurer par réduction de section à froid l'amenée à l'épaisseur finale souhaitée avec un degré d'écrouissage déterminé, on procède à un recuitde mise en solution. Le recuit de mise en solution est opéré à des températures d'environ 870 à environ 930-1000 C. Des températures inférieures à cette gamme n'assurent pas, dans certains alliages, une recristallisation complète. Des températures situées à l'extrémité basse de cette gamme don-= nent un grain plus fin et une meilleure aptitude au façonnage,

mais avec une résistance mécanique plus médiocre. Il peut ap-

paraître pour certains alliages, dans la gamme citée, un gros-

sissement du grain indésirable résultant d'un traitement de mise en solution opéré à 950 C ou plus. On ramène ensuite le matériau ayant subi la mise en solution sensiblement à 1'

épaisseur finale par travail à froid, tel que laminage, éti-

rage ou autres traitements de déformation de métaux, pour en réduire la section d'au moins 50% et de préférence d'au moins à 90% environ. On fait ensuite vieillir le matériau écroui

à une température comprise entre 315 et 540 C environ, pen-

dant moins d'une heure à 8 heures environ.

Le vieillissement constitue à la fois un durcissement

structural et un traitement thermique de détente des contrain-

tes. L'effet du vieillissement est d'augmenter la résistance -mécanique tout en augmentant aussi grandement la ductilité et

la résistance à la détente des contraintes de l'alliage. L'ap-

titude au façonnage se trouve aussi nettement accrue. Pour des températures de vieillissement inférieures à 400 C environ, on traite pendant au moins 1 à 7 heures environ, tandis que de plus hautes températures de vieillissement exigent un temps

de vieillissement d'environ une heure ou moins. Avec des te-

neurs en bérylliumn relativement faibles, il faut aussi des

temps de vieillissement plus longs qu'avec de plus fortes te-

neurs en béryllium pour obtenir les caractéristiqeus souhaita-

bles.

On va maintenant donner des exemples de mise en oeuvre.

On a fabriqué sous forme de lingots une série d'alliages ayant les compositions indiquées dans le tableau I. On a transformé les lingots en bandes d'épaisseur intermédiaire par laminage à chaud et à froid avec recuits intermédiaires facultatifs. On a ensuite soumis la bande travaillée à un recuit de mise en solution aux températures indiquées dans le tableau I pendant des temps de maintien à température d' environ 5 minutes ou moins, suivi d'un refroidissement rapide

jusqu'à la température ambiante. Après recuit de mise en so-

lution, la bande a été laminée à froid à raison de 72% de ré-

duction d'épaisseur et durcie par vieillissement pendant les

temps et aux températures indiqués. On a déterminé les carac-

téristiques de résistance à la traction, de dureté et de con-

ductibilité et on les a portées dans le tableau. A titre com-

paratif, des échantillons de bande des coulées 4 et 5 ayant subi le traitement ci-dessus d'écrouissage à raison de 72%, mais non le durcissement par vieillissement, présentaient à

l'état laminé les caractéristiques de résistance à la trac-

tion suivantes: charge de rupture de 450 à 460 MPa, limite élastique à 0, 2% d'allongement de 440 à 455 MPa et allongement

de 5,2 à 5,6%, une dureté Rockwell B de 78 et une conductibi-

lité électrique de 43,9 à 44,1% I.A.C.S.

Le tableau II présente les résultats obtenus sur des bandes en certains des alliages selon le tableau I et en un autre alliage à composition selon l'invention, traités comme ceux du tableau I sauf qu'ils ont été laminés à froid à raison

de 82% avant durcissement par vieillissement comme indiqué.

