CN113795602B - 高强度的铜铍合金 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生产铜铍合金产品的方法。该方法包括：制备具有0.15wt％‑4.0wt％的铍且具有晶粒和初始横截面积的基础合金。该方法还包括将基础合金冷加工至基于初始横截面积的面积冷缩(CRA)百分比大于40％，以及对冷加工后的合金进行热处理，以生产铜铍合金产品。当沿着冷加工的方向观察时，铜铍合金产品的晶粒结构相对于冷加工面的取向角小于45°。该铜铍合金产品在经过10⁶个测试循环后表现出至少385MPa的疲劳强度。

Description

高强度的铜铍合金

优先权要求

本申请要求2019年5月10日提交的美国临时专利申请62/846,261的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请涉及用于增强铜铍合金的强度特征的方法，并且涉及具有超高强度的铜铍合金。

背景技术

铜铍合金由于其强度、弹性和抗疲劳性而被用于各种工业和商业应用中。例如，由常规铜铍合金制成的产品被用在音圈电机(VCM)和/或光学图像稳定(OIS)技术中，在这些技术中，利用各种机械和电气设计来提供移动电子设备中的高清晰度、自动聚焦和光学变焦相机能力。当用于这些技术时，合金产品通常被切成极小且细的条带，以便能够安装在受限空间内，以提高移动电子设备的便携性和功能性。条带的小尺寸要求所用合金产品具有很高的强度。随着电子设备变得更加紧凑，对合金产品的强度要求不断提高。然而，已经发现，使用常规方法生产的常规铜铍合金产品不能满足这些不断增长的强度要求。

同样地，铜镍锡合金也可用于这些应用中。然而，这些铜镍锡合金已经很难满足一些移动电子应用所需要的高强度要求。

此外，使用常规方法生产的铜铍合金产品和/或铜镍锡合金产品经常表现出强度特征根据加工方向而发生显著变化，并且在各个方向上的强度特征经常彼此竞争。例如，尽管某些方法可以改善沿冷加工的方向上的强度特征，例如极限抗拉强度，但是这些方法通常会使合金产品在其他方向(例如，横向于冷加工的方向)上表现出降低或较差的强度特征。强度特征的这种各向异性对随后如何对合金进行加工和/或如何安装到最终产品中施加了限制。

作为使用常规方法生产的常规铜铍合金的一个例子，美国专利5,354,388讨论了一种用于生产铍铜合金的方法，该方法包括以下步骤：铸造主要包括1.00wt％至2.00wt％的Be、0.18wt％至0.35wt％的Co、其余为Cu的铍铜合金；轧制所铸造的铍铜合金；在500°至800℃下退火2至10小时；然后以不小于40％的压下率对退火合金进行冷轧；在500℃至800℃下对冷轧合金再次退火2至10小时；然后将合金冷轧至所需厚度，并对退火合金进行最终固溶处理。还公开了通过该方法获得的铍铜合金，其中平均晶粒尺寸不大于20μm，晶粒尺寸的变化系数的自然对数不大于0.25。

作为另一个例子，日本专利申请JP22850084A涉及制造一种高强度Be-Cu合金，该Be-Cu合金具有优异的机械强度和导电性，而无需通过对Be-Cu合金进行固溶热处理(soln.heat treatment)、一次时效硬化、冷加工和二次时效硬化来长时间进行最终时效硬化。通过在930℃下加热3分钟，对包括0.2-0.7wt％的Be、1.4-2.2wt％的Ni、2.4-2.7wt％的Co和余量Cu的Be-Cu合金进行固溶热处理。根据需要，初步对该合金进行冷加工，在350-450℃下进行一次时效硬化，以≥20％的加工率进行冷加工，在350-500℃下进行二次时效硬化。在短时间内完成二次时效硬化，获得了具有优异的机械强度和导电性的Be-Cu合金。

此外，日本专利申请JP63125647A讨论了通过在特定条件下对包含Co、Ni等的Cu-Be合金进行热处理来开发具有优异的导电性、强度和可加工性的Cu-Be合金。将含有0.05-2.0wt％的Be和0.1-10.0wt％的Co和Ni中的至少一种的Cu合金锭在800-1000℃下进行固溶热处理，以使粗大的、未固溶在基体中的沉淀颗粒固溶。然后，对合金进行冷加工以使其易于生成沉积核，然后，在低于750-950℃固溶温度的温度下，更优选在两者之差为20-200℃的温度下，对合金进行退火，然后进行普通时效硬化处理。获得了其中溶质的一部分以≤0.3μm晶粒尺寸的精细状态分散、具有高导电性以及优异的强度和可加工性的Cu-Be合金。

此外，美国专利5,131,958讨论了一种在指定条件(加工温度，加工率和加工应变量)下对铍铜合金进行热成型的方法，该铍铜合金包括1.60至2.00wt％的Be、0.2至0.35wt％的Co以及其余主要为Cu的余量，以产生具有均匀稳定晶粒尺寸的等轴晶粒结构的热成型产品。

此外，美国专利4,425,168A讨论了一种用于生产铜铍合金的方法。该方法包括以下步骤：制备铜铍熔体；铸造该熔体；对所铸造的铜铍进行热加工；对铜铍进行退火；对退火后的铜铍进行冷加工；以及使铜铍硬化；其特征在于包括以下步骤的改进：在1275°(691°)至1375°F(746℃)的温度下对冷加工后的铜铍进行固溶退火；在400°(204°)至580°F(304℃)的温度下使退火后的铜铍硬化；对硬化后的铜铍进行冷轧；以及在400°(204°)至700°F(371℃)的温度下对冷加工后的铜铍进行去应力退火。该合金主要包括以重量百分比计的：0.4至2.5％的铍，最多3.5％的来自钴和镍的材料，最多0.5％的来自钛和锆的材料，最多0.3％的铁，最多0.7％的硅，最多0.3％的铝，最多1.0％的锡，最多3.0％的锌，最多1.0％的铅，主要为铜的余量。该合金的特征是等轴晶粒。晶粒的平均晶粒尺寸小于9微米。基本上所有晶粒的尺寸都小于12微米。

即使参照这些文献，也需要具有改善的强度特征，例如，疲劳强度、抗拉强度和/或屈服强度(在多个方向上)的铜铍合金产品，以及用于生产这些合金产品的改进方法。

发明内容

在一个实施方式中，本发明涉及一种用于生产铜铍合金产品的方法，该方法包括以下步骤：制备具有0.5wt％至4.0wt％的铍并且具有晶粒和初始横截面积的基础合金；将基础合金冷加工至基于初始横截面积的面积冷缩(cold reduction of area，CRA)百分比大于40％，例如，70％至80％；以及对冷加工后的合金进行热处理，以生产铜铍合金产品。当沿着冷加工的方向观察时，铜铍合金产品的晶粒结构相对于冷加工面的取向角小于45°，例如小于15°。该铜铍合金产品表现出在经过10⁶个测试循环后疲劳强度为至少385MPa，和/或沿冷加工的方向的极限抗拉强度为至少200ksi，和/或沿冷加工的方向的0.2％偏移屈服强度为至少200ksi。在横向于冷加工的方向上测得的铜铍合金产品的极限抗拉强度比在冷加工的方向上测得的极限抗拉强度大5％至10％。热处理可以在600°F至700°F的温度下进行1分钟至5分钟的时间。基础合金的制备可包括：将合金片初步冷加工至小于0.01英寸的厚度，对初步冷加工后的合金进行热处理以生产基础合金，和/或例如在1350°F至1450°F的温度下进行固溶退火0.5分钟至5分钟的时间，以及在例如450°F至650°F的温度下时效2小时至4小时的时间。在横向于冷加工的方向上测得的铜铍合金产品的0.2％偏移屈服强度可以比在冷加工的方向上测得的0.2％偏移屈服强度大5％至10％，和/或冷加工后的合金的极限抗拉强度可以比基础合金的极限抗拉强度大10％至30％，和/或铜铍合金产品的极限抗拉强度可以比基础合金的极限抗拉强度大15％至50％，和/或冷加工后的合金产品的0.2％偏移屈服强度可以比基础合金的0.2％偏移屈服强度大20％至40％，和/或铜铍合金产品的0.2％偏移屈服强度可以比基础合金的0.2％偏移屈服强度大25％至70％。铜铍合金产品的晶粒可以在冷加工的方向上伸长和/或可以具有大于1:1的长度与厚度的纵横比。铜铍合金产品中的疲劳起始部位的数量比基础合金中的疲劳起始部位的数量少1％至35％。

在一个实施方式中，本发明涉及铜铍合金产品。其晶粒的长度与厚度的纵横比可以在1:1至9:1的范围内，和/或晶粒结构取向角小于15°。该铜铍合金产品在横向于晶粒伸长的方向上的极限抗拉强度可以为至少200ksi。该铜铍合金产品在沿晶粒伸长的方向上的0.2％偏移屈服强度可以为至少200ksi，和/或在横向于晶粒伸长的方向上的0.2％偏移屈服强度可以为至少200ksi。在横向于晶粒伸长的方向上的0.2％偏移屈服强度可以比在晶粒伸长的方向上的0.2％偏移屈服强度大5％至10％。该铜铍合金产品可以包括小于0.2wt％的钛、小于0.2wt％的锡和/或1.8-2.0wt％的铍。

附图说明

可以通过参照说明书的其余部分和附图来进一步理解本公开技术的本质和优点。

图1是示出了用于加工或处理铜铍合金产品的示例性方法的选择性操作的流程图。

图2A-2D示出了示例性的加工后的铜铍合金产品的微结构。

图3A-3D是示出了示例性的铜铍合金产品的疲劳测试结果的图。

图4A-4D是示出了示例性的铜铍合金产品的额外疲劳测试结果的图。

图5A-5G示出了额外的铜铍合金产品的微结构。

图6A和6B示出了示例性的加工后的铜镍锡合金产品的微结构。

具体实施方式

如上所述，常规的铜铍合金产品和/或铜镍锡合金产品不能满足不断发展的移动设备技术所需的增加的强度要求。根据一些实施方式，通过在(最终)冷加工操作中将含铍的基础合金(例如，基础铜铍合金)冷加工至特定的面积冷缩(CRA)百分比，可以获得改进的含铍合金产品，例如铜铍合金产品。含铍合金产品可以具有伸长的和/或不均匀的晶粒微结构，并且可以表现出优异的强度特征，例如，超高的疲劳强度、抗拉强度和/或屈服强度。通过常规的含铍合金产品(例如，铜铍合金产品)和/或其他不含铍的合金产品(例如，铜镍锡合金产品)无法实现这些强度特征。

