CH663799A5

CH663799A5 - Procede de fabrication d'un article en alliage cuivre-beryllium.

Info

Publication number: CH663799A5
Application number: CH2997/85A
Authority: CH
Inventors: Nathan L Church; W Raymond Cribb; John C Harkness
Original assignee: Brush Wellman
Priority date: 1985-02-25
Filing date: 1985-07-10
Publication date: 1988-01-15
Also published as: SE8502749L; US4599120A; BE902621A; FI852254A0; GB2171416B; AU577594B2; CA1241897A; SE8502749D0; DE3523047C2; JPH0542501B2; AU4366985A; JPS61195957A; FR2577942B1; FI87804C; NL8502394A; FI852254L; IT8509534A0; GB2171416A; GB8514786D0; IT1203610B

Description

DESCRIPTION

30 La présente invention concerne un procédé métallurgique de traitement d'alliages de cuivre forgés, plus spécifiquement d'alliages contenant de petites quantités, interdépendantes, de béryllium et de nickel, ou de nickel et cobalt, en combinaison entre eux, afin de produire des articles utiles ayant une combinaison améliorée de résis-35 tance au relâchement de tension, aptitude à la mise en forme, conductivité et résistance mécanique.

Des alliages de cuivre-béryllium ont été utilisés commercialement, depuis cinquante ans environ, dans des applications dans lesquelles on requiert de hautes propriétés de résistance mécanique, ap-40 titude à la mise en forme, résistance au relâchement de tension et conductivité. L'historique du développement des alliages béryllium-cuivre et de leurs procédés de fabrication révèle une tendance générale allant dans le sens de la recherche de caractéristiques élevées, c'est-à-dire des résistances mécaniques les plus élevées, des meilleu-45 res conductivités et autres propriétés souhaitables, en mettant à profit les caractéristiques de durcissement par précipitation de ces alliages. C'est ainsi que les brevets U.S. Nos 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 2.284.593 décrivent différents alliages forgés contenant des quantités 50 variées de béryllium et autres éléments. Les alliages commerciaux cuivre-béryllium comprennent les alliages forgés portant les désignations suivantes de la «Copper Development Association»: C17500, C17510, Cl 7000, Cl 7200 et C17300.

Au cours de la cinquantaine d'années écoulée depuis la déli-55 vrance des brevets susmentionnés, des genres d'industries complètement nouveaux sont apparus, et de nouveaux cahiers de charge se sont imposés aux producteurs d'alliages. Ainsi, les cahiers de charge des industries de l'électronique et de l'informatique étaient inconnus dans les années 30. La tendance à la miniaturisation en électronique 60 et dans l'industrie des ordinateurs n'est apparue et ne s'est accentuée qu'au cours de ces dernières années. Dans le domaine des pièces de raccordement électriques du type à ressort, ainsi que des contacts, la complexité requise pour les appareils, ainsi que les exigences relatives à la disposition thermique et en ce qui concerne l'aptitude des 65 parties constitutives à supporter des températures élevées sans présenter de défauts résultant du relâchement de tension, se sont accentuées. En outre, les acheteurs sont devenus de plus en plus attentifs aux prix, et on a utilisé des alliages pour contacts, tels que les

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bronzes au phosphore C51000 et C52100, en raison de considérations portant sur leurs prix, en dépit du fait que les performances inférieures de tels alliages, notamment leurs moins bonnes propriétés de conductivité et d'aptitude à la déformation, ainsi que leur moindre résistance au relâchement de tension, par rapport aux alliages béryllium-cuivre, étaient connues. En outre, les exigences portant sur l'aptitude à la mise en forme, qui joue un rôle important lors de la fabrication d'articles de formes complexes, à partir de ruban ou de fil, en utilisant des techniques d'emboutissage par série de matrice, ainsi que d'autres techniques de mise en forme, et les exigences de résistance accrue au relâchement de tension, requises pour les pièces de connexion électrique et électronique actuelles, à haute fiabilité, ont augmenté les difficultés imposées aux fabricants d'alliages, par rapport à celles rencontrées à l'époque de la délivrance des brevets U.S. Nos 1.893.984 et 2.289.593, dans lesquels les compositions et procédé de traitement d'alliages cuivre-béryllium ne visaient qu'à l'obtention des rapports résistance mécanique/conductivité les plus élevés possible, sans aucune mention d'exigences relatives à l'aptitude à la mise en forme, ou au comportement de relâchement de tension.