Le tableau III indique les résultats obtenus sur certains des alliages des tableaux I et II laminés à froid à raison de à 93% avant vieillissement comme indiqué, ainsi que les résultats d'essais d'aptitude au façonnage avec ployage à 90 et d'essais de détente des contraintes opérés à 150 C avec une contrainte initiale égale à 75% de la limite élastique à 0,2% d'allongement. Dans ce cas, l'échantillon de bande de coulée 3 ayant subi comme indiqué le traitement de laminage à froid à 90%, mais non le durcissement par vieillissement, a présenté à l'état laminé les caractéristiques de résistance 1il à la traction suivantes: charge de rupture de 545 MPa, limite élastique à 0,2% d'allongement de 525 MPa, allongement de

2,5%, une dureté Rockwell B de 82 et une conductibilité élec-

trique de 42,2% I.AoCoS. L'aptitude au façonnage par ployage en long à 90 (rapport R/t minimum sans fissuration) à Jleétat

laminé était nulle.

Dans un autre exemrple, un alliage à 0,29% de Be et 0,26%

de Co, la différence en cuivre, après recuit de mise en solu-

tion à 900'C, laminage à froid à 90% et vieillissement de 5 heures à 400 C présentait une charge de rupture à la traction de 757 MPa, une limite élastique à 0,2% d'allongement de 676 MPa, un allongement de 9%, une dureté Rockwell B de 98, une conductibilité électrique de 55% I. oAoCoSo une aptitude minimale au façonnage par ployage à 90 (R/t) de 1,5 et un

pourcentage de "contrainte résiduelle" de 88% apres 1000 heu-

res à 150 C et sous contrainte initiale égale à 75% de la li-

mite élastique à 0,2% d'allongemento Dans un-autre exemple encore, un alliage à 0O30% de béryllium et à 0,49% de cobalt, la difféerence en cuivre, après recuit de mise en solution à 930 C, laminage à froid à 90% et vieillissement de 5 heures à 400 C présentait une charge de rupture à la traction de 869 MPa, une limite élase tique à 0,2% d'allongement de 827 MPa, un allongement de 7% , une dureté Rockwell B de 101, une conductibilité électriques de 55% I.A.oCoS. et une aptitude minimale au façonnage par

ployage en long à 90 (R/t) de 0,6.

Le rôle joué par le traitement de vieillissement final dans l'amélioration des propriétés de ces alliages après recuit de mise en solution et laminage à froid poussé est encore démontré sur la figure 1 o l'on observe que la résistance mécanique est améliorée de 1-1% et la ductilité, multipliée par 6 dans unalliage à 0,26% de béryllium et à 0, 47% de nickel, la différence en cuivre, laminé à froid à 90% ou plus, après vieillissement à 370 C. De manière analogue, on observe

que la résistance mécanique est relevée de 23% et la ductili-

té, multipliée par 5 dans une bande à 0,27% de béryllium et 0,71% de nickel, la différence en cuivre, laminée à froid à

% ou plus, après vieillissement à cette même température.

Comme illustré par la figure 4, la résistance à la dé-

tente des contraintes des alliages selon l'invention recuits, fortement travaillés à froid et vieillis est analogue à celle de bandes en alliages industriels C17500 et C17510, approche de celle des alliages ayant subi un durcissement structural les plus résistants selon la technique antérieure, par exem- ple C17200, et est considérablement relevée par rapport aux alliages écrouis non durcissables par précipitation selon la technique antérieure, par exemple C51000 et C52100 ayant une

résistance mécanique comparable.

L'étude de ces exemples révèle qu'il faut au moins envi-

ron 0,15 à 0,2% de béryllium et environ 0,2% de nickel, la

différence en cuivre, pour obtenir des combinaisons souhaita-

bles de conductibilité électrique supérieure à environ 40% I.A.C.S. et de résistance mécanique supérieure à une limite élastique à 0,2% d'allongement de 480 MPa à l'état traité

selon l'invention, et qu'on n'obtient pas d'amélioration no-

table de la résistance mécanique au-delà de 825 MPa,mais une pertesensible de conductibilité électrique pour des teneurs