一些常规方法采用不同的冷加工步骤和最终退火(例如，通过过时效)步骤，期望结果是结构的均匀性。因此，所得到的产品具有均匀的(且经常是等轴的)、不伸长的晶粒结构，并且晶粒通常具有较低的纵横比(长度比厚度)，例如，大约等于1:1。这些合金的晶粒结构取向是未知的。然而，已经发现，该均匀的晶粒结构有助于出现更多的晶界(在条带的表面上)。这些晶界提供了更多的疲劳裂纹起始部位，特别是当它们遇到条带的边缘时。这些起始部位进而导致强度特征降低。相反，在本公开的合金产品中，晶粒结构是伸长的(具有更高的纵横比)。伸长的晶粒提供了显著更少的表面晶界，从而减少了潜在裂纹起始部位的数量。此外，沿主切应力平面(相对于表面成45°)取向的晶界为疲劳裂纹的起始提供了容易的滑移面。这样的构造在等轴晶粒中(例如，常规合金中的晶粒)是普遍的，但是在伸长的晶粒(例如，本公开的合金产品中的晶粒)中实际上不存在。

重要的是，本文公开的铜铍合金产品进一步在所有方向上都表现出改善的强度特征。出乎意料的是，本文所述的铜铍合金产品不仅沿冷加工的方向表现出改善的强度特征，而且在其他方向上，例如，在横向于冷加工的方向的方向上，也表现出改善的或甚至更好的强度特征。这有利地为随后对合金产品(例如，合金条带)进行加工并将合金产品安装到其他产品或设备中提供了灵活性。通常，冷加工的方向上的性能改善会与其他方向上的性能竞争。

另外，本公开的方法采用更少的步骤，例如更少的冷加工和/或热处理步骤，相对于需要更多加工步骤的常规方法，该方法有利地提供了效率优势。

组成

本文所述的铜铍合金产品通常包含铜和铍。在某些情况下，铍的存在量(显著)小于铜的存在量。在一些实施方式中，该合金产品包含0.15wt％至4.0wt％的铍，例如，0.15wt％至3wt％，0.15wt％至2.0wt％，0.5wt％至4.0wt％，0.8wt％至3.0wt％，1.0wt％至3.0wt％，1.2wt％至2.6wt％，1.5wt％至2.5wt％，1.8wt％至2.0wt％，或1.85wt％至1.95wt％。就下限而言，该合金产品可包含大于0.15wt％的铍，例如，大于0.5wt％，大于0.8wt％，大于1.0wt％，大于1.2wt％，大于1.5wt％，大于1.6wt％，大于1.7wt％，大于1.8wt％，大于1.85wt％，大于1.9wt％，或大于1.95wt％。就上限而言，该合金产品可包含小于4.0wt％的铍，例如，小于3.0wt％，小于2.6wt％，小于2.5wt％，或小于2.0wt％。在一些实施方式中，该合金产品包含96wt％至99.5wt％的铜，例如，97wt％至99.5wt％，98wt％至99.5wt％，99wt％至99.5wt％，96wt％至99wt％，97wt％至99wt％，98wt％至99wt％，96wt％至98wt％，97wt％至98wt％，或96wt％至97wt％。就下限而言，合金产品可包含大于96wt％的铜，例如，大于97wt％，大于98wt％，或大于99wt％。就上限而言，合金产品可包含小于99.5wt％的铜，例如，小于99wt％，小于98wt％，或小于97wt％。

在一些实施方式中，合金产品包括额外合金元素，例如，钴、镍、锆或其组合。例如，本文所述的铜铍合金产品可包括0wt％至3wt％的额外合金元素，例如，0wt％至2.7wt％，0wt％至2.5wt％，0.1wt％至2.5wt％，0.1wt％至2wt％，0.2wt％至1.5wt％，0.2wt％至1wt％，0.3wt％至0.8wt％，或0.3wt％至0.6wt％。在下限而言，该铜铍合金产品可包括大于0.01wt％的额外合金元素，例如，大于0.05wt％，大于0.1wt％，大于0.2wt％，大于0.3wt％，大于0.4wt％，大于0.5wt％，大于0.6wt％，大于0.8wt％，大于1wt％，大于1.5wt％，大于2wt％，或大于2.5wt％。在上限而言，铜铍合金产品可包括小于3wt％的额外合金元素，例如，小于2.7wt％，小于2.5wt％，小于2wt％，小于1.5wt％，小于1wt％，小于0.8wt％，小于0.6wt％，小于0.5wt％，小于0.4wt％，小于0.3wt％，小于0.2wt％，小于0.1wt％，或小于0.05wt％。上述范围和限度可以应用于单个“额外合金元素”或“额外合金元素”的组合。

在一些实施方式中，本文所述的合金产品可包括:1.8wt％至2.0wt％的铍，0.2wt％或更少的钴和镍的组合，0.6wt％或更少的铁、镍和钴的组合，0.2wt％或更少的硅，0.2wt％或更少的铝，以及0.5wt％或更少的其它杂质，其余为铜。在一些情况下，合金产品或基础合金包含很少或没有故意添加的钴。

在一些情况下，本文所述的铜铍合金产品可包括痕量的其他元素(若有)，例如，钛，锡，铅或锌，或其组合。例如，本文所述的铜铍合金产品可包括小于0.5wt％的其它元素，例如，钛，锡，铅或锌等，例如，小于0.4wt％，小于0.3wt％，小于0.2wt％，小于0.1wt％，小于0.05wt％，小于0.03wt％，小于0.01wt％，或小于0.005wt％。就范围而言，铜铍合金可包括0.005wt％至0.5wt％的其他元素，例如，0.01wt％至0.5wt％，0.05wt％至0.5wt％，0.1wt％至0.5wt％，0.2wt％至0.5wt％，或0.2wt％至0.4wt％。前述范围和限度可以应用于单个“其他元素”或“其他元素”的组合。

这样，该合金产品有利地需要很少的组分，例如，仅2个，仅3个，仅4个，仅5个，仅6个，仅7个或仅8个，来实现期望的性能特征，从而提供加工效率，例如简单的合金成形。常规的具有较多数量的组分的合金为合金成形增加了不必要的复杂性，并且重要的是，增加了金属间化合物的可能性，进而形成还原特性。这些混合物还会产生再循环能力方面的问题。通过限制金属的数量，本公开的合金产品有利地避免了这些问题。

下面将讨论该合金产品的特性和特征。

方法

本发明公开了一种用于生产铜铍合金产品的方法。该方法包括制备具有晶粒并且具有初始横截面积的基础合金的步骤。基础合金可以具有上述元素组成，但是在一些情况下，基础合金的其他材料特征将与该方法产生的铜铍合金产品的材料特征不同。该方法可以进一步包括对基础合金进行冷加工的步骤，以实现基于初始横截面积的面积冷缩(CRA)的显著百分比，例如大于40％，从而生产出冷加工后的合金。本文提供了对CRA的额外讨论。当沿冷加工的方向观察时，(冷加工后的合金的和/或得到的铜铍合金产品的)晶粒的晶粒结构可以具有小于45°的取向角。该方法还包括对冷加工后的合金进行热处理的步骤，以生产铜铍合金产品。结果，铜铍合金产品表现出改善的性能特征，例如，在10⁶个测试循环之后，疲劳强度为至少385MPa，例如，至少400MPA，至少450MPa。本文提供了额外的性能特征。

图1是示出了用于加工铜铍合金的示例性方法100的选择性操作的流程图。方法100可以通过在操作110处制备基础合金开始。然后可以在操作120处对基础合金进行冷加工(以实现大于40％的CRA百分比)。在操作130处，可以对冷加工后的合金进行热处理(以生产铜铍合金产品)。

在一些实施方式中，基础合金的制备可以包括铸造铜铍合金(例如，具有本文所述的组成)的坯料。该制备可以进一步包括一个或多个轧制操作，以将坯料的厚度减小至期望的厚度或简单地减小至基础合金厚度。基础合金的制备也可以包括在一个或多个轧制操作之间和/或之后进行的一个或多个热处理操作，例如，退火操作，时效操作等。下面将更详细地讨论基础合金的制备的更多细节。

在一些情况下，冷加工可被认为是通过塑性变形机械地改变金属的形状或尺寸的方法。这可以通过金属或合金的轧制、拉拔、压制、旋压、挤压或镦制(heading)来完成。不受理论的束缚，当金属发生塑性变形时，原子的位错在材料内发生。特别地，位错发生在金属晶粒上或内部。位错彼此重叠，并且材料内的位错密度增加。重叠位错的增加使得位错的进一步运动更加困难。这增加了所得合金的硬度和抗拉强度。冷加工还改善了合金的表面光洁度。机械冷加工通常在低于合金的再结晶点的温度下进行，常常在室温下完成。

可以通过测量冷加工前后合金的横截面积的变化来确定变形程度或冷加工的百分比。因此，如上所述，冷加工的百分比也被称为面积冷缩(CRA)的百分比。CRA的百分比可以根据以下公式确定：

％CRA＝100×(A_o-A_f)/A_o

其中，A_o是冷加工之前的初始或原始横截面积，A_f是冷加工之后的最终横截面积。需要注意的是，横截面积的变化通常仅是由于合金厚度的变化所致，因此也可以使用初始厚度和最终厚度来计算CRA。应当进一步注意的是，用于确定通过冷加工操作实现的CRA的初始或原始横截面积或厚度是紧接即时冷加工之前测得的横截面积或厚度。类似地，用于确定通过冷加工操作实现的CRA的最终横截面积或厚度是在即时冷加工操作完成后测得的横截面积或厚度。换言之，CRA对于每个冷加工操作是特定的，除非另有说明，否则不指多个冷加工操作的组合测量。

如上所述，可以对基础合金进行冷加工以实现显著百分比的CRA，从而实现通过常规铜铍合金可能无法实现的优异的强度特征。

例如，通过将基础合金冷加工至至少40％的CRA百分比，可获得比使用常规方法生产的铜铍合金产品优异的强度特征。根据最终合金产品中期望的强度特征，通过冷加工实现的CRA百分比可以大于40％，例如，大于45％，大于50％，大于55％，大于60％，大于65％，大于70％，大于75％，大于80％，或大于85％。就范围而言，通过冷加工实现的CRA的百分比可以在40％至85％的范围内，例如，40％至80％，40％至75％，40％至70％，40％至65％，40％至60％，40％至50％，50％至85％，50％至80％，50％至75％，50％至70％，50％至65％，50％至60％，60％至85％，从0％至80％，60％至75％，60％至70％，60％至65％，65％至85％，65％至80％，65％至75％，65％至70％，70％至85％，70％至80％，70％至75％，75％至85％，或75％至80％。就上限而言，通过冷加工实现的CRA的百分比可以小于85％，例如，小于80％，小于75％，小于70％或小于65％。如下面将要讨论的，根据所得到的CRA的百分比，最终的铜铍合金产品的特征可能会有所不同。