Dans les procédés de production d'articles conformés forgés (c'est-à-dire rubans, plaques, fils, tiges, barreaux, tubes, etc.) en alliage cuivre-béryllium, conformes à l'art antérieur, on a généralement mis l'accent sur l'utilisation d'alliages à performance élevée, contenant du béryllium, et ayant des teneurs importantes en un troisième élément, dont la composition rappelle celle des alliages commerciaux C17500, C17510 et C17200. Généralement, ces procédés comprennent des opérations de préparation de l'alliage à l'état fondu, coulée d'un lingot, transformation du lingot en un article conformé forgé, par travail à chaud et/ou à froid, en effectuant éventuellement des recuits intermédiaires afin de maintenir l'aptitude de ces alliages à la déformation, en vue de permettre leur mise en forme, mise en solution par recuit des objets conformés forgés, en les chauffant à une température suffisante pour provoquer la recristallisation de l'alliage et la mise en solution solide du béryllium dans la matrice de cuivre, suivies d'une trempe rapide de l'alliage afin de maintenir le béryllium en solution solide sursaturée, travail à froid éventuel de l'objet conformé avec un taux de déformation prédéterminé, afin d'augmenter la dureté obtenue ultérieurement par durcissement par revenu, suivi du durcissement par revenu des objets conformés forgés ayant subi le travail à froid éventuel, ce durcissement par revenu étant effectué à des températures inférieures à celles de la mise en solution par recuit, afin d'obtenir des combinaisons intéressantes de résistance mécanique et ductilité. Cet état de la technique est illustré dans les brevets U.S. Nos 1.893.984; 1.959.154; 1.974.839; 1.975.113; 2.027.850; 2.527.983; 3.196.006; 3.138.493; 3.240.635; 4.179.314 et 4.425.168, qui indiquent également que les gammes optimales de mise en solution par recuit et de revenu dépendent de la composition de l'alliage, et que l'on peut effectuer le durcissement par revenu soit avant, soit pendant ou après la mise sous forme d'un article industriel (par exemple un ressort conducteur électrique, une électrode de soudage sous pression ou un article similaire) par des techniques bien connues de mise en forme des métaux de l'article conformé forgé ayant subi le traitement de mise en solution par recuit et le travail à froid éventuel.

Les alliages à base de cuivre de l'art antérieur qui ne sont pas susceptibles d'être durcis par revenu (tels que les bronzes au phosphore C51000 et C52100), et qui ne doivent leur dureté qu'au seul durcissement par travail, sont fréquemment soumis à un travail à froid allant nettement au-delà d'un taux de réduction de section de 50%, afin d'obtenir des niveaux de résistance mécanique entrant en ligne de compte pour des alliages commerciaux. Dans le cas des alliages cuivre-béryllium de l'art antérieur, le travail à froid final effectué entre la mise en solution par recuit et le durcissement par revenu, mis à part celui qui accompagne les opérations éventuelles de mise en forme du métal lors de la fabrication de pièces, est généralement maintenu à des niveaux inférieurs à un taux de réduction de l'ordre de 50%. C'est ainsi que les brevets U.S. Nos 3.138.493, 3.196.006,

4.179.314 et 4.425.168 décrivent des procédés impliquant des taux de réduction par travail à froid compris entre une valeur minimale de 3% et une valeur maximale de 42%, avant le durcissement par revenu. Une explication de cette limitation du travail à froid dans les alliages commerciaux cuivre-béryllium de l'art antérieur est donnée dans un article publié en 1982 sous le titre «Wrought Beryllium Copper» («Alliage béryllium-cuivre forgé») par la société Brush Wellman Incorporated, qui montre que la ductilité à l'état laminé (et, par conséquent, l'aptitude à la déformation — rayon minimum de courbure sans fissuration — lorsque l'échantillon subit un pliage à 90e ou 180° lors d'une opération de mise en forme) tombe à des niveaux inacceptables du point de vue commercial lorsque le travail à froid avant revenu s'élève au-delà d'un taux de réduction de l'ordre de 40%, et que la résistance mécanique après durcissement par revenu faisant suite au travail à froid présente une valeur maximale relative pour un taux de réduction à froid de l'ordre de 30 à 40%, mais diminue aux valeurs plus élevées de travail à froid lorsque les alliages subissent un revenu aux températures recommandées commercialement.

Une demande de brevet déposée aux U.S.A. sous le N° 550.631, au nom de Amitava Guha, et dont la titulaire est la société Brush Wellman Inc., décrit un procédé pour améliorer l'alliage commercial cuivre-béryllium-nickel C17510, comprenant le travail à froid jusqu'à un taux de réduction de l'ordre de 90%, constituant une étape intermédiaire menant à un traitement spécial de mise en solution par recuit formant des précipités riches en nickel, ainsi qu'à une opération de durcissement par revenu à basse température, le tout ayant pour but d'engendrer des combinaisons de résistance mécanique et de conductivité électrique qu'il était impossible d'obtenir auparavant dans les alliages C17500 et C17510, sans sacrifier, ou en ne diminuant que très peu, l'aptitude à la mise en forme et la résistance au relâchement de tension. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 2.289.593 décrit également des alliages cuivre-béryllium-nickel ayant subi, dans un cas particulier, un travail à froid s'élevant jusqu'à 80%, avant revenu, mais il s'agit là d'un alliage contenant au moins 1,47% de nickel, et on ne donne d'indications qu'en ce qui concerne la conductivité électrique.

La propriété de relâchement de tension est un paramètre de construction important, qui peut donner au constructeur l'assurance qu'un contact ou une pièce de connexion donnés, ou un dispositif du même genre, conservera la pression de contact requise, afin d'assurer une longue durée de vie à l'ensemble comprenant ce dispositif. Le relâchement de tension est défini par la diminution de l'effort, pour une déformation constante, en fonction du temps, à une température donnée. La connaissance du comportement du relâchement de tension d'un matériau permet à un constructeur de déterminer dans quelle mesure il y a lieu d'augmenter la force du ressort à température ambiante pour assurer une force minimale donnée à la température de fonctionnement, en vue de maintenir le contact électrique entre les parties qui collaborent entre elles, pendant une longue durée.

