JP2022174064A - 均一な強度を有する析出強化金属合金物品 - Google Patents
均一な強度を有する析出強化金属合金物品 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】物品の断面積を横断して均一な機械的性質の組み合わせを有する、金属合金物品の調製方法を提供する。【解決手段】物品を投入物、鋳造物、または鍛造物から調製する方法であって、前記投入物全体を通して均一温度に到達するまで、前記投入物を溶体化焼鈍するステップと、約５％～約４０％の断面積の低減が達成されるまで、前記投入物を冷間加工するステップと、前記投入物を析出硬化し、前記物品を取得するステップと、を含み、前記物品は、その長さに沿って一定断面と、前記断面を横断して約７０ｋｓｉまたはそれを上回る均一０．２％オフセット降伏強度とを有する、方法とする。【選択図】図１Ａ
Description
関連出願への相互参照
本出願は、２０１６年１２月１５日に出願された米国仮特許出願番号第６２／４３４，
５８２号に基づく優先権を主張しており、その全体は、本明細書中に参考として援用され
る。
本出願は、２０１６年１２月１５日に出願された米国仮特許出願番号第６２／４３４，
５８２号に基づく優先権を主張しており、その全体は、本明細書中に参考として援用され
る。
背景
本開示は、例えば、７０ｋｓｉ超の降伏強度と非常に高かつ均一衝撃靭性の機械的性質
の組み合わせを有する、大直径ロッドおよび管等の物品に関する。銅、ニッケル、および
スズを含む合金等の析出硬化された合金から作製される物品と併せて、特定の用途が、見
出されており、特に、それを参照して説明されるであろう。しかしながら、本開示はまた
、他の析出硬化可能合金を用いた他の同様の用途にも適することを理解されたい。
本開示は、例えば、７０ｋｓｉ超の降伏強度と非常に高かつ均一衝撃靭性の機械的性質
の組み合わせを有する、大直径ロッドおよび管等の物品に関する。銅、ニッケル、および
スズを含む合金等の析出硬化された合金から作製される物品と併せて、特定の用途が、見
出されており、特に、それを参照して説明されるであろう。しかしながら、本開示はまた
、他の析出硬化可能合金を用いた他の同様の用途にも適することを理解されたい。
簡単な説明
本開示の一側面によると、鋳造または鍛造投入物から導出される金属合金物品を強化す
る方法が、開示される。主に、溶体化焼鈍が、投入物が全体を通して均一温度に到達する
まで実施されるであろう。次に、冷間加工が、その長さに沿って比較的に一定断面を有す
る投入物等、所望の形状およびサイズを達成するために投入物に実施される。例えば、投
入物は、少なくとも３．２５インチの直径および少なくとも３０フィートの長さを有する
、円柱であることができる。投入物は、次いで、熱処理され、物品の断面を横断して均一
靭性および均一降伏強度を有する、物品を取得することができる。
本開示の一側面によると、鋳造または鍛造投入物から導出される金属合金物品を強化す
る方法が、開示される。主に、溶体化焼鈍が、投入物が全体を通して均一温度に到達する
まで実施されるであろう。次に、冷間加工が、その長さに沿って比較的に一定断面を有す
る投入物等、所望の形状およびサイズを達成するために投入物に実施される。例えば、投
入物は、少なくとも３．２５インチの直径および少なくとも３０フィートの長さを有する
、円柱であることができる。投入物は、次いで、熱処理され、物品の断面を横断して均一
靭性および均一降伏強度を有する、物品を取得することができる。
本開示の別の側面によると、金属投入物から導出される金属合金物品が、開示される。
合金は、析出硬化可能金属合金、例えば、ニッケルおよびスズと組み合わせて、銅を含有
する合金である。物品は、物品の長さに沿って比較的に一定断面を有する。金属合金物品
は、物品の断面を横断して、均一な機械的性質を有する。
合金は、析出硬化可能金属合金、例えば、ニッケルおよびスズと組み合わせて、銅を含有
する合金である。物品は、物品の長さに沿って比較的に一定断面を有する。金属合金物品
は、物品の断面を横断して、均一な機械的性質を有する。
本開示のこれらおよび他の非限定的特性は、下記により具体的に開示される。
以下は、図面の簡単な説明であって、これは、本明細書に開示される例示的実施形態を
図示する目的のためのものであって、それを限定する目的のために提示されるものではな
い。
図示する目的のためのものであって、それを限定する目的のために提示されるものではな
い。
詳細な説明
本開示は、所望の実施形態およびその中に含まれる実施例の以下の詳細な説明を参照す
ることによってより容易に理解され得る。以下の明細書および続く請求項では、いくつか
の用語が、参照され、これは、以下の意味を有すると定義されるものとする。
本開示は、所望の実施形態およびその中に含まれる実施例の以下の詳細な説明を参照す
ることによってより容易に理解され得る。以下の明細書および続く請求項では、いくつか
の用語が、参照され、これは、以下の意味を有すると定義されるものとする。
単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈によって明確に別様に示されない
限り、複数参照を含む。
限り、複数参照を含む。
本願の明細書および請求項内の数値は、同一桁の有効数字に丸められると同一である、
数値と、値を判定するための本願に説明されるタイプの従来の測定技法の実験誤差未満だ
け述べられた値と異なる、数値とを含むと理解されたい。
数値と、値を判定するための本願に説明されるタイプの従来の測定技法の実験誤差未満だ
け述べられた値と異なる、数値とを含むと理解されたい。
本明細書に開示される全ての範囲は、列挙された終点を包含し、独立して組み合わせ可
能である（例えば、「２グラム～１０グラム」の範囲は、２グラムおよび１０グラムの終
点と、全ての中間値とを包含する）。
能である（例えば、「２グラム～１０グラム」の範囲は、２グラムおよび１０グラムの終
点と、全ての中間値とを包含する）。
本明細書で使用されるように、「約」および「実質的に」等の近似用語は、関連する基
本機能の変化をもたらさずに変動し得る、任意の定量的表現を修飾するために適用され得
る。修飾語「約」はまた、２つの終点の絶対値によって定義される範囲を開示すると見な
されるべきである。例えば、表現「約２～約４」はまた、範囲「２～４」を開示する。用
語「約」は、示される数の±１０％を指し得る。
本機能の変化をもたらさずに変動し得る、任意の定量的表現を修飾するために適用され得
る。修飾語「約」はまた、２つの終点の絶対値によって定義される範囲を開示すると見な
されるべきである。例えば、表現「約２～約４」はまた、範囲「２～４」を開示する。用
語「約」は、示される数の±１０％を指し得る。
用語「室温」は、２０℃～２５℃の範囲を指す。
用語「均一」は、０．２％オフセット降伏強度、硬度、または靭性等の物品の機械的性
質を説明するために使用される。機械的性質を説明するために使用されるとき、用語「均
一」は、物品断面を横断して可変位置間で測定された性質値の一貫性を指す。測定された
性質値は、わずかな逸脱が異なる位置間に存在するとき、依然として、「均一」であると
見なされる。本開示の目的のために、均一０．２％オフセット降伏強度は、全ての値が平
均値から両方向に±５ｋｓｉである場合に取得される。ＢまたはＣスケールに関する均一
Ｒｏｃｋｗｅｌｌ硬度は、全ての測定された値が平均値から両方向に±２ＨＲＢまたはＨ
ＲＣである場合に取得される。最後に、均一衝撃靭性は、全ての値が平均値から両方向に
±１０フィート・ポンドである場合に取得される。これらは、絶対値であって、標準偏差
ではないことに留意されたい。
質を説明するために使用される。機械的性質を説明するために使用されるとき、用語「均
一」は、物品断面を横断して可変位置間で測定された性質値の一貫性を指す。測定された
性質値は、わずかな逸脱が異なる位置間に存在するとき、依然として、「均一」であると
見なされる。本開示の目的のために、均一０．２％オフセット降伏強度は、全ての値が平
均値から両方向に±５ｋｓｉである場合に取得される。ＢまたはＣスケールに関する均一
Ｒｏｃｋｗｅｌｌ硬度は、全ての測定された値が平均値から両方向に±２ＨＲＢまたはＨ
ＲＣである場合に取得される。最後に、均一衝撃靭性は、全ての値が平均値から両方向に
±１０フィート・ポンドである場合に取得される。これらは、絶対値であって、標準偏差
ではないことに留意されたい。
本明細書で使用されるように、用語「析出硬化」および「時効硬化」は、相互交換可能