此外，如本文所述，通过对基础合金进行冷加工以选择CRA的百分比，对于可能具有不同最终厚度的合金产品可以实现优异的强度特征。换言之，即使最终合金产品的期望厚度可能发生变化，但是如本文所述，通过对基础合金进行冷加工来选择CRA百分比，仍可以一致地获得优异的强度特征。因此，在一些实施方式中，冷加工操作可以被认为是CRA驱动的操作，因为它是为了实现预定百分比的CRA而进行的，尽管最终合金产品的厚度可能发生变化。出于描述目的，这种为了实现预定百分比的CRA的冷加工操作也可以被称为CRA驱动操作。此外，该冷加工操作是为生产本文所述的铜铍合金产品而进行的最终冷加工操作，尽管在一些情况下后面可以有额外的热处理。因此，该冷加工操作也可以被称为最终冷加工操作。冷加工步骤可以在宽范围内变化，只要实现期望CRA即可。可以采用轧制或拉拔操作。在一些情况下，例如，为了形成条带，可以利用冷轧。

在一些实施方式中，与需要许多冷加工步骤的常规方法相反，该方法有利地采用较少数量的冷加工步骤。额外的冷加工步骤不利地增加了整个过程的复杂性和资源。例如，该方法可以采用少于4个冷加工步骤，例如，少于3个或少于2个。在一些情况下，该方法需要单个冷加工步骤。

在冷加工完成后，可以对冷加工后的合金进行热处理以进一步改善冷加工后的合金的至少一些强度特征。对金属或合金进行热处理可以指一种受控过程，即，对金属或合金进行加热和冷却以改变其物理和机械特性而不改变产品形状。热处理与增加材料的强度有关，但也可用于改变某些可制造性目标，例如，改善机械加工，改善可成形性，或在冷加工操作后恢复韧性。在某些情况下，热处理可以包括多个热处理操作。在一些实施方式中，热处理包括单个热处理操作。在一些情况下，热处理包括线材时效(strand aging)。

值得注意的是，通过例如时效或沉淀硬化来进行热处理，以进一步改善冷加工后的合金的至少一些强度特征。因此，该热处理可以在相对低的温度下进行相对短的持续时间(下面将讨论)，通过该热处理，晶粒结构可以基本不变。即，晶粒结构可以保持伸长、扁平或压缩，类似于CRA驱动的冷加工完成后获得的晶粒结构。这与通过退火进行的热处理相反，通过退火进行的热处理通常是在常规方法中在冷加工之后立即进行的热处理。这样的退火通常在1000°F以上进行延长时间(例如数小时)，进行该退火以除去由冷加工导致的任何非均匀性结果，以获得均匀的等轴晶粒结构，从而以牺牲合金产品的强度为代价来提高可成形性。

为了进一步改善冷加工后的合金的至少一些强度特征，热处理可包括通过以下步骤进行的时效操作：将冷加工后的合金放置在炉中或其他类似组件中，并将基础合金暴露于600°F至700°F的范围内的高温下1分钟至5分钟。在一些实施方式中，该时效操作例如可以通过以下步骤进行：通过将条带形式的基础合金放置在输送炉装置(例如，线材时效炉)上，并使合金条带以适当的速度运行通过输送炉。

在一些实施方式中，时效温度，例如，在时效操作期间冷加工后的合金可能暴露其中的高温，可以在500°F至800°F的范围内变化，例如，600°F至700°F，600°F至680°F，600°F至660°F，600°F至640°F，600°F至620°F，620°F至700°F，620°F至680°F，620°F至660°F，620°F至640°F，640°F至700°F，640°F至680°F，640°F至660°F，660°F至700°F，660°F至680°F，或680°F至700°F。应当注意的是，除非另有说明，关于本文所述的各种热处理所讨论的温度是指，基础合金可能暴露其中的大气温度或者该炉可以设置的大气温度；基础合金本身可不必达到这些温度。

就上限而言，时效温度可以小于800°F，例如，小于700°F，小于680°F，小于660°F，小于640°F，或小于620°F。发明人已经发现，如果在600°F以下对冷加工后的合金进行时效处理，则可以在某种程度上消除冷加工后的合金中的应力，但是可能无法获得期望的强度。因此，就下限而言，时效温度可以为至少500°F，例如，至少550°F，至少600°F，至少620°F，至少640°F，至少660°F，或至少680°F。

在一些实施方式中，时效时间，例如，冷加工后的合金可以暴露于上述任何高温中的时间段，可以为1分钟至10分钟，例如，1分钟至5分钟，1分钟至4分钟，1分钟至3.5分钟，1分钟至3分钟，1分钟至2.5分钟，1分钟至2分钟，2分钟至5分钟，2分钟至4分钟分钟，2分钟至3.5分钟，2分钟至3分钟，2分钟至2.5分钟，2.5分钟至5分钟，2.5分钟至4分钟，2.5分钟至3.5分钟，2.5分钟至3分钟，3分钟至5分钟，3分钟至4分钟，3分钟至3.5分钟，3.5分钟至5分钟，或3.5分钟至4分钟。就上限而言，时效时间可以小于10分钟，例如，小于8分钟，小于5分钟，小于4分钟，小于3.5分钟，小于3分钟，小于2.5分钟，或者小于2分钟。就下限而言，时效时间可以为至少1分钟，例如，至少2分钟，至少2.5分钟，至少3分钟，至少3.5分钟或至少4分钟。

在一些实施方式中，与需要许多热处理步骤的常规方法相反，该方法有利地采用较少数量的热处理步骤。额外的热处理步骤不利地增加了整个过程的复杂性和资源。例如，该方法可以采用少于5个热处理步骤，例如，少于4个，少于3个或少于2个。在一些情况下，该方法需要单个热处理步骤。

出乎意料的是，通过在本文所述的特定条件下进行冷加工和热处理操作，所得到的铜铍合金产品不仅沿冷加工的方向上表现出改善的强度特征，而且在除冷加工的方向以外的其他方向上也表现出改善的和/或甚至更好的强度特征，这将在下面更详细地讨论。

如上所述，基础合金的冷加工可以被认为是CRA驱动的操作，因为它是为了实现预定百分比的CRA而进行的，尽管最终合金产品厚度可能发生变化。为了实现期望的最终合金产品厚度，同时维持针对该最终的CRA驱动的冷加工操作的CRA百分比，基础合金的制备可以包括初步冷加工操作，以获得期望的基础合金厚度。因此，初步冷加工可以被认为是主要由厚度驱动的操作，因为它是为了实现预定厚度(例如，期望的基础合金厚度)而进行的。如果进入合金的厚度已经达到期望的基础合金厚度，则可以省略初步冷加工。在某些情况下，基础合金厚度可以根据以下公式计算：

其中，T_BA是基础合金厚度，T_FA是加工后的合金的最终厚度，％CRA是要通过最终的CRA驱动的冷加工实现的CRA的预定百分比。

根据应用，加工后的铜铍合金产品的期望最终厚度可以在0.01mm至0.10mm的范围内，例如，0.01mm至0.08mm，0.01mm至0.06mm，0.01mm至0.04mm，0.01mm至0.02mm，0.02mm至0.10mm，0.02mm至0.08mm，0.02mm至0.06mm，0.02mm至0.04mm，0.04mm至0.10mm，0.04mm至0.08mm0.04 mm至0.06mm，0.06mm至0.10mm，0.06mm至0.08mm，或0.08mm至0.10mm。就上限而言，加工后的铜铍合金产品的期望最终厚度可以小于0.10mm，小于0.08mm，小于0.06mm，小于0.04mm或小于0.02mm。就下限而言，加工后的铜铍合金产品的期望最终厚度可以大于0.01mm，大于0.02mm，大于0.04mm，大于0.06mm或大于0.08mm。

基础合金的制备

根据加工后的铜铍合金产品的期望最终厚度以及通过最终的由CRA驱动的冷加工操作要实现CRA的预定百分比，所制备的基础合金厚度可以在0.05mm至0.25mm的范围内，例如，0.05mm至0.20mm，0.05mm至0.15mm，0.05mm至0.10mm，0.10mm至0.25mm，0.10mm至0.20mm，0.10mm至0.15mm，0.15mm至0.25mm，0.15mm至0.20mm，或0.20mm至0.25mm。就上限而言，基础合金厚度可小于0.25mm，例如，小于0.20mm，小于0.15mm或小于0.10mm。就下限而言，基础合金厚度可以大于0.05mm，例如，大于0.10mm，大于0.15mm或大于0.20。

因为在一些情况下，初步冷加工是由厚度驱动的，所以可以根据来料合金的厚度进行初步冷加工，以实现不同百分比的CRA，来料合金可以是铜铍合金片或板。在一些情况下，来料合金可以是铜铍合金片，厚度在0.1mm至2.0mm的范围内变化，例如，0.1mm至小于1.5mm，0.1mm至1.0mm，0.1mm至0.5mm，0.5至2.0mm，0.5至1.5mm，0.5至1.0mm，1.0mm至2.0mm，1.0mm至1.5mm，或1.5mm至2.0mm。就上限而言，来料合金的厚度可以小于2.0mm，小于1.5mm，小于1.0mm或小于0.5mm。就下限而言，来料合金的厚度可以为至少0.1mm，至少0.5mm，至少1.0mm，至少1.5mm或至少2.0mm。

根据来料合金的厚度，通过初步冷加工得到的CRA的百分比可以在5％至95％的范围内，例如，5％至75％，5％至55％，5％至35％，5％至15％，15％至95％，15％至75％，15％至55％，15％至35％，35％至95％，35％至75％，35％至55％，55％至95％，55％至75％，或75％至95％。就上限而言，通过初步冷加工得到的CRA的百分比可以小于95％，例如，小于75％，小于55％，小于35％，或小于15％。就下限而言，通过初步冷加工得到的CRA的百分比可以为至少5％，例如，至少15％，至少35％，至少55％，或至少75％。

在一些情况下，基础合金的制备可进一步包括在初步冷加工之后的一个或多个初步热处理操作。例如，一个或多个初步热处理操作可以包括固溶退火，然后淬火或快速冷却。固溶退火可以通过以下步骤进行：将基础合金放置在炉或其他类似组件中，并将基础合金暴露于1350°F至1450°F的范围内的高温下持续0.5分钟至5分钟的时间段。在一些实施方式中，固溶退火例如可以通过以下步骤进行：将条带形式的基础合金放置在输送炉装置上，并使合金条带以适当的速度穿过输送炉。淬火或快速冷却可以通过空气淬火来实现，这可以通过将诸如空气或惰性气体的气体流引向退火后的基础合金来实现。

在一些实施方式中，退火温度，即，固溶退火操作期间进行初步冷加工后的合金可能暴露其中的高温，可以在1350°F至1450°F的范围内，例如，1350°F至1425°F，1350°F至1400°F，1350°F至1375°F，1375°F至1450°F，1375°F至1425°F，1375°F至1400°F，1400°F至1450°F，1400°F至1425°F，或1425°F至1450°F。就上限而言，退火温度可以小于1450°F，以限制晶粒长大到更大的尺寸，这可能会阻碍随后的冷加工。例如，退火温度可以小于1425°F，小于1400°F或小于1375°F。就下限而言，退火温度可以为至少1350°F，以便使进行初步冷加工后的合金固溶，从而使铍能够扩散到整个铜基体中。例如，退火温度可以为至少1375°F，至少1400°F或至少1425°F。