en béryllium supérieures à environ 0,5% et en nickel supérieu-

re à 0,9-1% environ, la différence en cuivre, à l'état traité selon l'invention. En revanche, on peut obtenir une très haute conductibilité électrique dépassant environ 60% I.A.C.S., avec des résistances mécaniques limitées d'environ 345 MPa dans des alliages ne contenant que 0,15% de béryllium et 0,1% de nickel, la différence en cuivre, à l'état traité selon 1' invention. On notera encore; q 'examen de ces exemples, qu'on peut substituer du cobalt à toute fraction dei la teneur en nickel des alliages selon l'invention avec un faDortd-s titution d'environ 1 partie en poids de coablt pour 2 parties en poids de nickel et obtenir des caractéristiques mécaniques et phisiques assez comparables pour une teneur en béryllium donnée. Des produits semi-finis traités selon l'invention sont intéressants pour,la fabrication de ressorts de transmission

de courant, ressorts mécaniques, diaphragmes, lames d'inter-

rupteurs, contacts, connecteurs, bornes, douilles de dusible,

soufflets, pointes de plongeur de moulage sous pression, pa-

liers à coussinet-douille, outillage de moulage de plastiques, éléments de matériel de forage pétrolier/houiller, électrodes

et éléments de soudage par résistance, armatures conductri-

ces, etc. Outre qu'on peut fabriquer des articles intéressants à partir de bandes, plaques, tiges, barres et tubes amenés à l'état fini par les traitements de recuit, de travail à froid et de durcissement par vieillissement selon l'invention, il existe aussi d'autres modes de fabrication de tels articles qui rentrent dans le cadre de l'invention. Ainsi, on peut fabriquer de la bande ou du fil revêtu, plaqué par laminage

ou incrusté, comportant une couche d'un premier corps métal-

lique 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 combi-

naison, liée par voie métallurgique à un subjectile en un se-

cond corps métallique constitué par un alliage cuivre-

béryllium rentrant dans la gamme selon l'invention, en met-

tant la ou les couches dudit ou desdits premiers corps métal-

liques 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 métallique, en tréfilant) 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 90% ou plus, pour assurer une soudure à froid, puis en durcissant par vieillissement la bande ou le fil multicouche résultant au sein de la gamme selon l'invention, par exemple de 315 à

450 C, pendant moins d'une heure à 8 heures environ, pour ob-

tenir une combinaison souhaitable de résistance mécanique, de ductilité, d'aptitude au façonnage, de conductibilité et de résistance à la détente des contraintes dans le subjectile en

alliage cuivre-béryllium.

On peut en outre fabriquer des articles intéressants à

partir d'alliages selon l'invention à partir desquels l'arti-

cle est fabriqué sous sa forme définitive par travail à froid

poussé, par exemple forgeage à froid, étampage à froid, ma-

* triçage à froid ou refoulement à froid appliqué à la bande, plaque tige, barre, au fil ou à la pièce brute à forger ayant

subi un recuit de mise en solution et facultativement un la-

minage ou un tréfilage à froid pour lui conférer les dimen-

sions définitives de façon à faire subir à l'alliage un degré

total de travail à froid compris dans la gamme selon l'inven-

tion, par exemple de 50% à environ 70 ou 90% ou plus, puis durcissement par vieillissement appliqué à l'article final façonné à froid dans la gamme selon l'invention, par exemple

entre 315 et 540 C pendant moins d'une heure à 8 heures envi-

ron, pour conférer aux articles définitifs les combinaisons

de propriétés souhaitables des alliages selon l'invention.

De manière générale, les dispositions décrites se prêtent à diverses modifications sans sortir, pour autant, du cadre

de l'invention.