である。この点において、全ての合金が、スピノーダルに硬化可能であるわけではないが
、全てのスピノーダルに硬化可能な合金は、例えば、析出または時効硬化可能である。
である。この点において、全ての合金が、スピノーダルに硬化可能であるわけではないが
、全てのスピノーダルに硬化可能な合金は、例えば、析出または時効硬化可能である。
本開示は、ロッドまたは管状円柱等の金属合金物品を製造および強化する方法を提供す
る。物品は、鋳造物または鍛造物形状から導出されることができる。開示される方法は、
有利には、少なくとも３．２５インチ超の断面直径を有するロッド等の物品を作製しなが
ら、依然として、望ましくは、断面直径を横断して均一である、機械的性質の組み合わせ
を維持することを可能にする。以前の製造および強化プロセスでは、約３．２５インチ超
の直径を有する金属合金ロッドは、そのような均一な機械的性質の組み合わせを達成する
ことに成功しなかった。本開示は、特に、ロッドまたは管状円柱形状を有する、物品を参
照し得る。しかしながら、本明細書に説明される方法／プロセスは、バー、プレート、「
Ｌ」形状、星形形状、「Ｘ」形状等、その長さに沿って一定断面を有する、任意の物品に
適用されるであろう。
る。物品は、鋳造物または鍛造物形状から導出されることができる。開示される方法は、
有利には、少なくとも３．２５インチ超の断面直径を有するロッド等の物品を作製しなが
ら、依然として、望ましくは、断面直径を横断して均一である、機械的性質の組み合わせ
を維持することを可能にする。以前の製造および強化プロセスでは、約３．２５インチ超
の直径を有する金属合金ロッドは、そのような均一な機械的性質の組み合わせを達成する
ことに成功しなかった。本開示は、特に、ロッドまたは管状円柱形状を有する、物品を参
照し得る。しかしながら、本明細書に説明される方法／プロセスは、バー、プレート、「
Ｌ」形状、星形形状、「Ｘ」形状等、その長さに沿って一定断面を有する、任意の物品に
適用されるであろう。
それに沿って一定断面が存在する、長さは、物品全体の長さと等しい必要はない。例え
ば、物品は、異なる断面サイズを伴う部分を有してもよい。例えば、物品の端部部分が、
より大きい外径を有し、中心部分が、端部部分のより大きい外径より小さい外径を有する
、ドッグボーン形状の物品が、検討される。そのような実施例では、より小さい直径の中
心部分は、より小さい直径中心部分における集中した均一冷間加工に起因して、より大き
い外径端部部分に対して向上された機械的性質を呈し得る。
ば、物品は、異なる断面サイズを伴う部分を有してもよい。例えば、物品の端部部分が、
より大きい外径を有し、中心部分が、端部部分のより大きい外径より小さい外径を有する
、ドッグボーン形状の物品が、検討される。そのような実施例では、より小さい直径の中
心部分は、より小さい直径中心部分における集中した均一冷間加工に起因して、より大き
い外径端部部分に対して向上された機械的性質を呈し得る。
最初に、合金物品が、投入物から導出される。投入物は、鋼片またはワークピースであ
ることができる。この点において、用語「合金」は、材料自体を指す一方、用語「投入物
」は、溶融合金から作製され、本開示の方法に従って処理される、固化された構造を指す
ことに留意されたい。用語「鋼片」は、以前に加工されていない（すなわち、未加工であ
る）、連続または静的鋳造物を指すために使用される。「ワークピース」は、続いて機械
的に成形された鋼片を指す。「ロッド」は、中実である一方、「管」は、その長さを通し
て中空通路を有する。用語「投入物」はまた、本開示のプロセスに進入する、初期金属片
を指すために使用される一方、用語「物品」は、本開示のプロセスから退出または取得さ
れる、最終金属片を指すために使用される。
ることができる。この点において、用語「合金」は、材料自体を指す一方、用語「投入物
」は、溶融合金から作製され、本開示の方法に従って処理される、固化された構造を指す
ことに留意されたい。用語「鋼片」は、以前に加工されていない（すなわち、未加工であ
る）、連続または静的鋳造物を指すために使用される。「ワークピース」は、続いて機械
的に成形された鋼片を指す。「ロッド」は、中実である一方、「管」は、その長さを通し
て中空通路を有する。用語「投入物」はまた、本開示のプロセスに進入する、初期金属片
を指すために使用される一方、用語「物品」は、本開示のプロセスから退出または取得さ
れる、最終金属片を指すために使用される。
開示される物品を作製するために使用される、金属合金は、銅ベースの合金であること
ができる。代替として、開示される物品を作製するために使用される、金属合金は、アル
ミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、またはチタン（Ｔｉ）合金であるこ
とができる。合金は、列挙された元素の５０重量％超を有する。
ができる。代替として、開示される物品を作製するために使用される、金属合金は、アル
ミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、またはチタン（Ｔｉ）合金であるこ
とができる。合金は、列挙された元素の５０重量％超を有する。
例えば、析出硬化可能銅－ニッケル－スズ（ＣｕＮｉＳｎ）合金が、使用されることが
できる。本明細書に開示される銅－ニッケル－スズ合金は、約５重量％～約２０重量％ニ
ッケルと、約５重量％～約１０重量％スズと、残部銅とを含む。より好ましくは、銅－ニ
ッケル－スズ合金は、約１５重量％ニッケルを含む、約１４重量％～約１６重量％ニッケ
ルと、約８重量％スズを含む、約７重量％～約９重量％スズと、不純物および微量の添加
物を除外して、残部銅とを含む。さらに他の好ましい実施形態では、銅－ニッケル－スズ
合金は、約８重量％～約１０重量％ニッケルと、約５重量％～約７重量％スズと、不純物
および微量の添加物を除外して、残部銅とを含む。微量の添加物は、ホウ素、ジルコニウ
ム、鉄、およびニオブを含み、これは、等軸晶の形成をさらに向上させ、また、溶体化熱
処理の間、基質内のＮｉおよびＳｎの拡散速度の相違を減少させる。他の微量の添加物は
、マグネシウムおよびマンガンを含み、これは、脱酸剤としての役割を果たすことができ
、および／またはその完成した状態における合金の機械的性質に影響を及ぼすことができ
る。他の元素もまた、存在してもよい。不純物は、ベリリウム、コバルト、ケイ素、アル
ミニウム、亜鉛、クロム、鉛、ガリウム、またはチタンを含む。本開示の目的のために、
これらの元素の０．０１重量％未満の量は、不可避不純物であると見なされるべきである
、すなわち、その存在は、意図または所望されるものではない。前述の元素のそれぞれの
重量比約０．３％未満が、銅－ニッケル－スズ合金内に存在する。
できる。本明細書に開示される銅－ニッケル－スズ合金は、約５重量％～約２０重量％ニ
ッケルと、約５重量％～約１０重量％スズと、残部銅とを含む。より好ましくは、銅－ニ
ッケル－スズ合金は、約１５重量％ニッケルを含む、約１４重量％～約１６重量％ニッケ
ルと、約８重量％スズを含む、約７重量％～約９重量％スズと、不純物および微量の添加
物を除外して、残部銅とを含む。さらに他の好ましい実施形態では、銅－ニッケル－スズ
合金は、約８重量％～約１０重量％ニッケルと、約５重量％～約７重量％スズと、不純物
および微量の添加物を除外して、残部銅とを含む。微量の添加物は、ホウ素、ジルコニウ
ム、鉄、およびニオブを含み、これは、等軸晶の形成をさらに向上させ、また、溶体化熱
処理の間、基質内のＮｉおよびＳｎの拡散速度の相違を減少させる。他の微量の添加物は
、マグネシウムおよびマンガンを含み、これは、脱酸剤としての役割を果たすことができ
、および／またはその完成した状態における合金の機械的性質に影響を及ぼすことができ
る。他の元素もまた、存在してもよい。不純物は、ベリリウム、コバルト、ケイ素、アル
ミニウム、亜鉛、クロム、鉛、ガリウム、またはチタンを含む。本開示の目的のために、
これらの元素の０．０１重量％未満の量は、不可避不純物であると見なされるべきである
、すなわち、その存在は、意図または所望されるものではない。前述の元素のそれぞれの
重量比約０．３％未満が、銅－ニッケル－スズ合金内に存在する。
いくつかの実施形態では、銅合金は、ＣｕｐｒｏＮｉｃｋｅｌ合金であって、これは、
ＣＡ７１７またはＵＮＳＣ７１７００合金としても知られる。ＵＮＳＣ７１７００合金は
、最大１．０重量％亜鉛と、約０．４０重量％～約１．０重量％鉄と、約２９重量％～約
３３重量％ニッケルと、約０．３～約０．７重量％ベリリウム（Ｂｅ）と、最大１．０重
量％マンガンと、残部銅とを含有する。