在一些实施方式中，退火时间，即，进行初步冷加工后的合金可能暴露于本文所述的任何高温下的时间段，可以为0.5分钟至5分钟，例如，0.5分钟至4分钟，0.5分钟至3分钟，0.5分钟至2分钟，0.5分钟至1.5分钟，0.5分钟至1分钟，1分钟至5分钟，1分钟至4分钟，1分钟至3分钟，1分钟至2分钟，1分钟至1.5分钟，1.5分钟至5分钟，1.5分钟至4分钟，1.5分钟至3分钟，1.5分钟至2分钟，2分钟至5分钟，2分钟至4分钟，2分钟至3分钟，3分钟至5分钟，3分钟至4分钟，或4分钟至5分钟。就上限而言，退火时间可以小于5分钟，例如，小于4分钟，小于3分钟，小于2分钟，小于1.5分钟或小于1分钟。就下限而言，退火时间可以为至少0.5分钟，例如，至少1分钟，至少1.5分钟，至少2分钟，至少3分钟或至少4分钟。

在一些实施方式中，一个或多个初步热处理操作可以进一步包括时效操作，以恢复退火和淬火后的合金的至少一些强度。在一些实施方式中，退火和淬火后的合金的时效可以通过以下步骤进行：将退火和淬火后的合金放置在炉中或其他类似组件中，并将退火和淬火后的合金暴露于475°F至600℃的范围内的高温下持续1小时至5小时的时间段。在时效操作期间，含铍化合物作为间隙组分或沉淀物在铜基体内形成以增强合金。

在一些实施方式中，时效温度，即，在时效操作期间退火和淬火后的合金可能暴露其中的高温，可以在475°F至600°F的范围内，例如，475°F至575°F，475°F至550°F，475°F至525°F，475°F至500°F，500°F至600°F，500°F至575°F，500°F至550°F，500°F至525°F，525°F至600°F，525°F至575°F，525°F至550°F，550°F至600°F，550°F至575°F，或575°F至600°F。就上限而言，时效温度可以小于600°F，例如，小于575°F，小于550°F，小于525°F，或小于500°F。就下限而言，时效温度可以是至少475°F，例如，至少500°F，至少525°F，至少550°F，或至少575°F。

在一些实施方式中，时效时间，即，退火和淬火后的合金可能暴露于上述任何高温下的时间段，可以为1小时至5小时，例如，1小时至4小时，1小时至3.5小时，1小时至3小时，1小时至2.5小时，1小时至2小时，2小时至5小时，2小时至4小时，2小时至3.5小时，2小时至3小时，2小时至2.5小时，2.5小时至5小时，2.5小时至4小时，2.5小时至3.5小时，2.5小时至3小时，3小时至5小时，3小时至4小时，3小时至3.5小时，3.5小时至5小时，3.5小时至4小时，或者从4小时至5小时。就上限而言，时效时间可以小于5小时，例如，小于4小时，小于3.5小时，小于3小时，小于2.5小时，或小于2小时。就下限而言，时效时间可以是至少1小时，例如，至少2小时，至少2.5小时，至少3小时，至少3.5小时，至少4小时，或至少5小时。

在一些实施方式中，在时效操作之后并且在最终的CRA驱动的冷加工之前，可以进行酸洗以除去表面杂质或污染物，并且在一些情况下也可以进行边缘修整。

性能特征

所描述的合金产品表现出改善的强度特征，例如，疲劳强度、抗拉强度和屈服强度。按照ASTM E796-94(2004)来测试疲劳强度，按照ASTM E8(2016)来测试抗拉强度和屈服强度。尽管没有具体描述，但是如本领域技术人员将理解的，本文描述的方法也可以改善铜铍合金产品的其他强度特征和/或其他机械特性。

疲劳强度

如沿冷加工的方向上所测得的，铜铍合金产品可以在不同数量的测试循环下表现出改善的疲劳强度。

具体地，通过本文所述的操作加工后的铜铍合金产品在10⁶个测试循环后可以表现出385MPa至1000MPA的疲劳强度，例如，385MPa至750MPa，400MPa至750MPa，400MPa至650MPa，450MPa至650MPa，450MPa至600MPa，450MPa至550MPa，450MPa至500MPa，500MPa至650MPa，500MPa至600MPa，500MPa至550，550MPa至650MPa，550MPa至600MPa，或600MPa至650MPa。就下限而言，加工后的铜铍合金产品在10⁶个测试循环后可以表现出至少385MPa的疲劳强度，例如，至少400MPa，至少450MPa，至少500MPa，至少550MPa，至少600MPa，或至少650MPa。

具体地，通过本文所述的操作加工后的铜铍合金产品在10⁵个测试循环后可表现出500MPa至1000MPa的疲劳强度，例如，500MPa至750MPA，550MPa至750MPa，550MPa至700MPa，500MPa至750MPa，575MPa至725MPa，600MPa至700MPa，或625MPa至675MPa。在下限而言，加工后的铜铍合金产品在10⁵个测试循环后可表现出至少500MPa的疲劳强度，例如，至少550MPa，至少575MPa，至少600MPa。

具体地，通过本文所述的操作加工后的铜铍合金产品在10⁴个测试循环后可表现出700MPa至1100MPa的疲劳强度，例如，900MPa至1100MPa，925MPa至1075MPa，950MPa至1050MPa，或975MPa至1025MPa。就下限而言，加工后的铜铍合金产品在10⁴个测试循环后可表现出至少700MPa的疲劳强度，例如，至少750MPa，至少800MPa，至少850MPa，至少900MPa，至少925MPa，至少950MPa，至少975MPa或至少990MPa。

加工后的合金产品的疲劳强度可能会根据加工条件而有所变化，但相对于常规合金产品仍表现出显著改善。例如，疲劳强度可能会根据通过最终的由CRA驱动的冷加工所获得的CRA的百分比而有所变化。具体地，随着通过冷加工获得的CRA的百分比逐渐增加，疲劳强度也可以改善。例如，当对铜铍合金进行冷加工以实现40％至60％的CRA时，在后续热处理完成后，所得合金产品经过10⁶个测试循环后可以表现出385MPa至650MPa的疲劳强度。当对铜铍合金进行冷加工以实现60％至70％的CRA时，在后续热处理完成后，所得合金产品经过10⁶个测试循环后可以表现出450MPa至650MPa的疲劳强度。当对铜铍合金进行冷加工以实现70％至80％的CRA时，在后续热处理完成后，所得合金产品经过10⁶个测试循环后可以表现出500MPa至650MPa的疲劳强度。本文列出的其他范围可用于表征较窄的范围或较高的下限。

不受理论的束缚，据信改善的疲劳强度可能是由于冷加工后的合金的微结构的改变。本公开的合金产品具有这种变化，这在常规合金产品中是不存在的。随着CRA的百分比逐渐增加，可以有利地改变合金产品的微结构以使疲劳裂纹起始部位最小化，从而改善铜铍合金产品的疲劳性能。疲劳裂纹起始部位通常可以指疲劳裂纹可能开始的部位。不受理论的束缚，据推测，在本公开的合金产品中晶粒结构伸长。并且，伸长的晶粒提供显著更少的表面晶界，这有利地减少了潜在(疲劳)裂纹起始部位的数量。此外，沿主切应力平面(相对于表面成45°)取向的晶界为疲劳裂纹的起始提供了容易的滑移面。这样的构造在等轴晶粒中(例如常规合金中的晶粒)是普遍的，但是在伸长的晶粒(例如本公开的合金产品中的晶粒)中实际上不存在。已经发现这些微结构差异单独或彼此组合有利地有助于上述疲劳强度的改善(以及其他强度特征的改善)。

据推测，本公开的合金产品具有改善的抗(疲劳)裂纹扩展的能力，例如，由于前述加工步骤及其对微结构的影响。在一些情况下，据信冷加工步骤会减少疲劳裂纹起始部位的数量。也就是说，最终冷加工完成后冷加工后的合金中的疲劳起始部位可以比紧接最终冷加工之前的疲劳起始部位少1％至35％，例如，2％至30％，3％至25％，5％至25％，5％至20％，5％至15％或5％至10％，这取决于得到的CRA的百分比。

图2A-2D示出了使用本文所述方法生产出的各种铜铍合金产品沿冷加工的方向的微结构。将合金产品冷加工至不同百分比的CRA。具体地，图2A所示的合金产品已经被冷加工至40％的CRA，图2B所示的合金产品已经被冷加工至58％的CRA，图2C所示的合金产品已经被冷加工至70％的CRA，图2D所示的合金产品已经被冷加工至75％的CRA。

当合金被冷加工至40％或更低的CRA时，晶粒结构可能(不利地)通常是均匀且等轴的，并且通常可能具有大约或接近±45°(或就是45°，相对于合金的轧制上表面和下表面)的共同或均匀的取向角，如图2A所示。随着CRA的百分比逐渐增加，晶粒结构变为非等轴且不太均匀或更不均匀。结果，有利地实现了伸长的晶粒结构和/或非等轴晶粒的前述益处。例如，晶粒变得伸长、扁平和/或压缩，晶粒结构的取向角逐渐减小。在一些情况下，随着CRA的百分比逐渐增加，晶粒结构相对于合金的轧制表面的取向角可以减小到小于40°，小于35°，小于30°，小于25°，小于20°，小于15°，小于10°或接近0°。另外，随着CRA的百分比逐渐增加，晶粒结构的共性或均匀性(例如，晶粒结构取向)变得不那么突出。例如，通过比较图2A(加工至40％的CRA)所示的晶粒结构取向和图2B(加工至58％的CRA)所示的晶粒结构取向，可以看出，除了减小的晶粒结构取向角之外，图2B所示的晶粒结构取向也变得不那么均匀或不均匀。随着CRA的百分比继续增加，不再观察到共同的或均匀的晶粒结构取向，例如45°晶粒结构取向，例如，如图2C和2D所示。已经发现，微结构改善至少部分地有助于性能特征的前述改善。

重要的是，已经发现晶粒取向可以显著地有助于强度特征的前述改善。因此，本公开的合金产品的意料之外的晶粒取向被发现是特别有利的。

如上所述，据信晶粒结构的共同的或均匀的取向角，例如图2A中所示的45°取向，倾向于不利地增加疲劳失效的风险或机会，因为它们为疲劳裂纹的起始提供了容易的滑移面。发明人发现，通过增加CRA的百分比而至少将晶粒结构取向从45°减小至较小程度，可以降低疲劳失效的风险或机会。通过进一步增加CRA的百分比而降低晶粒结构取向的共性或均匀性，可以进一步降低或消除容易的滑移面和疲劳失效的风险或机会，并且能够获得比常规铜铍合金产品更优异的疲劳强度。