On sait que les plus forts parmi les alliages aptes au durcissement par revenu, contenant du béryllium, tel que le Cl7200, qui contient environ 2% de béryllium, ont une résistance élevée au relâchement de tension. D'autre part, les bronzes au phosphore, qui sont notablement meilleur marché, tels que les alliages C51000 et C52100, qui ne sont pas aptes au durcissement par revenu et doivent être fortement travaillés à froid pour obtenir des résistances mécaniques élevées, présentent de mauvaises caractéristiques de résistance au relâchement de tension.

Dans la présente description, la résistance au relâchement de tension est déterminée en effectuant l'essai décrit dans l'article intitulé «Stress Relaxation of Beryllium Copper Strip in Bending» («Relâchement de tension d'un ruban de béryllium-cuivre au pliage»), présenté par Harkness et Lorenz à la 30e conférence annuelle sur les relais, Stillwater, Oklahoma, 27-28 avril 1982. Conformément à cet essai, on place des échantillons de ressorts plats, se rétrécissant progressivement sur une longueur étalon, dans une pièce

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de fixation, avec un niveau initial de tension constant, et on soumet ces échantillons, avec la pièce de fixation sous tension, à une température élevée, par exemple 150° C, pendant une durée prolongée. On prive p^UJ u. ecLtlloi I» II »Mi 11! 1 ii terminer l'allongement permanent subi par le matériau, à partir duquel on peut calculer le pourcentage de tension résiduelle.

On détermine l'aptitude à la mise en forme en pliant un échantillon de bande plate autour d'un poinçon ayant une tête dont le rayon de courbure varie de manière connue, en notant la rupture de l'échantillon au point d'apparition de fissures dans les fibres extérieures de la pliure. Cet essai permet d'attribuer une valeur d'essai à partir de la quantité R/t, dans laquelle «R» est le rayon de la tête de poinçon, et «t» l'épaisseur de la bande. Cette valeur peut être utilisée par les constructeurs afin de déterminer si un matériau particulier peut être mis en forme selon la géométrie dans une pièce donnée.

La présente invention fournit un procédé permettant de produire un alliage cuivre-béryllium, contenant une petite quantité de nickel et dans lequel du cobalt peut être substitué à une partie de cette quantité de nickel, cet alliage étant apte au durcissement par revenu, et ayant une résistance au relâchement de tension se rapprochant beaucoup de celle des plus forts alliages cuivre-béryllium commerciaux, ainsi qu'une grande aptitude à la mise en forme et une haute ductilité, une conductivité élevée et une résistance mécanique utile.

La demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique par la requérante, sous le numéro 623.463, est intitulée: «Processing of Copper Alloys» (Procédé de traitement d'alliages de cuivre au béryllium contenant de petites quantités de cobalt).

Le procédé selon l'invention présente les caractéristiques spécifiées dans la revendication 1, des caractéristiques éventuelles avantageuses ainsi que des applications de ce procédé étant spécifiées dans les revendications subordonn��es à la revendication 1.

L'invention sera mieux comprise grâce à la description détaillée qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, de la mise en œuvre de l'invention, en se référant au dessin annexé, dans lequel: la figure 1 montre l'influence du travail à froid dans le domaine de réduction de section compris entre 0 et 93%, sur la résistance mécanique et la ductilité de rubans en deux alliages selon l'invention, dont l'un contient 0,26% de béryllium, 0,47% de nickel, le reste étant essentiellement constitué de cuivre, l'autre contenant 0,27% de béryllium, 0,71% de nickel, le reste étant du cuivre, ces deux alliages ayant subi un recuit de mise en solution à 925° C, les propriétés étant indiquées aussi bien pour l'état brut de laminage que pour l'état de laminage à froid suivi d'un durcissement par revenu à 370° C;

la figure 2 montre l'effet du revenu sur la limite élastique et l'allongement à la traction de deux alliages de composition comprise dans la gamme selon l'invention, dont l'un contient 0,29% de béryllium, 0,49% de nickel, le reste étant constitué de cuivre, et l'autre contient 0,29% de béryllium, 0,30% de nickel, 0,16% de cobalt,

reste cuivre, après recuit de mise en solution à 900° C, laminage à froid de 72%, et durcissement par revenu à 400° C pendant une durée comprise entre 0 et 7 heures;

la figure 3 montre l'influence du durcissement par revenu sur la limite élastique et l'allongement d'un alliage ayant une composition comprise dans la gamme selon l'invention, contenant 0,27% de béryllium, 0,54% de nickel, reste cuivre, après recuit de mise en solution à 925° C, travail à froid soit avec un taux de 72%, soit avec un taux de 90%, et durcissement par revenu à 400° C, pendant une durée de 0 à 7 heures, et la figure 4 montre la courbe de relâchement de tension à une température de 150° C, pour une tension initiale correspondant à 75% de la limite élastique 0,2%, pour des rubans fabriqués en deux alliages selon l'invention, l'un contenant 0,29% de béryllium, 0,49% de nickel, reste cuivre, et l'autre contenant 0,29% de béryllium, 0,30% de nickel, 0,16% de cobalt, reste cuivre, ayant tous les deux subi un recuit de mise en solution à 900° C, un travail à froid de 90%, et un revenu pendant 5 heures à 400° C. Des indications concernant des alliages à base de cuivre de l'art antérieur, à savoir les alliages durcis par revenu C17500, C17510 et C17200, et l'alliage

C52100 ayant subi un travail à froid, sont données à titre comparatif.