ＣＡ７１７またはＵＮＳＣ７１７００合金としても知られる。ＵＮＳＣ７１７００合金は
、最大１．０重量％亜鉛と、約０．４０重量％～約１．０重量％鉄と、約２９重量％～約
３３重量％ニッケルと、約０．３～約０．７重量％ベリリウム（Ｂｅ）と、最大１．０重
量％マンガンと、残部銅とを含有する。
他の実施形態では、銅合金はまた、ベリリウムを含有する（すなわち、ＢｅＣｕ合金）
。いくつかの実施形態では、ＢｅＣｕ合金は、概して、約１．８重量％～約２．０重量％
および約１．８重量％～約１．９重量％ベリリウムを含む、約１．６重量％～約２．０重
量％ベリリウムを含む。これらのＢｅＣｕ合金はまた、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎ
ｉ）、鉄（Ｆｅ）、および／または鉛（Ｐｂ）を含むことができる。いくつかの実施形態
では、ＢｅＣｕ合金はさらに、約０．２重量％～約０．３重量％コバルトを含んでもよい
。さらに他の実施形態では、約０．２重量％～約０．６重量％鉛が、ＢｅＣｕ合金内に含
まれてもよい。元素毎のこれらの列挙された量は、任意の組み合わせにおいて相互に組み
合わせられることができる。
。いくつかの実施形態では、ＢｅＣｕ合金は、概して、約１．８重量％～約２．０重量％
および約１．８重量％～約１．９重量％ベリリウムを含む、約１．６重量％～約２．０重
量％ベリリウムを含む。これらのＢｅＣｕ合金はまた、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎ
ｉ）、鉄（Ｆｅ）、および／または鉛（Ｐｂ）を含むことができる。いくつかの実施形態
では、ＢｅＣｕ合金はさらに、約０．２重量％～約０．３重量％コバルトを含んでもよい
。さらに他の実施形態では、約０．２重量％～約０．６重量％鉛が、ＢｅＣｕ合金内に含
まれてもよい。元素毎のこれらの列挙された量は、任意の組み合わせにおいて相互に組み
合わせられることができる。
他の実施形態では、これらのＢｅＣｕ合金内のコバルトおよびニッケルの総量は、少な
くとも０．２重量％である。他の実施形態では、ＢｅＣｕ合金内のコバルト、ニッケル、
および鉄の総量は、最大で０．６重量％である。これは、全３つの元素が存在することを
要求しないことに留意されたい。そのような合金は、ニッケルまたはコバルトのうちの少
なくとも１つを含有し得るが、潜在的に、ニッケルまたはコバルトのみを含有し得る。鉄
の存在は、要求されないが、いくつかの特定の実施形態では、鉄が、約０．１重量％また
はそれを上回る（最大で述べられた限界）の量で存在する。
くとも０．２重量％である。他の実施形態では、ＢｅＣｕ合金内のコバルト、ニッケル、
および鉄の総量は、最大で０．６重量％である。これは、全３つの元素が存在することを
要求しないことに留意されたい。そのような合金は、ニッケルまたはコバルトのうちの少
なくとも１つを含有し得るが、潜在的に、ニッケルまたはコバルトのみを含有し得る。鉄
の存在は、要求されないが、いくつかの特定の実施形態では、鉄が、約０．１重量％また
はそれを上回る（最大で述べられた限界）の量で存在する。
いくつかの特定の実施形態では、ＢｅＣｕ合金は、約１．８重量％～約２．０重量％ベ
リリウムと、少なくとも０．２重量％のコバルトおよびニッケルの総量と、最大で０．６
重量％のコバルト、ニッケル、および鉄の総量と、残部銅とを含む。本合金は、Ｍａｔｅ
ｒｉｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから、合金２５、合金１９０、または合金２９０とし
て市販されており、ＵＮＳＣ１７２００合金としても知られる。
リリウムと、少なくとも０．２重量％のコバルトおよびニッケルの総量と、最大で０．６
重量％のコバルト、ニッケル、および鉄の総量と、残部銅とを含む。本合金は、Ｍａｔｅ
ｒｉｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから、合金２５、合金１９０、または合金２９０とし
て市販されており、ＵＮＳＣ１７２００合金としても知られる。
いくつかの特定の実施形態では、ＢｅＣｕ合金は、約１．６重量％～約１．８５重量％
ベリリウムと、少なくとも０．２重量％のコバルトおよびニッケルの総量と、最大で０．
６重量％のコバルト、ニッケル、および鉄の総量と、残部銅とを含む。本合金は、Ｍａｔ
ｅｒｉｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから、合金１６５として市販されており、ＵＮＳＣ
１７０００合金としても知られる。
ベリリウムと、少なくとも０．２重量％のコバルトおよびニッケルの総量と、最大で０．
６重量％のコバルト、ニッケル、および鉄の総量と、残部銅とを含む。本合金は、Ｍａｔ
ｅｒｉｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから、合金１６５として市販されており、ＵＮＳＣ
１７０００合金としても知られる。
他の実施形態では、ＢｅＣｕ合金は、約１．８重量％～約２．０重量％ベリリウムと、
約０．２重量％～約０．３重量％コバルトと、残部銅とを含む。本合金は、Ｍａｔｅｒｉ
ｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから、ＭｏｌｄＭａｘＨＨまたはＭｏｌｄＭａｘＬＨとし
て市販されており、ＵＮＳＣ１７２００合金とも見なされ得る。
約０．２重量％～約０．３重量％コバルトと、残部銅とを含む。本合金は、Ｍａｔｅｒｉ
ｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから、ＭｏｌｄＭａｘＨＨまたはＭｏｌｄＭａｘＬＨとし
て市販されており、ＵＮＳＣ１７２００合金とも見なされ得る。
他の特定の実施形態では、ＢｅＣｕ合金は、約１．８重量％～約２．０重量％ベリリウ
ムと、少なくとも０．２重量％のコバルトおよびニッケルの総量と、最大で０．６重量％
のコバルト、ニッケル、および鉄の総量と、約０．２重量％～約０．６重量％鉛と、残部
銅とを含む。本合金は、Ｍａｔｅｒｉｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから、合金Ｍ２５と
して市販されており、ＵＮＳＣ１７３００合金としても知られる。
ムと、少なくとも０．２重量％のコバルトおよびニッケルの総量と、最大で０．６重量％
のコバルト、ニッケル、および鉄の総量と、約０．２重量％～約０．６重量％鉛と、残部
銅とを含む。本合金は、Ｍａｔｅｒｉｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから、合金Ｍ２５と
して市販されており、ＵＮＳＣ１７３００合金としても知られる。
いくつかの他の実施形態では、ＢｅＣｕ合金は、概して、約０．２重量％～約０．６重
量％または約０．４重量％～約０．７重量％ベリリウムを含む、約０．２重量％～約０．
７重量％ベリリウムを含む。これらのＢｅＣｕ合金はまた、コバルト（Ｃｏ）またはニッ
ケル（Ｎｉ）を含むことができる。いくつかの実施形態では、ＢｅＣｕ合金はさらに、約
０．８重量％～約１．３重量％または約２．４重量％～約２．７重量％コバルトを含む、
約０．８重量％～約２．７重量％コバルトを含んでもよい。いくつかの実施形態では、Ｂ
ｅＣｕ合金はさらに、約０．８重量％～約１．３重量％または約１．４重量％～約２．２
重量％ニッケルを含む、約０．８重量％～約２．２重量％ニッケルを含んでもよい。元素
毎のこれらの列挙された量は、任意の組み合わせにおいて相互に組み合わせられることが
できる。
量％または約０．４重量％～約０．７重量％ベリリウムを含む、約０．２重量％～約０．
７重量％ベリリウムを含む。これらのＢｅＣｕ合金はまた、コバルト（Ｃｏ）またはニッ
ケル（Ｎｉ）を含むことができる。いくつかの実施形態では、ＢｅＣｕ合金はさらに、約
０．８重量％～約１．３重量％または約２．４重量％～約２．７重量％コバルトを含む、
約０．８重量％～約２．７重量％コバルトを含んでもよい。いくつかの実施形態では、Ｂ
ｅＣｕ合金はさらに、約０．８重量％～約１．３重量％または約１．４重量％～約２．２
重量％ニッケルを含む、約０．８重量％～約２．２重量％ニッケルを含んでもよい。元素
毎のこれらの列挙された量は、任意の組み合わせにおいて相互に組み合わせられることが
できる。
いくつかの特定の実施形態では、ＢｅＣｕ合金は、約０．２重量％～約０．６重量％ベ
リリウムと、約１．４重量％～約２．２重量％ニッケルと、残部銅とを含む。本合金は、
Ｍａｔｅｒｉｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから、合金３として市販されており、ＵＮＳ
Ｃ１７５１０合金としても知られる。
リリウムと、約１．４重量％～約２．２重量％ニッケルと、残部銅とを含む。本合金は、
Ｍａｔｅｒｉｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから、合金３として市販されており、ＵＮＳ
Ｃ１７５１０合金としても知られる。
いくつかの特定の実施形態では、ＢｅＣｕ合金は、約０．４重量％～約０．７重量％ベ
リリウムと、約２．４重量％～約２．７重量％コバルトと、残部銅とを含む。本合金は、
Ｍａｔｅｒｉｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから、合金１０として市販されており、ＵＮ
ＳＣ１７５００合金としても知られる。
リリウムと、約２．４重量％～約２．７重量％コバルトと、残部銅とを含む。本合金は、
Ｍａｔｅｒｉｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから、合金１０として市販されており、ＵＮ
ＳＣ１７５００合金としても知られる。
さらに他の代替実施形態では、銅合金は、銅－ニッケル－ケイ素－クロム（Ｃｕ－Ｎｉ
－Ｓｉ－Ｃｒ）合金である。Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ－Ｃｒ合金内のニッケルの量は、約６重量
％～約８重量％、または約６．４重量％～約７．６重量％ニッケルを含む、合金の約５重
量％～約９重量％であってもよい。Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ－Ｃｒ合金内のケイ素の量は、約１
．５重量％～約２．５重量％ケイ素を含む、合金の約１重量％～約３重量％であってもよ
い。Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ－Ｃｒ合金内のクロムの量は、約０．３重量％～約１．５重量％ま
たは約０．６重量％～約１．２重量％クロムを含む、合金の約０．２重量％～約２．０重
量％であってもよい。合金の残部は、銅である。銅、ニッケル、ケイ素、およびクロムの
これらの列挙された量は、任意の組み合わせにおいて相互に組み合わせられてもよい。
－Ｓｉ－Ｃｒ）合金である。Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ－Ｃｒ合金内のニッケルの量は、約６重量
％～約８重量％、または約６．４重量％～約７．６重量％ニッケルを含む、合金の約５重
量％～約９重量％であってもよい。Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ－Ｃｒ合金内のケイ素の量は、約１
．５重量％～約２．５重量％ケイ素を含む、合金の約１重量％～約３重量％であってもよ
い。Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ－Ｃｒ合金内のクロムの量は、約０．３重量％～約１．５重量％ま
たは約０．６重量％～約１．２重量％クロムを含む、合金の約０．２重量％～約２．０重
量％であってもよい。合金の残部は、銅である。銅、ニッケル、ケイ素、およびクロムの
これらの列挙された量は、任意の組み合わせにおいて相互に組み合わせられてもよい。
さらにより具体的実施形態では、銅－ニッケル－ケイ素－クロム合金は、約６．４重量
％～約７．６重量％ニッケルと、約１．５重量％～約２．５重量％ケイ素と、約０．６重
量％～約１．２重量％クロムと、残部銅とを含有する。本合金は、Ｍａｔｅｒｉｏｎ Ｃ
ｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから、ＭｏｌｄＭａｘＶまたはＰｅｒｆｏｒＭｅｔとして市販され
ている。
％～約７．６重量％ニッケルと、約１．５重量％～約２．５重量％ケイ素と、約０．６重
量％～約１．２重量％クロムと、残部銅とを含有する。本合金は、Ｍａｔｅｒｉｏｎ Ｃ
ｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから、ＭｏｌｄＭａｘＶまたはＰｅｒｆｏｒＭｅｔとして市販され
ている。
合金物品は、本明細書に説明される処理ステップ後、少なくとも７０，０００ｐｓｉ（
すなわち、７０ｋｓｉ）～約１８０ｋｓｉの０．２％オフセット降伏強度を有する。０．
２％オフセット降伏強度は、ＡＳＴＭＥ８－１６ａに従って測定される。合金物品はまた
、ＡＳＴＭ Ｅ２３－１６ｂに従って、シャルピーＶ－ノッチ試験を使用して室温で測定
されるとき、少なくとも２５フィート・ポンド（ｆｔ－ｌｂｓ）～約１００フィート・ポ
ンドの衝撃靭性を有する。合金物品はまた、少なくとも約９０ＨＲＢ～約１００ＨＲＢの
硬度または少なくとも約２０ＨＲＣ～約４０ＨＲＣの硬度を有する。Ｒｏｃｋｗｅｌｌ硬
度は、ＡＳＴＭＥ１８－１７ｅ１に従って測定される。
すなわち、７０ｋｓｉ）～約１８０ｋｓｉの０．２％オフセット降伏強度を有する。０．
２％オフセット降伏強度は、ＡＳＴＭＥ８－１６ａに従って測定される。合金物品はまた
、ＡＳＴＭ Ｅ２３－１６ｂに従って、シャルピーＶ－ノッチ試験を使用して室温で測定
されるとき、少なくとも２５フィート・ポンド（ｆｔ－ｌｂｓ）～約１００フィート・ポ
ンドの衝撃靭性を有する。合金物品はまた、少なくとも約９０ＨＲＢ～約１００ＨＲＢの
硬度または少なくとも約２０ＨＲＣ～約４０ＨＲＣの硬度を有する。Ｒｏｃｋｗｅｌｌ硬
度は、ＡＳＴＭＥ１８－１７ｅ１に従って測定される。
開示される方法に従って達成される、機械的性質の組み合わせは、最終金属合金物品の
断面積全体を通して、均一衝撃靭性、硬度、および降伏強度を含む。これらの性質は、熱
強化機構の使用を通して可能になる。例えば、いくつかの実施形態では、プロセスは、竪
型完全連続鋳造、均質化、温間加工、溶体化焼鈍、冷間加工、および析出硬化の全体的ス
テップを含む。本明細書に開示される実施形態による別の実施例として、プロセスは、鋳
造、均質化、溶体化焼鈍、冷間加工、および析出硬化処理の全体的ステップを含む。別の
例示的非限定的実施形態では、溶体化焼鈍、冷間加工、および析出硬化を含む、少なくと
も３つの強化プロセスステップが、必須である。前述のプロセスを通して強化される合金
から生産された結果として生じる物品は、最大少なくとも１０インチの直径を有する、石
油およびガス産業産業の機械加工された軸受において使用されるもの等のロッド／管、な
らびにロッド、バー、およびプレートを含む、他の対称形状となり得ることが検討される
。さらに非限定的実施形態では、結果として生じる物品は、前述のプロセスを通して強化
された合金から生産され、約１インチ～約１０インチの直径を有する、ロッド／管となる
ことができる。
断面積全体を通して、均一衝撃靭性、硬度、および降伏強度を含む。これらの性質は、熱
強化機構の使用を通して可能になる。例えば、いくつかの実施形態では、プロセスは、竪
型完全連続鋳造、均質化、温間加工、溶体化焼鈍、冷間加工、および析出硬化の全体的ス
テップを含む。本明細書に開示される実施形態による別の実施例として、プロセスは、鋳
造、均質化、溶体化焼鈍、冷間加工、および析出硬化処理の全体的ステップを含む。別の
例示的非限定的実施形態では、溶体化焼鈍、冷間加工、および析出硬化を含む、少なくと
も３つの強化プロセスステップが、必須である。前述のプロセスを通して強化される合金
から生産された結果として生じる物品は、最大少なくとも１０インチの直径を有する、石
油およびガス産業産業の機械加工された軸受において使用されるもの等のロッド／管、な
らびにロッド、バー、およびプレートを含む、他の対称形状となり得ることが検討される
。さらに非限定的実施形態では、結果として生じる物品は、前述のプロセスを通して強化
された合金から生産され、約１インチ～約１０インチの直径を有する、ロッド／管となる
ことができる。
本開示のプロセスは、鋼片またはワークピースであり得る、投入物に実施される。微細
かつ主として一体型結晶粒構造を有する、鋼片は、竪型完全連続鋳造等の鋳造によって形
成されることができる。所望の用途に応じて、鋼片は、スラブまたは未加工材であること
ができ、いくつかの実施形態では、円筒形または他の形状を有する。鋳造プロセスは、有
利には、温間加工プロセスを可能にし、機械的性質の組み合わせオプションを拡張し、例
えば、航空宇宙、石油およびガス探索構成要素、ならびに機械的システムおよび機械類の
ためのトライボロジ部品等の用途の必要性を満たす。代替として、投入物は、事前に鍛練