如上面所提及的，随着CRA的百分比逐渐增加，晶粒沿着冷加工的方向进一步伸长，由于冷加工减小了合金的厚度，晶粒的厚度也会减小。

在一些实施方式中，冷加工后的合金的晶粒通常具有高的纵横比。晶粒的纵横比可以定义为晶粒的长度与晶粒的厚度之比。长度可以沿着冷加工的方向来测量，宽度可以沿着冷加工后的合金的厚度尺寸来测量。因此，冷加工后的合金的晶粒的长度通常大于晶粒的厚度。冷加工后的合金以及随后经过热处理后的合金，例如所生产的铜铍合金产品，通常可以具有大于1:1的晶粒的纵横比，例如，大于2:1，大于3:1，大于4:1，大于5:1，大于6:1，大于7:1，大于8:1或大于9:1。就范围而言，本文公开的合金产品的伸长的晶粒的长度与厚度的纵横比可以在1:1至11:1的范围内，例如，2:1至10:1，2:1至9:1，4:1至9:1，5:1至8:1，6:1至9:1，6:1至8:1，或7:1至8:1。

例如，当将合金冷加工至大于40％的CRA，例如40％至60％的CRA时，晶粒的纵横比可以在4:1至6:1的范围内，可以大于4:1或大于5:1。当将合金冷加工至大于60％的CRA，例如60％至70％的CRA时，晶粒的纵横比可以在6:1至7:1的范围内，可以大于6:1。当将合金冷加工至大于70％的CRA，例如70％至80％的CRA时，晶粒的纵横比可以在7:1至9:1的范围内，例如，7:1至8:1，或8:1至9:1，可以大于7:1或大于8:1。

随着CRA的百分比逐渐增加，晶粒变得更加伸长、扁平和/或压缩，疲劳强度通常会增加。然而，CRA的期望量可能存在上限。不受理论的束缚，据推测，太多的CRA可能导致可能具有脆性的铜铍合金产品，这可能导致不良的合金产品。

此外，已经观察到，当进行CRA驱动的冷加工以实现更高水平的CRA降低时，例如，大于70％或70％至80％，始终能够获得疲劳强度的显著改善。例如，当进行冷加工以实现至少70％的CRA时，始终能够生产出经过10⁶个测试循环后表现出如下疲劳强度的铜铍合金产品：500MPa至650MPa，例如，500MPa至600MPa，500MPa至550MPa，550MPa至650MPa，550MPa至600MPa，或600MPa至650MPa。就下限而言，当进行冷加工以实现至少70％的CRA或70％至80％的CRA时，本文所述的铜铍合金产品的疲劳强度可以为至少500MPa，至少550MPa，至少600MPa或至少650MPa。

应注意，本文讨论的疲劳强度的值是指在冷加工后进行进一步热处理后合金产品所具有的疲劳强度的值。在冷加工后通过热处理可以使疲劳强度稍微降低。然而，仍然需要在冷加工之后进行热处理，因为该热处理进一步增加了如下所述的抗拉强度和屈服强度，并降低了冷轧合金的脆性。因此，本文所述的方法的冷加工和热处理操作平衡了疲劳强度、抗拉强度和/或屈服强度的改善，从而实现了合金产品的整体最佳强度特征。

还应当注意，本文讨论的疲劳强度的值是沿冷加工的方向测得的。据推测，当在其它方向上测量时，例如，在横向于冷加工的方向，或在冷加工的方向与横向于冷加工的方向之间的任何方向上测量时，本文所述的铜铍合金产品也令人惊讶地具有改善的疲劳强度。

抗拉强度和屈服强度

除了疲劳强度的改善之外，本文所述的方法还改善了铜铍合金产品的(极限)抗拉强度和屈服强度。

通常，导致大于40％的CRA的百分比的制备步骤，例如，在CRA驱动的冷加工之前的初步冷加工和/或初步热处理，是形成基础合金的步骤。CRA驱动的冷加工和随后的热处理操作对基础合金进行加工，以生产表现出优于常规铜铍合金的强度特征的最终铜铍合金产品。将通过比较基础合金的强度特征和由冷加工和热处理步骤完成而得到的进一步加工后的合金产品的强度特征，来讨论抗拉强度和屈服强度。

就抗拉强度而言，基础合金可表现出165ksi至185ksi的极限抗拉强度，例如，165ksi至180ksi，165ksi至175ksi，165ksi至170ksi，170ksi至185ksi，170ksi至180ksi，170ksi至175ksi，175ksi至185ksi，175ksi至180ksi，或180ksi至185ksi。就下限而言，基础合金可表现出至少165ksi的极限抗拉强度，例如，至少170ksi，至少175ksi或至少180ksi。就上限而言，基础合金可表现出小于185ksi的极限抗拉强度，例如，小于180ksi，小于175ksi或小于170ksi。

就屈服强度而言，基础合金可表现出在135ksi至160ksi范围内的0.2％偏移屈服强度，例如，135ksi至155ksi，135ksi至150ksi，135ksi至145ksi，135ksi至140ksi，140ksi至160ksi，140ksi至155ksi，140ksi至150ksi，140ksi至145ksi，145ksi至160ksi，145ksi至155ksi，145ksi至150ksi，150ksi至160ksi，150ksi至155ksi或155ksi至160ksi。就下限而言，基础合金可表现出至少135ksi的0.2％偏移屈服强度，例如，至少140ksi，至少145ksi，至少150ksi或至少155ksi。就上限而言，基础合金可表现出小于160ksi的0.2％偏移屈服强度，例如，小于155ksi，小于150ksi，小于145ksi或小于140ksi。

在CRA驱动的冷加工完成后，冷加工后的合金可实现200ksi至215ksi的极限抗拉强度，例如，200ksi至210ksi，200ksi至205ksi，205ksi至215ksi，205ksi至210ksi，或210ksi至215ksi。就下限而言，在CRA驱动的冷加工完成后，冷加工后的合金可实现至少200ksi的极限抗拉强度，例如，至少205ksi，或至少210ksi。

在CRA驱动的冷加工完成后，冷加工后的合金可实现180ksi至200ksi的0.2％偏移屈服强度，例如，180ksi至195ksi，180ksi至190ksi，180ksi至185ksi，185ksi至200ksi，185ksi至195ksi，185ksi至190ksi，190ksi至200ksi，190ksi至195ksi，或者195ksi至200ksi。就下限而言，在CRA驱动的冷加工完成后，冷加工后的合金可实现至少180ksi的0.2％偏移屈服强度，例如，至少185ksi，至少190ksi或至少195ksi。

通过比较就在CRA驱动的冷加工之前的极限抗拉强度(即基础合金的极限抗拉强度)和CRA驱动的冷加工完成后实现的极限抗拉强度(即冷加工后的合金的极限抗拉强度)，可以计算出由CRA驱动的冷加工引起的抗拉强度增加。在一些情况下，通过CRA驱动的冷加工可将抗拉强度增加至少10％，例如，至少15％，至少20％，至少25％，或至少30％。就范围而言，通过CRA驱动的冷加工可将抗拉强度增加10％至30％，例如，10％至25％，10％至20％，10％至15％，15％至30％，15％至25％，15％至20％，20％至30％，20％至25％，或25％至30％。

通过比较就在CRA驱动的冷加工之前的0.2％偏移屈服强度(即，基础合金的0.2％偏移屈服强度)和CRA驱动的冷加工完成后实现的0.2％偏移屈服强度(即冷加工后的合金的0.2％偏移屈服强度)，可以计算出由CRA驱动的冷加工引起的屈服强度增加。在一些情况下，通过CRA驱动的冷加工可将屈服强度增加至少20％，例如，至少25％，至少30％，至少35％或至少40％。就范围而言，通过CRA驱动的冷加工可将屈服强度增加20％至40％，例如，20％至35％，20％至30％，20％至25％，25％至40％，25％至35％，25％至30％，30％至40％，30％至35％，或35％至40％。

在随后的热处理完成之后，可以进一步改善抗拉强度和/或屈服强度，这生产出了表现出优于常规铜铍合金的强度特征的铜铍合金产品。例如，热处理完成后，冷加工和热处理后的合金，即，铜铍合金产品，可以实现205ksi至245ksi的极限抗拉强度(如沿着冷加工的方向或纵向所测量的)，例如，210ksi至245ksi，215ksi至245ksi，215ksi至240ksi，215ksi至235ksi，215ksi至230ksi，215ksi至225ksi，215ksi至220ksi，220ksi至245ksi，220ksi至240ksi，220ksi至235ksi，220ksi至230ksi，220ksi至225ksi，225ksi至245ksi，225ksi至240ksi，225ksi至235ksi，225ksi至230ksi，230ksi至245ksi，230ksi至240ksi，230ksi至235ksi，235ksi至245ksi，235ksi至240ksi，或240ksi至245ksi。就下限而言，在完成热处理后，铜铍合金产品可实现至少205ksi的极限抗拉强度，例如，至少210ksi，至少215ksi，至少220ksi，至少225ksi，至少230ksi，至少235ksi，至少240ksi或至少245ksi。

在完成热处理之后，铜铍合金产品可实现200ksi至230ksi的0.2％偏移屈服强度(沿纵向)，例如，205ksi至230ksi，205ksi至225ksi，205ksi至220ksi，205ksi至215ksi，205ksi至210ksi，210ksi至230ksi，210ksi至225ksi，210ksi至220ksi，210ksi至215ksi，215ksi至230ksi，215ksi至225ksi，215ksi至220ksi，220ksi至230ksi，220ksi至225ksi，220ksi至230ksi，220ksi至225ksi或225ksi至230ksi。就下限而言，在完成热处理后，铜铍合金产品可实现至少200ksi的0.2％偏移屈服强度，例如，至少205ksi，至少210ksi，至少215ksi，至少220ksi，至少225ksi，或至少230ksi。

通过比较就在热处理之前的极限抗拉强度(即冷加工后的合金的极限抗拉强度)和在热处理完成后实现的极限抗拉强度(即铜铍合金产品的极限抗拉强度)，可以计算出由热处理引起的抗拉强度增加。在一些情况下，通过热处理可将抗拉强度增加至少5％，例如，至少10％，至少15％，或至少20％。就范围而言，通过热处理可将抗拉强度增加5％至20％，例如，5％至15％，5％至10％，10％至20％，10％至15％，或15％至20％。

通过比较就在热处理之前的0.2％偏移屈服强度(即冷处理合金的0.2％偏移屈服强度)和完成热处理后实现的0.2％偏移屈服强度(即铜铍合金产品的0.2％偏移屈服强度)，可以计算出由热处理引起的屈服强度增加。在一些实施方式中，通过热处理可将屈服强度增加至少5％，例如，至少10％，至少15％或至少20％。就范围而言，通过热处理可将屈服强度增加5％至20％，例如，5％至15％，5％至10％，10％至20％，10％至15％，或15％至20％。