L'invention porte donc sur le traitement d'alliages cuivre-béryl-

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5 de 0,05%, environ, à environ 1% de nickel, dans lesquels du cobalt peut être substitué à une partie de cette quantité de nickel pouvant aller jusqu'à environ la moitié, avec un taux de substitution d'environ une partie, en poids, de cobalt pour deux parties, en poids, de nickel. Ce traitement consiste en un recuit de mise en solution dans io la gamme de températures de 870 à 1010° C, environ, de préférence entre 870 et 930° C, environ, travail à froid de l'alliage, de façon à réduire l'épaisseur de sa section d'au moins 50%, environ, et de préférence d'au moins environ 70 à 95%, et revenu dans la gamme de températures de l'ordre de 315 à environ 540° C, pendant une durée 15 comprise entre moins d'une heure et environ 8 heures, afin de conférer à l'alliage ainsi vieilli une combinaison élevée de propriétés de résistance au relâchement de tension, aptitude à la mise en forme, ductilité, conductivité et résistance mécanique.

L'invention est fondée sur la découverte du fait que les alliages 20 béryllium-cuivre ayant de faibles teneurs, bien définies, de béryllium et de nickel, dans lesquels une partie du nickel peut être remplacée par une quantité, bien définie, de cobalt, sont capables d'acquérir des combinaisons très utiles de résistance au relâchement de tension, aptitude à la mise en forme et ductilité, conductivité et résistance 25 mécanique, lorsqu'ils sont soumis à un traitement de mise en solution par recuit, travail à froid sévère et revenu. Plus précisément, on a découvert que, si l'on soumet ces alliages à un durcissement par revenu effectué après un travail à froid dépassant un taux de réduction de section d'environ 50%, aussi bien la résistance mécanique, 30 mesurée par la limite élastique 0,2%, que la ductilité, mesurée par l'allongement à la traction, augmente considérablement lorsque le taux de travail à froid augmente jusqu'à un taux de réduction d'environ 95% ou davantage, en comparaison avec le matériau ayant subi un travail à froid inférieur à 50%. Les alliages contiennent de 35 0,05%, environ, à 0,5%, environ, de béryllium, et de 0,05%, environ, à 1%, environ, de nickel, et le traitement qui est appliqué après un travail à chaud ou à froid, éventuellement nécessaire pour transformer le lingot coulé initial en un article conformé intermédiaire de dimensions appropriées, comprend un traitement de mise en solu-40 tion effectué dans la gamme de températures de 870° C, environ, à 1010° C, environ, de préférence entre 870° C et 930° C, environ, suivi par un travail à froid, consistant, par exemple, en un laminage, de façon à réduire la section de l'article conformé intermédiaire d'au moins environ 50% jusqu'à 70 à 95%, ou davantage, suivi d'un 45 revenu de l'article conformé obtenu par travail à froid, effectué dans la gamme de températures de 315° C, environ, à 540° C, environ, pendant une durée comprise entre moins d'une heure, environ, et environ 8 heures. Ce traitement diffère du traitement subi par les alliages de béryllium commerciaux, en ce qui concerne le taux de so travail à froid appliqué aux alliages avant le revenu, et il diffère de celui qui est effectué selon la demande de brevet N° 550.631, déposé au nom de Amitava Guha, et dont la titulaire est la société Brush Wellman Inc., par les températures de recuit et par le fait qu'il ne se forme pas de précipités riches en nickel à de telles températures de 55 recuit.

Le traitement impartit aux alliages qui ont des teneurs en éléments d'alliages faibles en comparaison avec les alliages cuivre-béryllium forgés produits dans le commerce une combinaison de propriétés utile et tout à fait inattendue. En particulier, les alliages 60 présentent une combinaison supérieure de résistance au relâchement de tension, aptitude à la mise en forme, ductilité et conductivité, en comparaison avec les alliages existants du type bronze et laiton, par exemple les bronzes de phosphore, ayant une résistance mécanique similaire.