された鍛造物形状（温間加工製品またはワークピースとしても知られる）であることがで
きる。
かつ主として一体型結晶粒構造を有する、鋼片は、竪型完全連続鋳造等の鋳造によって形
成されることができる。所望の用途に応じて、鋼片は、スラブまたは未加工材であること
ができ、いくつかの実施形態では、円筒形または他の形状を有する。鋳造プロセスは、有
利には、温間加工プロセスを可能にし、機械的性質の組み合わせオプションを拡張し、例
えば、航空宇宙、石油およびガス探索構成要素、ならびに機械的システムおよび機械類の
ためのトライボロジ部品等の用途の必要性を満たす。代替として、投入物は、事前に鍛練
された鍛造物形状（温間加工製品またはワークピースとしても知られる）であることがで
きる。
投入物および最終物品は、上記に議論されるように、一定断面を有する。「断面」は、
投入物／物品の長さに対して法線の平面に沿った投入物／物品の形状を指す。断面幾何学
形状または形状は、断面の周界の対辺に引かれる基準線（例えば、「直径」）の長さが、
投入物／物品の長さに沿って得られた複数の測定値によって判定されるように、その線の
平均値から両方向に±５％を上回って変動しない場合、「一定」である。
投入物／物品の長さに対して法線の平面に沿った投入物／物品の形状を指す。断面幾何学
形状または形状は、断面の周界の対辺に引かれる基準線（例えば、「直径」）の長さが、
投入物／物品の長さに沿って得られた複数の測定値によって判定されるように、その線の
平均値から両方向に±５％を上回って変動しない場合、「一定」である。
熱強化プロセスは、投入物を第１の熱処理または均質化ステップに曝すステップを含む
ことができる。熱処理は、合金の基質を単相（または単相に非常に近い状態）に変換する
ために十分な時間の長さにわたって、十分な温度で実施される。言い換えると、投入物は
、熱処理され、合金を均質化する。所望の最終機械的性質および合金に応じて、投入物が
熱処理される温度および時間期間は、変動されることができる。実施形態では、銅合金に
関して、本均質化熱処理は、約１４７５°Ｆ～約１６５０°Ｆの範囲を含む、約１３５０
°Ｆまたはより高い温度で実施される。アルミニウム合金に関して、均質化温度は、約８
４０°Ｆ～約１０７０°Ｆであってもよい。チタン合金に関して、均質化温度は、約８０
０°Ｆ～約１０５０°Ｆであってもよい。鉄合金に関して、均質化温度は、約１７００°
Ｆ～約１９５０°Ｆであってもよい。ニッケル合金に関して、均質化温度は、約１８００
°Ｆ～約２４５０°Ｆであってもよい。均質化は、約４時間～約４８時間の時間期間にわ
たって生じてもよい。
ことができる。熱処理は、合金の基質を単相（または単相に非常に近い状態）に変換する
ために十分な時間の長さにわたって、十分な温度で実施される。言い換えると、投入物は
、熱処理され、合金を均質化する。所望の最終機械的性質および合金に応じて、投入物が
熱処理される温度および時間期間は、変動されることができる。実施形態では、銅合金に
関して、本均質化熱処理は、約１４７５°Ｆ～約１６５０°Ｆの範囲を含む、約１３５０
°Ｆまたはより高い温度で実施される。アルミニウム合金に関して、均質化温度は、約８
４０°Ｆ～約１０７０°Ｆであってもよい。チタン合金に関して、均質化温度は、約８０
０°Ｆ～約１０５０°Ｆであってもよい。鉄合金に関して、均質化温度は、約１７００°
Ｆ～約１９５０°Ｆであってもよい。ニッケル合金に関して、均質化温度は、約１８００
°Ｆ～約２４５０°Ｆであってもよい。均質化は、約４時間～約４８時間の時間期間にわ
たって生じてもよい。
熱強化プロセスはまた、均質化された投入物を温間加工に曝すステップを含むことがで
きる。ここでは、投入物は、投入物の断面積を低減させる、または元の投入物の形状を実
質的に変化させる、有意に均一な機械的変形を受ける。温間加工は、固溶度線温度と固相
線温度との間で生じ、変形の間、合金が再結晶化することを可能にすることができる。こ
れは、合金の微小構造を変化させ、材料の強度、延性、および硬度を増加させ得る、より
微細な結晶粒を形成する。温間加工は、温間加工スケジュールに応じて、異方性性質を有
する、または有していない、合金をもたらし得る。温間加工は、高温鍛錬、高温押出成形
、高温圧延、高温穿孔（すなわち、回転穿孔）、または他の温間加工プロセスによって実
施されることができる。温間加工の間、投入物は、投入物のインチ厚あたり約１時間にわ
たって再加熱されてもよいが、いずれの場合も、少なくとも温度均一性を保証するために
十分に長い時間にわたって行われる。いくつかの実施形態では、これは、約６時間である
。
きる。ここでは、投入物は、投入物の断面積を低減させる、または元の投入物の形状を実
質的に変化させる、有意に均一な機械的変形を受ける。温間加工は、固溶度線温度と固相
線温度との間で生じ、変形の間、合金が再結晶化することを可能にすることができる。こ
れは、合金の微小構造を変化させ、材料の強度、延性、および硬度を増加させ得る、より
微細な結晶粒を形成する。温間加工は、温間加工スケジュールに応じて、異方性性質を有
する、または有していない、合金をもたらし得る。温間加工は、高温鍛錬、高温押出成形
、高温圧延、高温穿孔（すなわち、回転穿孔）、または他の温間加工プロセスによって実
施されることができる。温間加工の間、投入物は、投入物のインチ厚あたり約１時間にわ
たって再加熱されてもよいが、いずれの場合も、少なくとも温度均一性を保証するために
十分に長い時間にわたって行われる。いくつかの実施形態では、これは、約６時間である
。
析出硬化可能銅合金等の金属に関して、投入物のための熱強化プロセスは、概して、溶
体化焼鈍等の熱処理から開始する。言い換えると、いくつかの実施形態では、溶体化焼鈍
は、上記に説明均質化ステップ後に実施され、中間温間加工は、実施されない（例えば、
鋳造物から直接導出される鋼片のため）。他の非限定的実施形態では、溶体化焼鈍は、上
記に説明される温間加工ステップ後に実施される。溶体化焼鈍の間、金属投入物は、合金
元素を全て合金の主元素の中に均一に拡散させるために十分に高温まで加熱される。溶体
化焼鈍は、全体を通して均一温度に到達するまで、投入物に実施されることができる。実
施形態では、銅合金に関して、溶体化焼鈍は、銅合金のための約１３５０°Ｆ～約１６５
０°Ｆまたは約１３００°Ｆ～約１７００°Ｆの範囲を含む、約１３００°Ｆまたはより
高い温度で実施される。溶体化焼鈍は、約３時間またはより長い時間を含む、約６０秒～
約５時間の時間期間にわたって実施される。
体化焼鈍等の熱処理から開始する。言い換えると、いくつかの実施形態では、溶体化焼鈍
は、上記に説明均質化ステップ後に実施され、中間温間加工は、実施されない（例えば、
鋳造物から直接導出される鋼片のため）。他の非限定的実施形態では、溶体化焼鈍は、上
記に説明される温間加工ステップ後に実施される。溶体化焼鈍の間、金属投入物は、合金
元素を全て合金の主元素の中に均一に拡散させるために十分に高温まで加熱される。溶体
化焼鈍は、全体を通して均一温度に到達するまで、投入物に実施されることができる。実
施形態では、銅合金に関して、溶体化焼鈍は、銅合金のための約１３５０°Ｆ～約１６５
０°Ｆまたは約１３００°Ｆ～約１７００°Ｆの範囲を含む、約１３００°Ｆまたはより
高い温度で実施される。溶体化焼鈍は、約３時間またはより長い時間を含む、約６０秒～
約５時間の時間期間にわたって実施される。
アルミニウム合金に関して、溶体化焼鈍温度は、約８４０°Ｆ～約１０７０°Ｆであっ
てもよい。チタン合金に関して、溶体化焼鈍温度は、約８００°Ｆ～約１０５０°Ｆであ
ってもよい。鉄合金に関して、溶体化焼鈍温度は、約１７００°Ｆ～約１９５０°Ｆであ
ってもよい。ニッケル合金に関して、溶体化焼鈍温度は、約１８００°Ｆ～約２４５０°
Ｆであってもよい。溶体化焼鈍はまた、これらの合金のための約３時間またはより長い時
間を含む、約６０秒～約５時間の時間期間にわたって実施される。溶体化焼鈍温度は、通
常、均質化温度より低く、溶体化焼鈍時間はまた、通常、上記に説明される均質化のため
の時間より短いことに留意されたい。
てもよい。チタン合金に関して、溶体化焼鈍温度は、約８００°Ｆ～約１０５０°Ｆであ
ってもよい。鉄合金に関して、溶体化焼鈍温度は、約１７００°Ｆ～約１９５０°Ｆであ
ってもよい。ニッケル合金に関して、溶体化焼鈍温度は、約１８００°Ｆ～約２４５０°
Ｆであってもよい。溶体化焼鈍はまた、これらの合金のための約３時間またはより長い時
間を含む、約６０秒～約５時間の時間期間にわたって実施される。溶体化焼鈍温度は、通