通过比较就在CRA驱动的冷加工之前的极限抗拉强度(即基础合金的极限抗拉强度)和热处理完成后实现的极限抗拉强度(即铜铍合金产品的极限抗拉强度)，可以计算出由进行冷加工和热处理操作引起的抗拉强度增加。在一些情况下，通过进行冷加工和热处理操作，可以使基础合金的抗拉强度增加至少15％，例如，至少20％，至少25％，至少30％，至少35％，至少40％，至少45％，或至少50％。就范围而言，通过进行冷加工和热处理操作，可以使基础合金的抗拉强度增加15％至50％，例如，15％至45％，15％至40％，15％至35％，15％至30％，15％至25％，15％至20％，20％至50％，20％至45％，20％至40％，20％至35％，20％至30％，20％至25％，25％至50％，25％至45％，25％至40％，25％至35％，25％至30％，30％至50％，30％至45％，30％至40％，30％至35％，35％至50％，35％至45％，35％至40％，40％至50％，40％至45％，或45％至50％。

通过比较就在CRA驱动的冷加工之前的0.2％偏移屈服强度(即，基础合金的0.2％偏移屈服强度)和在热处理完成后实现的0.2％偏移屈服强度(即铜铍合金产品的0.2％偏移屈服强度)，可以计算出由进行冷加工和热处理操作引起的屈服强度增加。在一些情况下，通过进行冷加工和热处理操作，可以使基础合金的屈服强度增加至少25％，例如，至少30％，至少35％，至少40％，至少45％，至少50％，至少55％，至少60％，至少65％，或至少70％。就范围而言，通过进行冷加工和热处理操作，可以使基础合金的屈服强度增加25％至70％，例如，25％至65％，25％至60％，25％至55％，25％至50％，25％至45％，25％至40％，25％至35％，25％至30％，30％至70％，30％至65％，30％至60％，30％至55％，30％至50％，30％至45％，30％至40％，30％至35％，35％至70％，35％至65％，35％至60％，35％至55％，35％至50％，35％至45％，35％至40％，40％至70％，40％至65％，40％至60％，40％至55％，40％至50％，40％至45％，45％至70％，45％至65％，45％至60％，45％至55％，45％至50％，50％至70％，50％至65％，50％至60％，50％至55％，55％至70％，55％至65％，55％至60％，60％至70％，60％至65％，或65％至70％。

此外，使用本文所述的方法生产的合金产品不仅沿冷加工的方向实现了改善的强度特征，而且出乎意料地在其他方向上也表现出改善的和/或甚至更好的强度特征。冷加工的方向是指例如通过轧制对基础合金进行冷加工的方向，或者是晶粒伸长的方向。冷加工的方向对应于冷加工后的合金的长度和所生产的铜铍合金产品的长度。因此，冷加工的方向也可以称为纵向。本文中使用横向来描述对应于冷加工后的合金的宽度和所生产的铜铍合金产品的宽度的方向，横向是横向于或垂直于纵向或冷加工的方向。可以通过使用与纵向成一定角度的角度来表示横向和纵向之间的其他方向。例如，30°方向是指从纵向旋转了30°(因此从横向旋转了60°)的方向，而45°方向是指从纵向或横向旋转了45°的方向。

已经发现，本文所述的方法始终生产出了沿冷加工的方向具有如下极限抗拉强度的铜铍合金产品：大于200ksi，例如，大于205ksi，大于210ksi，大于215ksi，大于220ksi，大于225ksi，大于230ksi，大于235ksi，大于240ksi或更大。本文所述的方法还始终生产出了沿冷加工的方向具有如下0.2％偏移屈服强度的铜铍合金产品：大于200ksi，例如，大于205ksi，大于210ksi，大于215ksi，大于220ksi，大于225ksi或更大。

令人惊讶的是，本文所述的方法还始终生产出了在除冷加工的方向以外的方向上具有改善的或甚至更好的强度特征的铜铍合金产品。这是意料之外的，因为如上所述，使用常规方法生产的常规铜铍合金产品通常在除冷加工的方向以外的其他方向上具有降低或较差的强度特征。例如，对于使用许多常规方法加工的铜铍合金产品，横向上的抗拉强度通常比冷加工的方向上的抗拉强度低5％至10％，类似地，横向上的屈服强度通常比冷加工的方向上的屈服强度低5％至10％。

相反，本文所述的方法始终生产出了在除冷加工的方向之外的其他方向上具有相当的或进一步改善的强度特征的铜铍合金产品。例如，使用本文所述的方法生产的铜铍合金产品沿45°方向的强度特征与沿冷加工的方向的强度特征相当或相似，沿横向的强度特征优于沿冷加工的方向的强度特征。

例如，已经发现，本文所述的方法始终生产出了沿45°方向具有如下极限抗拉强度的铜铍合金产品：大于200ksi，例如，大于205ksi，大于210ksi，大于215ksi，大于220ksi，大于225ksi，大于230ksi，大于235ksi，大于240ksi或更大，或更大。本文所述的方法也始终生产出了沿45°方向具有如下0.2％偏移屈服强度的铜铍合金产品：大于200ksi，例如，大于205ksi，大于210ksi，大于215ksi，大于220ksi，大于225ksi或更大。

此外，已经发现，本文所述的方法始终生产出了沿着横向具有如下极限抗拉强度的铜铍合金产品：大于215ksi，例如，大于220ksi，大于225ksi，大于230ksi，大于235ksi，大于240ksi，大于245ksi，或更大。本文所述的方法也始终生产出了沿横向具有如下0.2％偏移屈服强度的铜铍合金产品：大于200ksi，例如，大于205ksi，大于210ksi，大于215ksi，大于220ksi，大于225ksi，大于230ksi或更大。

根据加工条件，如通过将横向上的极限抗拉强度与冷加工的方向上的极限抗拉强度进行比较计算出的，横向上的抗拉强度可以比冷加工的方向上的抗拉强度大至少5％，例如，至少6％，至少7％，至少8％，至少9％或至少10％。就范围而言，横向上的抗拉强度可以比冷加工的方向上的抗拉强度大5％至10％，例如，5％至9％，5％至8％，5％至7％，5％至6％，6％至10％，6％至9％，6％至8％，6％至7％，7％至10％，7％至9％，7％至8％，8％至10％，8％至9％，或9％至10％。就上限而言，横向上的抗拉强度可以比冷加工的方向上的抗拉强度大小于10％，小于9％，小于8％，小于7％或小于6％。

类似地，如通过将横向上的0.2％偏移屈服强度与冷加工的方向上的0.2％偏移屈服强度进行比较计算出的，横向上的屈服强度可以比冷加工的方向上的屈服强度大至少5％，例如，至少6％，至少7％，至少8％，至少9％，或至少10％。就范围而言，横向上的屈服强度可以比冷加工的方向上的屈服强度大5％至10％，例如，5％至9％，5％至8％，5％至7％，5％至6％，6％至10％，6％至9％，6％至8％，6％至7％，7％至10％，7％至9％，7％至8％，8％至10％，8％至9％，或9％至10％。就上限而言，横向上的屈服强度可以比冷加工的方向上的屈服强度大小于10％，小于9％，小于8％，小于7％或小于6％。

不受理论的束缚，在除冷加工的方向之外的方向上的相当的或改善的强度特征可能是由于前面提到的伸长的晶粒结构和取向角导致的。

通过生产在除冷加工的方向以外的方向上具有相当的或进一步改善的强度特征的铜铍合金产品，本文所述的方法和所生产的铜铍合金产品因此能够使下游加工(例如，将条带形式的铜铍合金产品安装或定位在其他设备(例如消费者移动设备)中)具有更大的灵活性。

通常将本文所述的铜铍合金产品加工成条带，条带满足由国际ASTM、国际SAE(汽车工程师协会)、RWMA(区域壁运动异常)、欧洲标准EN、日本工业标准和军事标准等设定的包括但不限于以下标准的一项或多项：ASTM B194，AMS 4530，AMS 4532，SAE J461，SAEJ463，EN 1654，EN 13148，EN14436，JIS H3130，QQC-533等。

实施例：

提供以下实施例来说明本发明的合金和方法。实施例仅是说明性的，并不意在将本发明限制于本文所述的材料、条件或工艺参数。

实施例1-4和对比例A-C

使用本文所述的方法制备了实施例1-4。利用包含以下组分的铜铍合金片：96.3wt％至99.5wt％的铜，0.15wt％至2wt％的铍，0wt％至2.7wt％的钴，0wt％至2.2wt％的镍，以及0wt％至0.5wt％的锆。

步骤1：通过(ⅰ)将合金片初步冷加工至期望最终厚度的约4倍的厚度；以及(ii)对初步冷加工后的合金进行热处理，来制备铜铍基础合金。热处理包括：(a)在1390°F下固溶退火0.83分钟，然后进行空气淬火；以及(b)在545°F的温度下进行批量时效(bulk aging)3小时。铜铍基础合金包括均匀的等轴晶粒，晶粒相对于初步冷加工表面的取向角(例如，晶界的取向)为约45°。

步骤2：通过冷轧对铜铍基础合金进行冷加工，以实现74％至75％的CRA，从而得到冷加工后的合金。冷加工后的合金包括扁平且伸长的晶粒。晶粒相对于冷加工表面的取向角接近0°。

步骤3：然后对冷加工后的合金进行热处理以生产铜铍合金产品(实施例1-4)。热处理是通过在600°F下进行2.88分钟的线材时效来进行的，从而通过沉淀硬化进一步改善了冷加工后的合金的强度特征。进行线材时效后，基本维持了扁平且伸长的晶粒结构和晶粒的约0°取向角。实施例1-4的代表性晶粒结构示于图2D中。

如下制备对比例A、B和C。利用包含以下组分的铜镍锡合金片来生产对比例A-C：14.5wt％至15.5wt％的镍，7.5wt％至8.5wt％的锡，0.5wt％或更少的铁，0.5wt％或更少的锌，和余量铜。

该对比例的制备比加工实施例1-4的制备需要更多的工艺步骤，例如，更多冷加工和/或热处理。

步骤1：通过(i)对合金片进行初步冷加工；以及(ii)在1475°F下固溶退火0.65分钟，然后进行空气淬火，来制备铜镍锡基础合金。铜镍锡基础合金包含均匀的等轴晶粒，晶粒相对于初步冷加工表面的取向角(例如，晶界的取向)为大约45°。

步骤2：通过冷轧对铜镍锡基础合金进行冷加工，以实现约40％至45％的CRA，从而得到冷加工后的合金。

步骤3：在645°F至660°F下对冷加工后的合金进行批量时效2小时，以生产批量时效后的合金。

步骤4：然后对批量时效后的合金进行进一步冷加工，以实现约40％至45％的CRA，从而生产出进一步冷加工后的合金。因此，通过两个冷加工步骤，从铜镍锡基础合金到进一步冷加工后的合金，总共实现了约65％至70％的CRA。进一步冷加工后的合金不包括扁平或伸长的晶粒。相反，晶粒是粗大且不扁平的。晶粒相对于冷加工表面的取向角大于30°，某些晶粒维持接近45°的取向角。

步骤5：然后对进一步冷加工后的合金进行热处理，以生产铜镍锡合金产品(对比例A-C)。热处理是通过在675°F下进行2.9至3.6分钟的线材时效来进行的。进行线材时效后，基本维持了进一步冷加工后的合金的晶粒结构和晶粒的取向角。