65 Les alliages peuvent être coulés sous forme de lingots, en utilisant les techniques de coulée classiques, statiques, semi-continues ou continues. Les lingots peuvent être convenablement travaillés, sans difficultés, par exemple par laminage à chaud ou à froid. On peut

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avoir recours à des recuits effectués à des températures comprises entre 540° C, environ, et 955° C. Après réduction du lingot aux dimensions intermédiaires désirées, à partir desquelles on peut lui imposer une réduction à froid jusqu'à la forme finale désirée, avec un taux prédéterminé de travail à froid, on effectue un recuit de mise en solution. Le recuit de mise en solution est effectué à des températures allant de 870° C, environ, à 930° C à 1000° C, environ. Les températures voisines de la limite inférieure de cette gamme fourniront une granulométrie plus fine, ainsi qu'une meilleure aptitude à la mise en forme, accompagnées toutefois d'une résistance mécanique inférieure. Il peut se produire une croissance indésirable de grains dans le cas de certains alliages ayant une composition comprise dans la gamme susmentionnée, dans le cas où l'on a recours à un traitement de mise en solution à 900° C ou à température supérieure. On soumet ensuite le matériau ayant subi le traitement de mise en solution à un travail à froid pratiquement jusqu'à la dimension finale, par exemple par laminage, extrusion, ou tout autre procédé de déformation de métal, afin de réduire sa section d'au moins 50%, environ, et, de préférence, d'au moins 70 à 90% ou davantage. On soumet ensuite le matériau ayant subi le travail à froid à un revenu effectué à une température comprise dans la gamme de 315° C à 540° C, environ, pendant une durée comprise entre moins d'une heure et 8 heures, environ.

Le revenu effectue aussi bien un durcissement par précipitation qu'un traitement thermique de suppression des tensions. L'effet du revenu est d'augmenter la résistance mécanique, tout en augmentant également notablement la ductilité et la résistance au relâchement de tension de l'alliage. L'aptitude à la mise en forme est également notablement accrue. Pour des températures de revenu inférieures à 400° C, environ, on utilise des durées de revenu au moins comprises entre environ une heure et environ 7 heures, alors que les températures de revenu supérieures requièrent une durée de revenu d'environ une heure ou moins. Les teneurs inférieures en béryllium requièrent également des durées de revenu plus longues que les teneurs plus élevées en béryllium, afin d'obtenir les caractéristiques désirées.

On va maintenant donner des exemples :

On a produit une série d'alliages ayant les compositions indiquées au tableau I, sous forme de lingots. On a transformé les lingots en rubans de section intermédiaire par laminage à chaud et à froid en effectuant des recuits intermédiaires éventuels. On a ensuite soumis les rubans ainsi travaillés à des recuits de mise en solution, aux températures indiquées au tableau I, pendant des durées de l'ordre de 5 minutes, ou moins, à ces températures, suivis d'une trempe rapide à la température ambiante. On a ensuite soumis les rubans ayant subi le recuit de mise en solution à un laminage à froid jusqu'à une réduction de section de 72%, et à un durcissement par revenu, pendant les durées et aux températures indiquées. On a déterminé les propriétés d'allongement sous tension, dureté et conductivité, et on a reporté les résultats obtenus au tableau I. A titre comparatif, des échantillons de rubans provenant des chauffes 4 et 5 et traités comme décrit ci-dessus, en subissant le travail à froid de 72%, mais non durcis par revenu, ont présenté, à l'état brut de laminage, les caractéristiques mécaniques suivantes d'essai de traction: résistance à l'allongement finale: 450-460 MPa; limite élastique 0,2% : 440-455 MPa; allongement: 5,2-5,6%, ainsi qu'une dureté de RB 78 et ime conductivité électrique de 43,9-44,1% selon les normes I.A.C.S.

Le tableau II comprend les résultats obtenus à partir de rubans constitués de certains des alliages du tableau I, et de compositions supplémentaires comprises dans les gammes de composition des alliages selon l'invention, ces rubans ayant été traités de la même manière que ceux indiqués au tableau I, mis à part le fait qu'ils ont subi un laminage à froid avec un taux de 82% avant durcissement par revenu dans les conditions indiquées.

Le tableau III indique les résultats obtenus pour certains des alliages figurant aux tableaux I et II, ayant subi un laminage à froid de 90 à 93%, avant revenu, comme indiqué, et il indique également les résultats d'évaluation d'aptitude à la mise en forme par pliage à 90°,

ainsi que d'essai de résistance au relâchement effectué à 150° C, avec une tension initiale correspondant à 75% de la limite élastique 0,2%. Dans ce cas, des échantillons de rubans provenant de la chauffe N° 3, ayant subi, comme indiqué, le traitement de laminage à froid avec un taux de 90%, mais non durci par revenu, ont présenté, à l'état brut de laminage, les caractéristiques mécaniques suivantes d'essai de traction: résistance à l'allongement finale: 545 MPa; limite élastique 0,2%: 525 MPa; allongement: 2,5%, ainsi qu'une dureté de RB 82, et une conductivité électrique de 42,2% selon les normes I.A.C.S. L'aptitude à la déformation par pliage de 90° dans la direction longitudinale (valeur minimale de R/t sans apparition de fissures) avait une valeur nulle pour l'état brut de laminage.

Conformément à un autre exemple, un alliage contenant 0,29% de béryllium, 0,26% de cobalt, reste cuivre, soumis à un recuit de mise en solution à 900° C, à un laminage à froid de 90% et à un revenu de 5 heures à 400° C, a atteint les propriétés suivantes: résistance à l'allongement finale: 757 MPa; limite élastique 0,2% : 676 MPa; allongement: 9%, ainsi qu'une dureté de RB 98, une conductivité de 55% selon les nonnes I.A.C.S., une valeur minimale d'aptitude à la déformation par pliage de 90° dans la direction longitudinale (R/t) de 1,5, et une valeur de tension résiduelle de 88%, au bout d'une durée de 1000 heures de maintien à 150° C, pour une tension initiale correspondant à 75% de la limite élastique 0,2%.