Tableau I, II et III pages suivantes

TABLEAU I

Lite

Charge élastique Allon-

Composition de à 0,2% dl gexsnt Dureté, n (la iffrenc iellis up- allonge% sur RockJell ConductibilitéPloyage à 9o encuivre_ Recuit semmnt ture ïoen t 50 B électrique en long % Be % Ni %Co hie--O C

1 0,19 0,96 930 370 7 775 700 9,0 90 55,1 0,8

2 0,15 1,35 _ 1010 370 2 785 725 12,5 101 30,5 --

3 0,29 0,49. 930 370 7 730 640 11,2 87 53,2 Oe9

4 0,27 0,54 9 30 370 7 740. 660 13,4 96 56,3 _

0,26 0,54 _ 955 370 7 715 620 16,3 97 55,8 _

6 0l,#260, 71 _ 930 370 7 805 715 13,6 98 55,t8 _u 7 0,50 0,10 =- 900 370 3 550 460 15,4i 85 42,8

8 0,50 0,I3 930 370 7 -585 *490 11,6 75 40,2 0,6

9 0,51 0,22 910 400 3 -_ -- -- 92 41,0 -

0,49 0,96 930 370 7 900 820 12,2 95 42,4 0,8

0,49 0,96 - 955 400 7 890 795 14,6 103 45,1

il 0,71 0,14 -- 930 400 3 -89 360 12 0o,70 23 - 930 370 3 700 595 12,6 90 35,7 0,4 13 0,30 0, J.1Q;10 930 aw00 3 io a 90

14 0,29 0,30 0,16 930 370 7 770 705 10,2 87 52,0 0,8

0,39 0,11 0,10 900 3._ 94 44,8 -

E5Z 008930 400 3 _ 9738,5 _

1 6 0, 5 2 0, 2 1 0, 0 8 93 0 4 0 3 8, 5

TABLEAU II

Limite

Charge élastique Allon-

Coeposition de à 0,2% d' gement Dureté Coulée (la. différence Vieillisrup- allonge- % sur Rockwell Conductibilité Ployage à 90 n en cuivre) Recuit sement ture ment 50 mm B électrique en long % Be % Ni % Co C C h MPa MPa % IACS R/t

17 0,19 0,10 - 930 370 7 480 435 6,7 72 61,1 0,6

3 0,29 0,49 - 930 370 7 740 665 9,9 87 54,6 0,4

7 0,50 0,10 - 930 370 7 555 460 13,4 83 43,8 0,6

0,49 0,96 - 930 370 7 910 835 8,5 99 44,1 0,6

TABLEAU III

Limite % de Charge élastique Allon- Conduc- contrainte Coeposition de à 0, 2% d' gement Dureté tibilité Ployage résiduelle Coulée (la différence Vieillis- rup- allonge- % sur Rockwell élec- à 90 après 500 h n en cuivre Recuit senment ture ment 50 mm B trique en long à 150 C %'Be % Ni % Co O C C h MPa MPa % IACS R/t

17 0,19 0,10 - 950 425 3 410 320 15,5 29 65,8 0

1 0,19 0,96 - 900 370 7 735 685 9,6 81 56,8 1,0 --

3 0,27 0,54 - 930 370 7 765 650 13,1 96 55,1 0 --

0,29 0,49 - 900 400 5 - 645 - - -- -- 88,8

6 0,26 0,71 - 930 370 7 810 740 10,5 97 56,0 0,4 --

0,49 0,96 -- 900 425 5 615 530 16,3 69 50,6 0,5 --

14 0,29 0,30 0,16 900 370 7 790 730 10,8 94 53,7 0,2 -

14 0,29 0,30 0,16 900 400 5 715 - - - -- 87,0

Claims (15)

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication de matériau d'alliage cuivre-

béryllium fait d'un alliage contenant environ 0,05 à 0,5% de

béryllium et 0,05 à 1% de nickel avec possibilité de substi-

tution de cobalt au nickel jusqu'à concurrence de la moitié

de la teneur en nickel avec un rapport de substitution d'en-

viron 1 partie en poids de cobalt pour 2 parties en poids de nickel, la différence sensiblement en cuivre, caractérisé en ce qu'on prévoit ledit alliage sous forme de produit semi-fini, on traite cet alliage par mise en solution à une température

d'environ 870 à 1000 C pendant un temps suffisant pour assu-

-rer la recristallisation et la mise en solution solide de la partie des éléments d'addition susceptible de contribuer au

durcissement structural, on travaille à froid l'alliage trai-

té 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 température comprise entre 315 et 540 C environ pendant

moins d'une heure à 8 heures environ pour assurer un durcis-

sement structural accompagné d'un net relèvement de la résis-

tance à la détente des contraintes, de l'aptitude au façonna-

ge, de la ductilité, de la conductibilité et de la résistance mécanique.