按照ASTM E8(2016)，测试了实施例1-4和对比例A-C的极限抗拉强度(UTS)、0.2％偏移屈服强度(YS)和断裂伸长率(％E)。

下表1-3列出了实施例1-4的极限抗拉强度(UTS)、0.2％偏移屈服强度(YS)和断裂伸长率(％E)。

下表4-6列出了对比例A-C的极限抗拉强度(UTS)、0.2％偏移屈服强度(YS)和断裂伸长率(％E)。如上所述，对比例A-C是通过涉及更多冷加工和/或热处理步骤的常规方法制备的。

如表1-3所示，本文所述的方法始终生产出了在纵向上表现出令人惊讶的强度特征的铜铍合金产品，例如，极限抗拉强度大于或为约1500MPa，0.2％偏移屈服强度大于或为约1470MPa，和/或断裂伸长率大于或为约1.8％。

相反，如表4-6所示，铜镍锡合金产品在纵向上表现出约1400MPa的极限抗拉强度、1370MPa的0.2％偏移屈服强度、和/或约1.6％或1.7％的断裂伸长率。

因此，当与铜镍锡合金产品相比，使用本文所述的方法生产的铜铍合金产品在纵向上表现出超过100MPa或7.1％的极限抗拉强度改善，和/或超过100MPa或7.3％的0.2％偏移屈服强度改善。另外，铜铍合金产品进一步表现出改善的断裂伸长率。

出乎意料的是，也如表1-3所示，与沿纵向相比，铜铍合金产品在横向上也始终表现出相当或甚至更好的强度特征。

相反，如表4-6所示，与沿纵向相比，铜镍锡合金产品在横向和45°方向上表现出降低的0.2％偏移屈服强度。因此，由于在横向和45°方向上的降低的强度特性，铜镍锡合金产品可能会对随后如何对合金产品进行加工和/或如何将其安装到最终产品中施加限制。

如按照ASTM E796-94(2000)所进行的，测试了使用本文所述的方法生产的铜铍合金产品的疲劳强度性能。图3A-3D分别绘制了实施例1-4的疲劳强度与循环的函数关系。作为对比，图3A-3D还示出了表示对比例A-C的疲劳强度的平均值的线(相同的线出现在图3A-3D中)。本公开的铜铍合金产品优于铜镍锡合金产品。图3A-3D示出了实施例1-4(上方线)相对于对比例A-C(下方线)在疲劳测试中表现出的令人惊讶的改善。

特别地，实施例1-4在10⁴个测试循环后、10⁵个测试循环后、甚至10⁶个测试循环后均表现出极高的疲劳强度。这些疲劳强度值显著高于对比例A-C的疲劳强度值。例如，如图3A所示，在10⁶个循环下，实施例1表现出大约或超过600MPa的疲劳应力，而对比平均值表现出大约450MPa的疲劳应力。与对比平均值相比，实施例1在疲劳强度方面表现出显著改善，例如至少30％。

如实施例1-4和对比例A-C所显示的，使用本文所述的方法生产的铜铍合金产品始终表现出优于铜镍锡合金产品的强度特征。另外，与沿纵向相比，使用本文所述的方法生产的铜铍合金产品在横向和45°方向上表现出相当或更好的强度特征。与沿纵向相比，铜镍锡合金产品在横向和45°方向上表现出更低的强度，例如，更低的0.2％偏移屈服强度。因此，铜铍合金产品不仅能够实现更广泛的应用，尤其是需要高强度性能的应用，而且还为随后的加工以及将合金产品安装到最终产品中提供了灵活性。

此外，通过对铜铍基础合金进行一次冷加工来实现75％的CRA，可以更有效地生产铜铍合金产品。相反，铜镍锡合金产品的生产涉及两个冷加工步骤，每个步骤实现40％至45％的CRA，以使铜镍锡合金产品获得最高强度值。因此，与现有的合金产品和方法相比，使用本文所述的方法生产的铜铍合金产品提供了性能和生产优势。

实施例5-7

使用类似于制备实施例1-4的方法制备实施例5-7，不同之处在于，在步骤2中对不同的实施例应用不同百分比的CRA。具体地，通过冷轧对实施例5、6和7进行冷加工，以分别实现约(或略超过)40％的CRA、58％的CRA和70％的CRA。实施例5、6和7的晶粒结构分别示于图2A、2B和2C中。实施例5、6和6的晶粒取向分别为40°-45°、～10°、和～0°。

如上所述，测试了实施例5-7的疲劳强度。图4A-4C分别示出了实施例5-7的疲劳测试结果数据点。图4D示出了如上所讨论的实施例1-4(CRA为～75％)的组合的疲劳测试结果数据点。实施例5-7在10⁶个测试循环下的疲劳强度分别约为400MPa、450MPa和500MPa。

作为对比，图4A-4D也示出了表示CRA为65％至70％的铜镍锡合金产品的疲劳强度的平均值的线(相同的线出现在图4A-4D)。

如图4A-4D所示，随着CRA百分比的增加，铜铍合金产品的疲劳强度性能也有所提高–随着CRA增加，与对比平均线相比，数据点显示出更好的性能。

特别地，在10⁶个测试循环下，所有实施例1-7的疲劳强度均优于铜镍锡合金产品–大多数(若不是全部)数据点均显著高于对比平均线。实际上，即使经过10⁶个测试循环后，许多实施例数据点也没有显示出断裂或失效(“跳动”)。

此外，随着CRA百分比的增加，铜铍合金产品在更宽范围的测试循环下表现出更好的疲劳强度性能。例如，如图4B所示，在58％的CRA下，当经过10⁵个或更多个测试循环后，实施例6表现出与铜镍锡合金产品相当或比其更大的峰值应力。如图4C所示，在70％的CRA下，当经过10⁴个或更多个测试循环后，实施例7表现出比铜镍锡合金产品更大的峰值应力。如图D所示，在75％的CRA下，在基本所有测试循环下，实施例1-4均表现出比铜镍锡合金产品更大的峰值应力。

实施例8-13和对比例D

使用类似于制备实施例1-4的方法制备实施例8-13，不同之处在于，在步骤2中对不同的实施例应用不同百分比的CRA(均超过40％的CRA)。此时没有进行步骤3。应当注意的是，在步骤3完成后，将维持此时获得的晶粒结构。使用类似于制备实施例8-13的方法制备对比例D，不同之处在于，在步骤2中应用较低的CRA百分比(低于40％)。

下表7列出了实施例8-13和对比例D的CRA百分比、晶粒结构的取向角、极限抗拉强度(UTS)、0.2％偏移屈服强度(YS)以及10⁶个测试循环下的疲劳强度(FS)(在纵向上)。应当注意，实施例13的疲劳强度值是测试值，实施例8-12和对比例例D的疲劳强度值是基于实施例1-4在10⁶个测试循环下的测试疲劳强度值的估计值(在纵向上)，如下表7所示。

如表7所示，随着CRA的百分比增加，实施例8-13的疲劳强度继续增加。重要的是，当CRA的百分比小于40％时，例如，在对比例D的情况下为32％时，尽管可以实现相当的极限抗拉强度和/或屈服强度，但是疲劳强度显著更低，例如小于400MPa，例如小于385MPa。此外，随着CRA的百分比继续增加到高水平，维持了并且没有损害实施例8-13的极限抗拉强度和屈服强度。

图5A-5G分别示出了对比例D和实施例8-13的微结构。如图所示，当CRA的百分比小于40％时，例如在对比例D的情况下，大量晶粒保持等轴，45°晶粒取向角较为普遍。当CRA的百分比增加到大于40％时，例如在实施例8-13的情况下，晶粒变得伸长且扁平，晶粒取向角从45°减小到接近0°，例如在实施例11-13的情况下。在步骤3中完成热处理后，将会维持伸长且扁平的晶粒结构和减小的晶粒取向角(例如，小于45°或甚至接近0°)。

如上所述，本文所述的铜铍合金产品的优异的疲劳强度可归因于伸长且扁平的晶粒结构和/或减小的晶粒结构的取向。随着CRA的百分比增加，例如增加至大于40％，晶粒变得更加伸长和/或扁平，晶粒的取向角减小，这导致表面晶界减少，裂纹起始部位减少，以及强度特征改善。

应当注意，表7所示的实施例8-13的极限抗拉强度和屈服强度值是在步骤3的热处理之前获得的。因此，实施例8-13的极限抗拉强度和屈服强度值低于实施例1-4的极限抗拉强度和屈服强度值。包括进一步热处理将进一步改善实施例8-13的强度性能，使其达到与实施例1-4相似的水平，同时维持伸长且扁平的晶粒结构和减小的晶粒取向角。

尽管如此，实施例8-13的极限抗拉强度和屈服强度良好，并且与表4所示的铜镍锡合金产品或对比例A-C的极限抗拉强度和屈服强度相当。然而，铜镍锡合金产品需要显著更多的加工，例如更多的热处理和/或冷加工步骤，来实现性能水平。因此，使用本文所述的方法，在进行或不进行进一步热处理(例如，最终线材时效)的情况下，能够通过较少的加工步骤(例如，较少的冷加工和/或热处理步骤)来实现改善的疲劳强度以及相当的或更好的极限抗拉强度和屈服强度。因此，不仅可以通过减少工艺步骤来提高生产效率，而且还能够实现相当或更好的强度特征。

对比例E

使用类似于制备对比例A-C的方法制备铜镍锡产品的额外对比例E。因此，将铜镍锡合金产品加工到实现总共65％至70％的CRA。图6A和6B示出了铜镍锡合金产品的对比例E的微结构。图6A示出了纵向上的微结构。图6B示出了横向上的微结构。如图6A和6B所示，在总共接近70％的CRA下，纵向和横向上的晶粒均粗大且不扁平。晶粒在纵向上表现出6:1至8:1的纵横比，在横向上表现出约2:1的纵横比。一些残余晶粒甚至在横向上维持接近1:1的纵横比或等轴的晶粒结构。此外，一些晶粒(或晶界)在纵向上具有30°至45°的取向角，而大量晶粒(或晶界)在横向上仍维持接近45°的取向角。

通过比较图2A-2D、图5B-5G中示出的晶粒结构和图6A、6B中所示的晶粒结构(对比)，可以看出，与铜镍锡合金产品(图6A和6B)相比，使用本文所述的方法生产的铜铍合金产品(图2A-2D和图5B-5G)表现出非常不同的晶粒结构。甚至在非常高百分比的CRA(例如，约70％)下，在相似百分比的CRA的铜铍合金产品中获得的伸长且扁平的晶粒结构无法在铜镍锡合金产品中获得。

据推测，铜铍的伸长且扁平的晶粒使铜铍合金产品能够实现铜镍锡合金产品无法实现的优异的强度特征，铜镍锡合金产品具有等轴、不伸长和/或粗大的晶粒。铜镍锡合金产品中的晶粒结构的残余的高取向角(例如，接近45°)不利地为疲劳裂纹起始提供容易的滑移面，而对于铜铍合金，当将这些产品冷加工至高百分比的CRA时，晶粒取向角接近0°，例如，图2C和2D、图5E-5G、表7和实施例11-13中示出的。