Selon encore un autre exemple, un alliage contenant 0,30% de béryllium, 0,49% de cobalt, reste cuivre, a présenté, après recuit de mise en solution à 930° C, laminage à froid de 90% et revenu ' pendant 5 heures à 400° C, les propriétés suivantes: résistance à la traction finale: 869 MPa; limite élastique 0,2% : 827 MPa; allongement: 7%; dureté RB: 101; conductivité électrique: 55% selon les normes I.A.C.S. ; et valeur minimale de l'aptitude à la déformation par pliage à 90° dans la direction longitudinale (R/t): 0,6.

Le rôle joué par le traitement de revenu final sur l'amélioration des propriétés de ces alliages ayant subi un recuit de mise en solution et un laminage à froid sévère est également démontré à la figure 1, dans laquelle on observe une amélioration de 11% de la résistance mécanique, et une multiplication par 6 de la ductilité, dans le cas d'un ruban en alliage contenant 0,6% de béryllium, 0,47% de nickel, le reste étant constitué de cuivre, ayant subi un laminage à froid de 90% ou davantage, lorsque l'on effectue un revenu à 370° C. De façon similaire, on observe une amélioration de 23% de la résistance mécanique, et un quintuplement de la ductilité dans le cas d'un ruban en alliage contenant 0,27% de béryllium, 0,71% de nickel, reste cuivre, ayant subi un laminage à froid de 90% ou davantage, ce résultat étant obtenu par revenu effectué à la même température qu'indiqué précédemment.

Comme on le voit à la figure 4, la résistance au relâchement de tension des alliages recuits, fortement travaillés à froid et soumis à un revenu, selon l'invention, est similaire à celle des rubans en alliages commerciaux C17500 et C17510, et approche celle des alliages de l'art antérieur les plus résistants ayant subi un durcissement par précipitation, par exemple l'alliage C17200, et elle manifeste une importante amélioration par rapport aux alliages de l'art antérieur, non susceptibles de durcissement par précipitation, travaillés à froid, tels que les alliages C51000 et C52100, qui ont une résistance mécanique similaire.

L'examen de ces exemples met en évidence le fait qu'au moins une composition de l'ordre de 0,15% à environ 0,2% de béryllium et environ 0,2% de nickel, le reste étant du cuivre, est nécessaire pour l'obtention des combinaisons désirées d'une conductivité électrique supérieure à environ 40% selon les normes I.A.C.S., et d'une résistance mécanique supérieure à environ 480 MPa, pour la limite élastique 0,2%, pour des alliages soumis au traitement selon l'invention, et qu'on n'obtient pas d'amélioration notable de résistance mécanique allant au-delà d'environ 825 MPa, mais une perte notable de conductivité électrique, pour des teneurs en béryllium allant au-delà d'environ 0,5%, et des teneurs en nickel allant au-delà d'environ 0,9% à environ 1 %, le reste étant du cuivre, pour des alliages soumis

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663 799

au traitement selon l'invention. D'autre part, on peut obtenir des conductivités électriques très élevées, dépassant une valeur d'environ 60%, selon les normes I.A.C.S., avec de faibles limites élastiques ayant une valeur au moins égale à environ 345 MPa, avec des alliages ayant des teneurs aussi faibles que 0,05% de béryllium et 0,05% de cobalt, le reste étant du cuivre, ayant subi le traitement selon l'invention. Il est à remarquer, comme le montrent ces exemples, que l'on peut substituer du cobalt à une partie de la teneur en nickel des alliages selon l'invention, avec un taux de substitution approximatif d'environ une partie en poids de cobalt pour deux parties en poids de nickel, tout en obtenant des propriétés mécaniques et physiques pratiquement comparables, pour une teneur en béryllium donnée.

Des articles conformés forgés, ayant subi le traitement selon l'invention, sont utiles en tant que ressorts conducteurs électriques, ressorts mécaniques, diaphragmes, lames d'interrupteurs, contacts, pièces de connexion, bornes, ressorts de fusibles, soufflets, pointes de poinçon pour coulée en matrice, coussinets à manche, outils de moulage en matière plastique, constituants de matériel pour le forage pétrolier ou charbonnier, électrodes de soudage par résistance et leurs constituants, cadres de conducteurs électriques, etc.