2. Articles et pièces fabriqués par le procédé selon la

revendication 1, caractérisés en ce qu'on opère ladite réduc-

tion de section par façonnage à froid d'un alliage cuivre-

béryllium traité par mise en solution partiellement travaillé à froid lui conférant sensiblement la forme et les dimensions

définitives, suivi d'un durcissement par vieillissement.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on opère ladite réduction de section en soudant à froid

ledit alliage cuivre-béryllium à un ou plusieurs corps métal-

liques 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 pla-

tine ou à base de palladium pendant ledit travail à froid pour

obtenir un produit ouvré revêtu, plaqué par laminage ou in-

crusté qu'on durcit ensuite par vieillissement.

4. Alliage traité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient au moins 0,15 à 0,5% de béryllium et au

moins 0,2 à 1% environ de nickel avec possibilité de substi-

tution de cobalt au nickel jusqu'à concurrence de la moitié environ de la teneur en nickel avec un rapport de substition d'environ 1 partie en poids de cobalt pour 2 parties en poids de nickel.

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 80% environ à l'essai de détente des contraintes opéré pendant 500 heures à 150 C sous contrainte initiale égale à 75% de la limite élastique

à 0,2% d'allongement, une limite élastique (à 0,2% d'allon-

gement) d'au moins 480 à 900 MPa environ, une aptitude au formage R/t ne dépassant pas 3,5 en long et 9,0 en travers

et une conductibilité d'au moins 35% I.A.C.S. environ.

6. Elément de contact devant subir une contrainte en service, réalisé 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 al-

lant jusqu'à 150 C environ.

7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit travail à froid provoque une réduction de section

d'au moins 70% à environ 95% ou plus.

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 cuivre-béryllium traité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient essentiellement environ

0,2 à 0,5% de béryllium et 0,2 à 0,5% de nickel avec possibi-

lité de substitution de cobalt au nickel jusqu'à concurrence de la moitié environ de la teneur en nickel avec un rapport de substitution d'environ 1 partie en poids de cobalt pour 2 parties en poids de nickel, la différence essentiellement

en cuivre.

10. Alliage traité selon la revendication 1, caractérisé

en ce qu'il contient environ 0,25 à 0,5% de béryllium et en-

viron 0,5% de nickel avec possibilité de substitution de cobalt au nickel jusqu'à concurrence de la moitié environ de la teneur en nickel avec un rapport de substitution d'environ

1 partie en poids de cobalt pour 2 parties en poids de nickel.

11. Alliage traité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient environ 0,25 à 0,5% de béryllium et 0,7 à 1% de nickel avec possibilité de substitution de cobalt au nickel jusqu'à concurrence de la moitié de la teneur en nickel avec un rapport de substitution d'environ 1 partie en poids

de cobalt pour 2 parties en poids de nickel.

12. Alliage traité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient environ 0,05 à 0,2% de béryllium et 0,05 a 0,2% de nickel avec possibilité de substitution de cobalt

au nickel jusqu'à concurrence d'environ la moitié de la te-

neur en nickel avec un rapport de substitution d'environ 1

partie en poids de cobalt pour 2 parties en poids de nickel.

13. Armature conductrice ou dispositif analogue en maté-

riau selon la revendication 12, caractérisé par une conducti-

bilité électrique dépassant 60% IoA.C.So environ et par une limite élastique a 0,2% d'allongement d'au moins 345 MPao

14. Bande, fil, tige, barre et tube fabriqué par le pro-

cédé selon la revendication lo

15. Bande, fil, tige, barre et tube fabriqué par le

procédé selon la revendication 3. -