常、均質化温度より低く、溶体化焼鈍時間はまた、通常、上記に説明される均質化のため
の時間より短いことに留意されたい。
概して、投入物の即時冷水急冷が、溶体化焼鈍処理後に実施される。急冷のために使用
される水温は、１８０°Ｆまたはそれ未満である。急冷は、可能な限り多くの溶解された
元素を溶体化焼鈍処理から取得される構造内に保存する手段を提供する。熱処理溶鉱炉か
らの投入物の除去から急冷の開始までの時間間隔を最小限にすることが、重要である。例
えば、溶体化熱処理溶鉱炉からの投入物の除去と急冷との間の２分を上回る任意の遅延は
、有害である。投入物は、少なくとも３０分にわたって急冷状態に保持され、内部温度を
約５００°Ｆまたはそれ未満まで低減させるべきである。空気または他の制御された冷却
もまた、急冷の代用品として容認可能であり得る。
される水温は、１８０°Ｆまたはそれ未満である。急冷は、可能な限り多くの溶解された
元素を溶体化焼鈍処理から取得される構造内に保存する手段を提供する。熱処理溶鉱炉か
らの投入物の除去から急冷の開始までの時間間隔を最小限にすることが、重要である。例
えば、溶体化熱処理溶鉱炉からの投入物の除去と急冷との間の２分を上回る任意の遅延は
、有害である。投入物は、少なくとも３０分にわたって急冷状態に保持され、内部温度を
約５００°Ｆまたはそれ未満まで低減させるべきである。空気または他の制御された冷却
もまた、急冷の代用品として容認可能であり得る。
次に、溶体化焼鈍された投入物は、冷間加工される、または換言すると、冷間加工は、
溶体化焼鈍された投入物に実施される。投入物は、鋳造物、または例えば、以前に温間加
工されたロッド、管、またはプレートであることができる。投入物は、通常、「軟質」で
あって、溶体化処理後、冷間加工または形成により耐性がある。冷間加工は、塑性変形に
よって、金属投入物の形状またはサイズを改変するプロセスであって、金属投入物の圧延
、延伸、ピルガ圧延、押圧、紡糸、押出、または圧造を含むことができる。
溶体化焼鈍された投入物に実施される。投入物は、鋳造物、または例えば、以前に温間加
工されたロッド、管、またはプレートであることができる。投入物は、通常、「軟質」で
あって、溶体化処理後、冷間加工または形成により耐性がある。冷間加工は、塑性変形に
よって、金属投入物の形状またはサイズを改変するプロセスであって、金属投入物の圧延
、延伸、ピルガ圧延、押圧、紡糸、押出、または圧造を含むことができる。
冷間加工は、概して、投入物の再結晶化点を下回る温度で実施され、通常、室温で行わ
れる。冷間加工は、硬度および引張強度を増加させながら、概して、延性および衝撃特性
を低減させる。冷間加工はまた、投入物の表面仕上げを改良することができる。本プロセ
スは、本明細書では、塑性変形の結果としてのあるパーセンテージの断面積の低減として
分類される。これは、投入物ワークピース内の二次樹枝状結晶間距離を機械的に低減させ
ることによって、微細偏析を低減させる。冷間加工はまた、投入物の降伏強度を増加させ
る。冷間加工と析出硬化の組み合わせによって達成可能な高強度の最適値に関して、少な
くとも２０％の断面積の低減が、生じるべきである。しかしながら、冷間加工による断面
積の任意の好適な低減が、所望の機械的性質に応じて実施されることができる。例えば、
約５％～約４０％またはそれを上回る断面積の低減が、冷間加工によって実施されること
ができる。低減度は、以下の式に従って測定される。
％ＣＷ＝１００＊［Ａ０－Ａｆ］／Ａ０
式中、Ａ０は、冷間加工前の初期または元の断面積であって、Ａｆは、冷間加工後の最終
断面積である。これらの冷間加工パラメータは、銅合金ならびにアルミニウム（Ａｌ）、
ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、またはチタン（Ｔｉ）合金に適用可能である。
れる。冷間加工は、硬度および引張強度を増加させながら、概して、延性および衝撃特性
を低減させる。冷間加工はまた、投入物の表面仕上げを改良することができる。本プロセ
スは、本明細書では、塑性変形の結果としてのあるパーセンテージの断面積の低減として
分類される。これは、投入物ワークピース内の二次樹枝状結晶間距離を機械的に低減させ
ることによって、微細偏析を低減させる。冷間加工はまた、投入物の降伏強度を増加させ
る。冷間加工と析出硬化の組み合わせによって達成可能な高強度の最適値に関して、少な
くとも２０％の断面積の低減が、生じるべきである。しかしながら、冷間加工による断面
積の任意の好適な低減が、所望の機械的性質に応じて実施されることができる。例えば、
約５％～約４０％またはそれを上回る断面積の低減が、冷間加工によって実施されること
ができる。低減度は、以下の式に従って測定される。
％ＣＷ＝１００＊［Ａ０－Ａｆ］／Ａ０
式中、Ａ０は、冷間加工前の初期または元の断面積であって、Ａｆは、冷間加工後の最終
断面積である。これらの冷間加工パラメータは、銅合金ならびにアルミニウム（Ａｌ）、
ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、またはチタン（Ｔｉ）合金に適用可能である。
溶体化焼鈍および冷間加工ステップは、所望のサイズまたは他のパラメータが生産され
るまで、繰り返されることができる。実施形態では、冷間加工は、投入物が少なくとも３
．２５インチの直径および最大約３０フィートまたはそれを上回る長さを有するまで、投
入物に実施される。さらなる実施形態では、約１インチ～約１０インチの直径が、検討さ
れる。冷間加工は、析出硬化の直前でなければならない。
るまで、繰り返されることができる。実施形態では、冷間加工は、投入物が少なくとも３
．２５インチの直径および最大約３０フィートまたはそれを上回る長さを有するまで、投
入物に実施される。さらなる実施形態では、約１インチ～約１０インチの直径が、検討さ
れる。冷間加工は、析出硬化の直前でなければならない。
冷間加工された投入物は、鋳造物または鍛造物形状から直接導出されるかどうかにかか
わらず、次いで、付加的熱処理または析出硬化を受ける。本熱処理は、投入物を時効硬化
するように作用する。概して、析出硬化は、スピノーダルまたは他の析出領域内において
、溶体化焼鈍温度を下回る温度である、ある温度で生じる。実施形態では、ＣｕＮｉＳｎ
等の銅合金に関して、本温度は、約４７５°Ｆ～約８５０°Ｆ、約４７５°Ｆ～約１００
０°Ｆ、および約５００°Ｆ～約７５０°Ｆを含む、約４００°Ｆ～約１０００°Ｆであ
る。ここでは、単相材料は、２つの化学的に異なるが、構造的に同じ位相の交互面積に自
発的に分解するであろう。析出硬化された物品内の構造は、非常に微細で、眼に不可視で
あって、結晶粒全体を通して結晶粒界まで連続である。スピノーダル分解によって強化さ
れた合金は、特性が変調された微小構造を発生させる。本微細スケール構造の分解能は、
光学顕微鏡検査の範囲を超える。これは、高精度電子顕微鏡検査によってのみ分解される
。代替として、電子回折パターン内の基本ブラッグ反射の周囲の衛星反射が、銅－ニッケ
ル－スズおよび他の合金系内で生じるスピノーダル分解を確認するために観察されている
。ワークピースが熱処理される温度および時間期間は、所望の最終性質を取得するために
変動されることができる。実施形態では、析出硬化処理は、約３時間～約５時間を含む、
約１０分～約１０時間またはそれを上回る時間期間にわたって実施される。
わらず、次いで、付加的熱処理または析出硬化を受ける。本熱処理は、投入物を時効硬化
するように作用する。概して、析出硬化は、スピノーダルまたは他の析出領域内において
、溶体化焼鈍温度を下回る温度である、ある温度で生じる。実施形態では、ＣｕＮｉＳｎ
等の銅合金に関して、本温度は、約４７５°Ｆ～約８５０°Ｆ、約４７５°Ｆ～約１００
０°Ｆ、および約５００°Ｆ～約７５０°Ｆを含む、約４００°Ｆ～約１０００°Ｆであ
る。ここでは、単相材料は、２つの化学的に異なるが、構造的に同じ位相の交互面積に自
発的に分解するであろう。析出硬化された物品内の構造は、非常に微細で、眼に不可視で
あって、結晶粒全体を通して結晶粒界まで連続である。スピノーダル分解によって強化さ
れた合金は、特性が変調された微小構造を発生させる。本微細スケール構造の分解能は、
光学顕微鏡検査の範囲を超える。これは、高精度電子顕微鏡検査によってのみ分解される
。代替として、電子回折パターン内の基本ブラッグ反射の周囲の衛星反射が、銅－ニッケ
ル－スズおよび他の合金系内で生じるスピノーダル分解を確認するために観察されている
。ワークピースが熱処理される温度および時間期間は、所望の最終性質を取得するために