En plus des articles utiles fabriqués à partir de rubans, plaques, tiges, barreaux et tubes en alliages mis sous leur forme finale par le traitement de recuit, travail à froid et durcissement par revenu selon l'invention, d'autres manières de fabriquer de tels articles entrent également dans le cadre de l'invention. C'est ainsi que l'on peut préparer, conformément à l'invention, des rubans ou fils revêtus, liés par laminage ou incrustés, dans lesquels on effectue une jonction métallurgique d'une couche d'une première substance métallique forgée, par exemple un alliage à base de cuivre, un alliage à base de nickel, un alliage à base de fer, un alliage à base de chrome, un alliage à base de cobalt, un alliage à base d'aluminium, un alliage à base d'argent, un alliage à base d'or, un alliage à base de platine ou un alliage à base de palladium, ou une combinaison quelconque d'au moins deux de ces alliages, sur un substrat consistant en une seconde substance métallique constituée d'un alliage cuivre-béryllium selon

6

l'invention, la fabrication de ces articles étant effectuée en plaçant la ou les couches de la première substance, ou des premières substances métalliques, en contact avec une surface convenablement nettoyée de la seconde substance métallique ayant subi un recuit de mise en 5 solution, suivi du laminage à froid (ou, dans le cas d'un fil, d'un étirage) des substances métalliques superposées, avec un taux de réduction sévère, compris dans la gamme selon l'invention, par exemple de 50 à 70%, ou même de 90% ou davantage, de façon à effectuer un soudage à froid, suivi d'un durcissement par revenu du io ruban ou fil à plusieurs couches, conformément à l'invention, par exemple à une température de 315 à 540° C, pendant une durée comprise entre moins d'une heure et 8 heures, environ, de façon à obtenir une combinaison souhaitable de résistance mécanique, ductilité, aptitude à la mise en forme, conductivité et résistance au relâ-15 chement de tension, dans le substrat constitué par le matériau en alliage cuivre-béryllium.

En outre, on peut fabriquer des articles utiles en alliages selon l'invention en produisant pratiquement la forme finale de l'article par un travail à froid énergique, par exemple par forgeage à froid, 2o emboutissage à froid, étampage à froid ou façonnage à froid, du ruban, plaque, tige, barreau, fil, ou pièce de forgeage, ayant subi un recuit de mise en solution, et, éventuellement, un laminage à froid partiel ou un forgeage par étirage, jusqu'à ses dimensions finales, de façon à atteindre un degré total de travail à froid dans l'alliage selon 25 l'invention, par exemple de 50% à environ 70% ou 90%, ou davantage, suivi d'un durcissement par revenu de l'article formé à froid selon sa forme finale, conformément à l'invention, par exemple de 315 à 540° C, pendant une durée comprise entre moins d'une heure et environ 8 heures, de façon à conférer aux articles finalement 30 obtenus des combinaisons désirables de propriétés conformément à l'invention.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits, et il est clair que de nombreuses variantes et modifications peuvent être envisagées, tout en restant dans le cadre de 35 l'invention.

Tableau I

Chauffe

Composition (Reste Cu)

Recuit

Revenu

Résistance finale à

Limite

élastique

Allongement d'une éprou-

Dureté

Conductivité électrique

Pliage longitudinal

N°

l'allongement

0,2%

vette de 50 mm

à 90° minimum

% Be

% Ni

% Co

°C

H

MPa

%

Rb

% I.A.C.S.

R/t

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

0,9

4

0,27

0,54

—

930

370

7

740

660

13,4

96

56,3

—

5

0,26

0,54

—

955

370

7

715

620

16,3

97

55,8

—

6

0,26

0,71

—

930

370

7

805

715

13,6

98

55,8

—

7

0,50

0,10

—

900

370

3

550

460

15,4

85

42,8

—

8

0,50

0,13

—

930

370

7

585

490

11,6

75

40,2

0,6

9

0,51

0,22

—

930

400

3

—

92

41,0

10

0,49

0,96

—

930

370

7

900

820

12,2

95

42,4

0,8

10

0,49

0,96

—

955

400

7

890

795

14,6

103

45,1

—

11

0,71

0,14

—

930

400

3

—

89

36,0

—

12

0,70

0,23

—

930

370

3

700

595

12,6

90

35,7

0,4

13

0,30

0,11

0,10

930

400

3

—

90

49,0

—

14

0,29

0,30

0,16

930

370

7

770

705

10,2

87

52,0

0,8

15

0,39

0,11

0,10

900

400

3

—

94

44,8

—

16

0,52

0,11

0,08

930

400

3

—

97

38,5

—

Tableau II

Chauffe N°

Composition (Reste Cu)

Recuit

Revenu

Résistance finale à l'allongement

Limite élastique 0,2%

Allongement d'une éprou-vette de 50 mm

Dureté

Conductivité électrique

Pliage longitudinal à 90° minimum

% Be

% Ni

% Co

°C

H

MPa

%

Rb

% I.A.C.S.

R/t

17 3 7 10

0,19 0,29 0,50 0,49

0,10 0,49 0,10 0,96

—

930 930 930 930

370 370 370 370

7 7 7 7

480 740 555 910

435 665 460 835

6,7 9,9 13,4 8,5

72 87 83 99

61,1 54,6 43,8 44,1

0,6 0,4 0,6 0,6

Tableau III

Chauffe N°

Composition (Reste Cu)

Recuit

Revenu

Résistance finale à l'allongement

Limite élastique 0,2%

Allongement d'une éprou-vette de 50 mm

Dureté

Conductivité électrique

Pliage longitudinal à 90° minimum

% tension résiduelle à 150°C (500 h)

% Be

% Ni

% Co

°C

H

MPa

%

Rb

% I.A.C.S.