实施方式

考虑以下实施方式。考虑特征和实施方式的所有组合。

实施方式1：一种用于生产铜铍合金产品的方法，该方法包括：制备具有0.15wt％-4.0wt％的铍且具有晶粒和初始横截面积的基础合金；将基础合金冷加工至基于初始横截面积的面积冷缩(CRA)百分比大于40％；以及对冷加工后的合金进行热处理，以生产铜铍合金产品；当沿着冷加工的方向观察时，铜铍合金产品的晶粒结构相对于冷加工面的取向角小于45°；该铜铍合金产品在经过10⁶个测试循环后表现出至少385MPa的疲劳强度。

实施方式2：根据实施方式1所述的实施方式，其中，将基础合金冷加工至70％至80％的CRA百分比。

实施方式3：根据实施方式1和2中任一项所述的实施方式，其中，冷加工后的合金的热处理在600°F至700°F的温度下进行1分钟至5分钟的时间。

实施方式4：根据实施方式1-3中任一项所述的实施方式，其中，制备基础合金包括将合金片初步冷加工至小于0.01英寸的厚度。

实施方式5：根据实施方式1-4中任一项所述的实施方式，其中，制备基础合金还包括对初步冷加工后的合金进行热处理以生产基础合金。

实施方式6：根据实施方式1-5中任一项所述的实施方式，其中，初步冷加工后的合金的热处理包括固溶退火和时效。

实施方式7：根据实施方式1-6中任一项所述的实施方式，其中，在1350°F至1450°F的温度下进行固溶退火0.5分钟至5分钟的时间。

实施方式8：根据实施方式1至7中任一项所述的实施方式，其中，在450°F至650°F的温度下进行时效2小时至4小时的时间。

实施方式9：根据实施方式1-8中任一项所述的实施方式，其中，所述铜铍合金产品在冷加工的方向上表现出至少200ksi的极限抗拉强度。

实施方式10：根据实施方式1-9中任一项所述的实施方式，其中，在横向于冷加工的方向上测得的铜铍合金产品的极限抗拉强度比在冷加工的方向上测得的极限抗拉强度大5％至10％。

实施方式11：根据实施方式1-10中任一项所述的实施方式，其中，所述铜铍合金产品沿冷加工的方向表现出至少200ksi的0.2％偏移屈服强度。

实施方式12：根据实施方式1-11中任一项所述的实施方式，其中，在横向于冷加工的方向上测得的铜铍合金产品的0.2％偏移屈服强度比在冷加工的方向上测得的0.2％偏移屈服强度大5％至10％。

实施方式13：根据实施方式1-12中任一项所述的实施方式，其中，冷加工后的合金的极限抗拉强度比基础合金的极限抗拉强度大10％至30％。

实施方式14：根据实施方式1-13中任一项所述的实施方式，其中，铜铍合金产品的极限抗拉强度比基础合金的极限抗拉强度大15％至50％。

实施方式15：根据实施方式1-14中任一项所述的实施方式，其中，冷加工后的合金产品的0.2％偏移屈服强度比基础合金的0.2％偏移屈服强度大20％至40％。

实施方式16：根据实施方式1-15中任一项所述的实施方式，其中，铜铍合金产品的0.2％偏移屈服强度比基础合金的0.2％偏移屈服强度大25％至70％。

实施方式17：根据实施方式1-16中任一项所述的实施方式，其中，铜铍合金产品的晶粒在冷加工的方向上伸长。

实施方式18：根据实施方式1-17中任一项所述的实施方式，其中，铜铍合金产品的晶粒的长度与厚度的纵横比大于1:1。

实施方式19：根据实施方式1-18中任一项所述的实施方式，其中，铜铍合金产品的晶粒结构取向角小于15°。

实施方式20：根据实施方式1-19中任一项所述的实施方式，其中，铜铍合金产品中的疲劳起始部位的数量比基础合金中的疲劳起始部位的数量少1％至35％。

实施方式21：一种铜铍合金产品，其包括0.5-4.0wt％的铍和铜，且具有晶粒；该铜铍合金产品的晶粒通常沿共同的方向伸长，当沿晶粒伸长的方向观察时，晶粒结构的取向角小于45°；铜铍合金产品经过10⁶个测试循环后具有至少385MPa的疲劳强度。

实施方式22：根据实施方式21所述的实施方式，其中，所述晶粒的长度与宽度的纵横比为1:1至9:1。

实施方式23：根据实施方式21和22中任一项所述的实施方式，其中，晶粒结构取向角小于15°。

实施方式24：根据实施方式21-23中任一项所述的实施方式，其中，铜铍合金产品沿晶粒伸长的方向具有至少200ksi的极限抗拉强度。

实施方式25：根据实施方式21-24中任一项所述的实施方式，其中，铜铍合金产品在横向于晶粒伸长的方向上具有至少200ksi的极限抗拉强度。

实施方式26：根据实施方式21-25中任一项所述的实施方式，其中，在横向于晶粒伸长的方向上的极限抗拉强度比在晶粒伸长的方向上的极限抗拉强度大5％至10％。

实施方式27：根据实施方式21-26中任一项所述的实施方式，其中，铜铍合金产品沿晶粒伸长的方向具有至少200ksi的0.2％屈偏移服强度。

实施方式28：根据实施方式21-27中任一项所述的实施方式，其中，铜铍合金产品在横向于晶粒伸长的方向上具有至少200ksi的0.2％偏移屈服强度。

实施方式29：根据实施方式21-28中任一项所述的实施方式，其中，在横向于晶粒伸长的方向上的0.2％偏移屈服强度比在晶粒伸长的方向上的0.2％偏移屈服强度大5％至10％。

实施方式30：根据实施方式21-29中任一项所述的实施方式，其中，已经对铜铍合金产品进行冷加工来实现基于基础合金的初始横截面积的大于40％的面积冷缩(CRA)百分比。

实施方式31：根据实施方式21-30中任一项所述的实施方式，其中，已经对铜铍合金产品进行冷加工来实现基于基础合金的初始横截面积的70％至80％的面积冷缩(CRA)百分比。

实施方式32：根据实施方式21-31中任一项所述的实施方式，其中，铜铍合金产品包括小于0.2wt％的钛。

实施方式33：根据实施方式21-32中任一项所述的实施方式，其中，铜铍合金产品包括小于0.2wt％的锡。

实施方式34：根据实施方式21-33中任一项所述的实施方式，其中，铜铍合金产品包含1.8％-2.0％的铍。

虽然已经详细描述了本发明，但是在本发明的精神和范围内的修改对于本领域技术人员来说是显而易见的。鉴于前述讨论、本领域中的相关知识和以上讨论的参考文献以及背景技术和具体实施方式，其全部公开内容通过引用并入本文。另外，应该理解，下面和/或所附权利要求书中记载的本发明的各个方面以及各种实施方式和各种特征的部分可以全部或部分地组合或互换。如本领域技术人员将理解的，在各种实施方式的上述描述中，参考另一个实施方式的实施方式可适当地与其它实施方式组合。此外，本领域普通技术人员将理解的是，前面的描述仅作为示例，而不意在限制。

Claims (19)

1.一种用于生产铜铍合金产品的方法，所述方法包括：

制备基础合金，所述基础合金包含0.15wt％-4.0wt％的铍、0wt％至6wt％的量的选自钴、镍、锆及其组合的额外合金元素、以及余量铜，且具有晶粒和初始横截面积；

基于所述初始横截面积，将所述基础合金冷加工至面积冷缩(CRA)百分比大于40％；及

在600°F至700°F(315℃至370℃)的温度下对所述冷加工后的合金进行热处理，以生产所述铜铍合金产品；

其中当沿着所述冷加工的方向观察时，所述铜铍合金产品的晶粒结构相对于冷加工面的取向角小于45°；

其中所述铜铍合金产品在经过10⁶个测试循环后表现出至少385MPa的疲劳强度以及在所述冷加工的方向上至少200ksi的极限抗拉强度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述基础合金冷加工至CRA百分比为70％至80％。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述冷加工后的合金的热处理进行1分钟至5分钟。

4.根据权利要求1所述的方法，其中制备所述基础合金包括将合金片初步冷加工至厚度小于0.01英寸。

5.根据权利要求4所述的方法，其中制备所述基础合金还包括对初步冷加工后的合金进行热处理以生产所述基础合金。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述初步冷加工后的合金的所述热处理包括固溶退火和时效。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述固溶退火在1350°F至1450°F(732℃至788℃)的温度下进行0.5分钟至5分钟。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述时效在450°F至650°F(232℃至343℃)的温度下进行2小时至4小时。

9.根据权利要求1所述的方法，其中在横向于所述冷加工的方向上测得的所述铜铍合金产品的极限抗拉强度比在所述冷加工的方向上测得的极限抗拉强度大5％至10％。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述铜铍合金产品沿所述冷加工的方向表现出至少200ksi的0.2％偏移屈服强度。

11.根据权利要求1所述的方法，其中在横向于所述冷加工的方向上测得的所述铜铍合金产品的0.2％偏移屈服强度比在所述冷加工的方向上测得的0.2％偏移屈服强度大5％至10％。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述铜铍合金产品的所述晶粒在所述冷加工的方向上是伸长的或扁平的。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述铜铍合金产品的晶粒结构取向角小于15°。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述铜铍合金产品中的疲劳起始部位的数量比所述基础合金中的疲劳起始部位的数量少1％至35％。

15.一种铜铍合金产品，包括：

0.5-4.0wt％的铍；

0wt％至6wt％的量的选自钴、镍、锆及其组合的额外合金元素；及

余量铜；

且具有晶粒；

其中所述铜铍合金产品的所述晶粒在共同的方向上基本上是伸长的或扁平的，当沿晶粒伸长的方向观察时，晶粒结构的取向角小于45°；

其中所述铜铍合金产品经过10⁶个测试循环后具有至少385MPa的疲劳强度。

16.根据权利要求15所述的铜铍合金产品，其中所述晶粒结构的取向角小于15°。

17.根据权利要求15所述的铜铍合金产品，其中在横向于所述晶粒伸长的方向上的极限抗拉强度比在所述晶粒伸长的方向上的极限抗拉强度大5％至10％，和/或，其中在横向于所述晶粒伸长的方向上的0.2％偏移屈服强度比在所述晶粒伸长的方向上的0.2％偏移屈服强度大5％至10％。

18.根据权利要求15所述的铜铍合金产品，其中基于基础合金的初始横截面积，所述铜铍合金产品已被冷加工来实现面积冷缩(CRA)百分比大于40％。

19.根据权利要求15所述的铜铍合金产品，其中基于基础合金的初始横截面积，所述铜铍合金产品已被冷加工来实现70％至80％的面积冷缩(CRA)百分比。

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