変動されることができる。実施形態では、析出硬化処理は、約３時間～約５時間を含む、
約１０分～約１０時間またはそれを上回る時間期間にわたって実施される。
アルミニウム合金に関して、析出硬化処理温度は、約２００°Ｆ～約５００°Ｆであっ
てもよい。チタン合金に関して、析出硬化処理温度は、約４００°Ｆ～約６５０°Ｆであ
ってもよい。鉄合金に関して、析出硬化処理温度は、約９００°Ｆ～約１１５０°Ｆであ
ってもよい。ニッケル合金に関して、析出硬化処理温度は、約１０００°Ｆ～約２０８０
°Ｆであってもよい。析出硬化処理はまた、これらの合金に関して、約３時間～約５時間
を含む、約１０分～約１０時間またはそれを上回る時間期間にわたって実施される。
てもよい。チタン合金に関して、析出硬化処理温度は、約４００°Ｆ～約６５０°Ｆであ
ってもよい。鉄合金に関して、析出硬化処理温度は、約９００°Ｆ～約１１５０°Ｆであ
ってもよい。ニッケル合金に関して、析出硬化処理温度は、約１０００°Ｆ～約２０８０
°Ｆであってもよい。析出硬化処理はまた、これらの合金に関して、約３時間～約５時間
を含む、約１０分～約１０時間またはそれを上回る時間期間にわたって実施される。
特定の実施形態では、ロッド／管であり得る、最終物品の直径は、少なくとも３．２５
インチである。
インチである。
いくつかの特定の実施形態では、銅合金に関して、投入物の溶体化焼鈍は、約３時間の
時間期間にわたって、約１５００°Ｆの温度で生じ、冷間加工は、約２５％の投入物の断
面積の低減をもたらし、投入物の断面直径は、少なくとも３．２５インチであって、投入
物は、最大約３０フィートの長さを有し、析出硬化は、約１０分～約１０時間の時間期間
にわたって、約４７５°Ｆ～約８５０°Ｆの温度で生じる。
時間期間にわたって、約１５００°Ｆの温度で生じ、冷間加工は、約２５％の投入物の断
面積の低減をもたらし、投入物の断面直径は、少なくとも３．２５インチであって、投入
物は、最大約３０フィートの長さを有し、析出硬化は、約１０分～約１０時間の時間期間
にわたって、約４７５°Ｆ～約８５０°Ｆの温度で生じる。
いくつかのさらに特定の実施形態では、銅合金に関して、投入物の溶体化焼鈍は、約３
時間の時間期間にわたって、約１５００°Ｆの温度で生じ、冷間加工は、約２５％の投入
物の断面積の低減をもたらし、投入物の断面直径は、約５インチであって、析出硬化は、
約１０分～約１０時間の時間期間にわたって、約４７５°Ｆ～約８５０°Ｆの温度で生じ
る。
時間の時間期間にわたって、約１５００°Ｆの温度で生じ、冷間加工は、約２５％の投入
物の断面積の低減をもたらし、投入物の断面直径は、約５インチであって、析出硬化は、
約１０分～約１０時間の時間期間にわたって、約４７５°Ｆ～約８５０°Ｆの温度で生じ
る。
特定の実施形態では、大直径を有し、約１０インチ等の銅合金から作製される、物品に
関して、析出／スピノーダル硬化は、約３時間～約５時間の時間期間にわたって、約５０
０°Ｆ～約７５０°Ｆの温度で生じ、その後、物品の空気冷却が続く。
関して、析出／スピノーダル硬化は、約３時間～約５時間の時間期間にわたって、約５０
０°Ｆ～約７５０°Ｆの温度で生じ、その後、物品の空気冷却が続く。
上記に説明されるプロセスを利用して、結果として生じる物品のための機械的性質の有
利な組み合わせが、本明細書に説明される金属合金のために取得される。特定の実施形態
では、物品は、ロッドまたは管の形状であることができる。物品は、冷間加工に続いて、
断面を横断して均一な機械的性質を有し、最終スピノーダル熱処理に先立って、高降伏強
度および高衝撃靭性の驚くべき組み合わせを有する。スピノーダル熱処理または時効硬化
後、強度特性（すなわち、降伏強度および最大引張強度）は、析出硬化の公知の原理に従
って増加する。強度（静的構造工学設計のために使用される）と衝撃靭性（大まかな点検
用途における破砕を緩和するために使用される）との間の平衡が、上記に説明されるプロ
セスに従って、大直径物品（例えば、ロッドまたは管）を適切に熱処理することによって
達成される。言い換えると、冷間加工および析出硬化の量を平衡化することによって、具
体的標的強度レベルが、達成されることができる。
利な組み合わせが、本明細書に説明される金属合金のために取得される。特定の実施形態
では、物品は、ロッドまたは管の形状であることができる。物品は、冷間加工に続いて、
断面を横断して均一な機械的性質を有し、最終スピノーダル熱処理に先立って、高降伏強
度および高衝撃靭性の驚くべき組み合わせを有する。スピノーダル熱処理または時効硬化
後、強度特性（すなわち、降伏強度および最大引張強度）は、析出硬化の公知の原理に従
って増加する。強度（静的構造工学設計のために使用される）と衝撃靭性（大まかな点検
用途における破砕を緩和するために使用される）との間の平衡が、上記に説明されるプロ
セスに従って、大直径物品（例えば、ロッドまたは管）を適切に熱処理することによって
達成される。言い換えると、冷間加工および析出硬化の量を平衡化することによって、具
体的標的強度レベルが、達成されることができる。
いくつかの特定の実施形態では、物品は、ロッド／管の直径を横断して７０，０００ｐ
ｓｉ（すなわち、７０ｋｓｉ）を上回る均一０．２％オフセット降伏強度を有する、ロッ
ド／管である。いくつかのさらに特定の実施形態では、均一０．２％オフセット降伏強度
は、ロッド／管の直径を横断して約７０ｋｓｉ～約１８０ｋｓｉである。ある他の特定の
実施形態では、均一０．２％オフセット降伏強度は、ロッド／管の直径を横断して約９５
ｋｓｉ～約１８０ｋｓｉである。ロッド／管はまた、ロッド／管の直径を横断して２５フ
ィート・ポンド（ｆｔ－ｌｂｓ）を上回る均一衝撃靭性を有する。いくつかの特定の実施
形態では、均一衝撃靭性は、約ロッド／管の直径を横断して２５フィート・ポンド～約１
００フィート・ポンドである。衝撃靭性は、ＡＳＴＭＥ２３－１６ｂに従って、シャルピ
ーＶ－ノッチ試験を用いて室温で測定される。これらの性質また、他の断面にも適用され
る。
ｓｉ（すなわち、７０ｋｓｉ）を上回る均一０．２％オフセット降伏強度を有する、ロッ
ド／管である。いくつかのさらに特定の実施形態では、均一０．２％オフセット降伏強度
は、ロッド／管の直径を横断して約７０ｋｓｉ～約１８０ｋｓｉである。ある他の特定の
実施形態では、均一０．２％オフセット降伏強度は、ロッド／管の直径を横断して約９５
ｋｓｉ～約１８０ｋｓｉである。ロッド／管はまた、ロッド／管の直径を横断して２５フ
ィート・ポンド（ｆｔ－ｌｂｓ）を上回る均一衝撃靭性を有する。いくつかの特定の実施
形態では、均一衝撃靭性は、約ロッド／管の直径を横断して２５フィート・ポンド～約１
００フィート・ポンドである。衝撃靭性は、ＡＳＴＭＥ２３－１６ｂに従って、シャルピ
ーＶ－ノッチ試験を用いて室温で測定される。これらの性質また、他の断面にも適用され
る。
いくつかの特定の実施形態では、物品は、３．２５インチを上回る直径および最大約３
０フィートの長さ、約７０ｋｓｉの最小０．２％オフセット降伏強度、および約２４フィ
ート・ポンドまたはそれを上回る衝撃靭性を有する、ロッド／管である。
０フィートの長さ、約７０ｋｓｉの最小０．２％オフセット降伏強度、および約２４フィ
ート・ポンドまたはそれを上回る衝撃靭性を有する、ロッド／管である。
いくつかの特定の実施形態では、物品は、３．２５インチを上回る直径、約９５ｋｓｉ
の最小０．２％オフセット降伏強度、および約２５フィート・ポンド～約１００フィート
・ポンドの衝撃靭性を有する、ロッド／管である。
の最小０．２％オフセット降伏強度、および約２５フィート・ポンド～約１００フィート
・ポンドの衝撃靭性を有する、ロッド／管である。
以下の実施例は、本開示のプロセスを例証するために提供される。実施例は、単に、例
証であって、本開示をその中に記載される材料、条件、またはプロセスパラメータに限定
することを意図するものではない。
証であって、本開示をその中に記載される材料、条件、またはプロセスパラメータに限定
することを意図するものではない。
図１Ａ、図２Ａ、および図３Ａを参照すると、本開示のプロセスに従って、一貫した量
の冷間加工および熱処理を用いて、鋳造導出されたロッドにおいて達成可能な例示的性質
の組み合わせが、示される。特に、Ｃｕ－１５Ｎｉ－８Ｓｎ合金が、ロッドのために使用
され、これは、元のワークピースから鍛造された。最終物品は、５インチの公称直径を有
し、上記に説明されるプロセスを使用して強化され、ロッドの断面を横断して類似の靭性
、降伏強度、および最大引張強度の組み合わせを達成した、ロッドであった。試験試料が