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

5

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

—

10

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

663 799

2

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'un article en alliage cuivre-béryllium,

MÉIM i un alliage iiitöMiit Ü0 0,01 à 0Mo do ttórjium, do

0,05% à 1% de nickel, dans lequel du cobalt peut remplacer jusqu'à la moitié de la teneur en nickel, avec un taux de substitution d'environ une partie en poids de cobalt pour environ deux parties en poids de nickel, le reste étant essentiellement constitué de cuivre, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: préparation de cet alliage dans un état forgé intermédiaire, traitement de mise en solution de cet alliage, effectué à une température comprise entre 870 et 1010e C, pendant une durée suffisante pour provoquer la recristallisation et la mise en solution solide de la partie des éléments d'alliage capable de contribuer au durcissement par précipitation,

travail à froid de l'alliage, ayant subi ce traitement de mise en solution, jusqu'à un taux de réduction de section d'au moins 50%, et revenu de l'alliage, ayant subi ce travail à froid, à une température comprise dans la gamme de 315 à 540° C, pendant une durée comprise entre moins d'une heure et environ 8 heures, de façon à provoquer son durcissement par précipitation, accompagné d'une augmentation substantielle de ses caractéristiques de résistance au relâchement de tension, aptitude à la mise en forme, ductilité, conductibilité et résistance mécanique.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réduction totale de section à froid est obtenue par mise en forme à froid d'un alliage cuivre-béryllium, ayant subi un recuit de mise en solution, de façon à lui conférer pratiquement sa forme et ses dimensions finales, suivie d'un durcissement par revenu.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la réduction totale de section à froid est obtenue par mise en forme à froid d'un alliage cuivre-béryllium ayant subi un recuit de mise en solution et un travail à froid partiel.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réduction totale de section à froid est obtenue par soudage à froid de l'alliage cuivre-béryllium avec un ou plusieurs matériaux métalliques choisis parmi les suivants: alliages à base de cuivre, alliages à base de nickel, alliages à base de fer, alliages à base de chrome, alliages à base de cobalt, alliages à base d'aluminium, alliages à base d'argent, alliages à base d'or, alliages à base de platine, alliages à base de palladium, effectué au cours dudit travail à froid de l'alliage cuivre-béryllium, de façon à former un produit forgé, revêtu, lié par laminage ou incrusté, que l'on soumet ensuite à un durcissement par revenu.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le taux de réduction de section par travail à froid est au moins compris entre 70 et 95%.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue le durcissement par revenu à une température comprise dans la gamme de 370 à 425° C, pendant une durée comprise entre 1 et

7 heures.
7. Article en alliage cuivre-béryllium, obtenu par le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alliage contient de 0,15 à 0,5% de béryllium et au moins de 0,2 à 1% de nickel, du cobalt pouvant remplacer jusqu'à la moitié de la teneur en nickel, avec un taux de substitution d'environ une partie, en poids, de cobalt pour environ 2 parties, en poids, de nickel.
8. Article selon la revendication 7, caractérisé en ce que la teneur en béryllium de l'alliage est de 0,2 à 0,5% et sa teneur en nickel est de 0,2 à 0,5%.
9. Article selon la revendication 7, caractérisé en ce que la teneur en béryllium de l'alliage est de 0,25 à 0,5% et sa teneur en nickel est d'environ 0,5%.
10. Article selon la revendication 7, caractérisé en ce que la teneur en béryllium de l'alliage est de 0,25 à 0,5% et sa teneur en nickel est de 0,7 à 1%.
11. Article selon la revendication 7, caractérisé par une valeur de tension résiduelle d'au moins 80% après une durée de 500 heures d'essai de relâchement de tension à 150° C, pour une tension initiale correspondant à 75%, de la limite élastique pour un allongement permanent de 0,2%, une valeur de limite élastique 0,2% de 480 MPa à 900 MPa, une valeur d'aptitude à la mise en forme R/t ne dépas-

Eflnt n U Mi la direction loiituMe et 9,0 dm la direction

5 transversale, et une conductivité électrique d'au moins 35% selon les normes I.A.C.S.
12. Article en alliage cuivre-béryllium obtenu par le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alliage contient de 0,05 à 0,2%) de béryllium et de 0,05 à 0,2% de nickel, du cobalt io pouvant remplacer jusqu'à la moitié de la teneur en nickel, avec un taux de substitution d'environ une partie, en poids, de cobalt pour environ 2 parties, en poids, de nickel.
13. Article selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il constitue une armature conductrice ayant une conductivité électrique suis périeure à 60%, selon les normes I.A.C.S., et une limite élastique,

pour un allongement permanent de 0,2%, au moins égale à 345 MPa.
14. Article en alliage cuivre-béryllium obtenu par le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est sous forme de

20 ruban, fil, tige, barreau ou tube.
15. Utilisation de l'article obtenu par le procédé selon la revendication 1, comme élément de contact, destiné à subir des forces mécaniques lors de son utilisation, cet élément de contact ayant une résistance élevée au relâchement de tension, jusqu'à une température

25 de 150° C, lors de son utilisation.