、位置の関数として、降伏強度、硬度、および最大引張強度を測定するために、元のワー
クピースから種々の場所において調製された。３つの試験試料の降伏強度、引張強度、お
よび硬度が、６つの異なる位置で試験された。これらの位置は、元のワークピースの中心
から試験試料の中心までの距離の測定値であった。位置は、中心から、０．４５インチ、
０．７３インチ、１．３インチ、１．３３インチ、１．６インチ、および２．２インチの
距離を含んだ。
の冷間加工および熱処理を用いて、鋳造導出されたロッドにおいて達成可能な例示的性質
の組み合わせが、示される。特に、Ｃｕ－１５Ｎｉ－８Ｓｎ合金が、ロッドのために使用
され、これは、元のワークピースから鍛造された。最終物品は、５インチの公称直径を有
し、上記に説明されるプロセスを使用して強化され、ロッドの断面を横断して類似の靭性
、降伏強度、および最大引張強度の組み合わせを達成した、ロッドであった。試験試料が
、位置の関数として、降伏強度、硬度、および最大引張強度を測定するために、元のワー
クピースから種々の場所において調製された。３つの試験試料の降伏強度、引張強度、お
よび硬度が、６つの異なる位置で試験された。これらの位置は、元のワークピースの中心
から試験試料の中心までの距離の測定値であった。位置は、中心から、０．４５インチ、
０．７３インチ、１．３インチ、１．３３インチ、１．６インチ、および２．２インチの
距離を含んだ。
本明細書に開示され、図１Ａ、図２Ａ、および図３Ａに示される、強化プロセスを使用
して達成可能な性質の組み合わせとの比較のために、既存の強化プロセスを使用した性質
の組み合わせが、図１Ｂ、図２Ｂ、および図３Ｂに示される。特に、Ｍａｔｅｒｉｏｎか
らＴＯＵＧＨＭＥＴ３として市販の既存の銅－ニッケル－スズ合金が、ロッドのために使
用された。完成した物品は、７インチの公称直径を有する、ロッドであった。試験試料は
、位置の関数として、降伏強度、硬度、および最大引張強度を測定するために、物品から
種々の直径で調製された。３つの試験試料の降伏強度、引張強度、および硬度が、４つの
異なる位置で試験された。これらの位置は、元のワークピースの中心から試験試料の中心
までの距離の測定値であった。位置は、中心から０．５インチ、１．５インチ、２．５イ
ンチ、および３．５インチの距離を含んだ。
して達成可能な性質の組み合わせとの比較のために、既存の強化プロセスを使用した性質
の組み合わせが、図１Ｂ、図２Ｂ、および図３Ｂに示される。特に、Ｍａｔｅｒｉｏｎか
らＴＯＵＧＨＭＥＴ３として市販の既存の銅－ニッケル－スズ合金が、ロッドのために使
用された。完成した物品は、７インチの公称直径を有する、ロッドであった。試験試料は
、位置の関数として、降伏強度、硬度、および最大引張強度を測定するために、物品から
種々の直径で調製された。３つの試験試料の降伏強度、引張強度、および硬度が、４つの
異なる位置で試験された。これらの位置は、元のワークピースの中心から試験試料の中心
までの距離の測定値であった。位置は、中心から０．５インチ、１．５インチ、２．５イ
ンチ、および３．５インチの距離を含んだ。
図１Ａを参照すると、引張試験が、０．４５インチ、０．７３インチ、１．３インチ、
１．３３インチ、１．６インチ、および２．２インチ試験位置試料のそれぞれに実施され
た。降伏強度は、０．２％オフセットとして測定された。降伏強度は、概して、可変位置
における試験試料毎に均一であると観察された。最低観察降伏強度は、０．４５インチ位
置における第３の試験試料に関して約９７．５ｋｓｉであって、最高観察降伏強度は、１
．３インチ位置における第３の試験試料に関して約１０６．５ｋｓｉであった。したがっ
て、最大観察降伏強度変動は、ロッドの区分を横断してわずか約９ｋｓｉであった。しか
しながら、降伏強度は、概して、試験試料間で約２ｋｓｉのみ変動され、全ての試験試料
に関して平均値約１０４ｋｓｉであった。故に、５インチ公称直径の完成したロッドは、
図１Ａに示されるように、その直径を横断して均一降伏強度を呈した。比較として、図１
Ｂに示される、既存の銅－ニッケル－スズ合金の引張試験は、表面（すなわち、３．５イ
ンチ）からロッドの中心まで大幅に変動する、降伏強度（範囲内で３０ｋｓｉ）を示す。
１．３３インチ、１．６インチ、および２．２インチ試験位置試料のそれぞれに実施され
た。降伏強度は、０．２％オフセットとして測定された。降伏強度は、概して、可変位置
における試験試料毎に均一であると観察された。最低観察降伏強度は、０．４５インチ位
置における第３の試験試料に関して約９７．５ｋｓｉであって、最高観察降伏強度は、１
．３インチ位置における第３の試験試料に関して約１０６．５ｋｓｉであった。したがっ
て、最大観察降伏強度変動は、ロッドの区分を横断してわずか約９ｋｓｉであった。しか
しながら、降伏強度は、概して、試験試料間で約２ｋｓｉのみ変動され、全ての試験試料
に関して平均値約１０４ｋｓｉであった。故に、５インチ公称直径の完成したロッドは、
図１Ａに示されるように、その直径を横断して均一降伏強度を呈した。比較として、図１
Ｂに示される、既存の銅－ニッケル－スズ合金の引張試験は、表面（すなわち、３．５イ
ンチ）からロッドの中心まで大幅に変動する、降伏強度（範囲内で３０ｋｓｉ）を示す。
図２Ａを参照すると、硬度試験が、０．４５インチ、０．７３インチ、１．３インチ、
１．３３インチ、１．６インチ、および２．２インチ試験位置試料のそれぞれに実施され
た。特に、Ｂスケールに関するＲｏｃｋｗｅｌｌ硬度が、測定された。硬度は、約９０～
約１００ＨＲＢの範囲を含め、概して、可変位置における試験試料毎に均一であると観察
された。最低観察硬度は、０．７３インチ位置における第２の試験試料に関して約９５．
３ＨＲＢポイントであった。最高観察硬度は、１．３３インチ位置における第３の試験試
料および１．６インチ位置における第１の試験試料に関して約９７．５ＨＲＢポイントで
あった。したがって、最大観察硬度変動は、わずか約２ＨＲＢポイントであって、これは
、これらの直径において冷間加工されたロッドに関して予期されないものである。故に、
５インチ公称直径ロッドは、図２Ｂに示されるように、その直径を横断して均一硬度を呈
した。比較として、図２Ｂに示される、既存の銅－ニッケル－スズ合金の硬度試験は、ロ
ッドの直径を横断して大幅に変動する硬度（範囲内で約１０ＨＲＢポイント）を示す。
１．３３インチ、１．６インチ、および２．２インチ試験位置試料のそれぞれに実施され
た。特に、Ｂスケールに関するＲｏｃｋｗｅｌｌ硬度が、測定された。硬度は、約９０～
約１００ＨＲＢの範囲を含め、概して、可変位置における試験試料毎に均一であると観察
された。最低観察硬度は、０．７３インチ位置における第２の試験試料に関して約９５．
３ＨＲＢポイントであった。最高観察硬度は、１．３３インチ位置における第３の試験試
料および１．６インチ位置における第１の試験試料に関して約９７．５ＨＲＢポイントで
あった。したがって、最大観察硬度変動は、わずか約２ＨＲＢポイントであって、これは
、これらの直径において冷間加工されたロッドに関して予期されないものである。故に、
５インチ公称直径ロッドは、図２Ｂに示されるように、その直径を横断して均一硬度を呈
した。比較として、図２Ｂに示される、既存の銅－ニッケル－スズ合金の硬度試験は、ロ
ッドの直径を横断して大幅に変動する硬度（範囲内で約１０ＨＲＢポイント）を示す。
図３Ａを参照すると、最大引張試験が、０．４５インチ、０．７３インチ、１．３イン
チ、１．３３インチ、１．６インチ、および２．２インチ試験位置試料のそれぞれに実施
された。最大引張強度は、概して、可変位置における試験試料毎に均一であると観察され
た。最低観察最大引張強度は、０．４５インチ位置における第３の試験試料に関して約１
０２ｋｓｉであって、最高観察最大引張強度は、１．３インチ位置における第３の試験試
料に関して約１０８ｋｓｉであった。したがって、最大観察最大引張強度変動は、ロッド
の区分を横断してわずか約６ｋｓｉであった。しかしながら、最大引張強度は、概して、
試験試料間で約２ｋｓｉのみ変動された。故に、５インチ公称直径ロッドは、図３Ａに示
されるように、その直径を横断して均一最大引張強度を呈した。比較として、図３Ｂに示
される、既存の銅－ニッケル－スズ合金の引張試験は、表面（すなわち、３．５インチ）
からロッドの中心まで大幅に変動する、最大引張強度（範囲内で３０ｋｓｉ）を示す。
チ、１．３３インチ、１．６インチ、および２．２インチ試験位置試料のそれぞれに実施
された。最大引張強度は、概して、可変位置における試験試料毎に均一であると観察され
た。最低観察最大引張強度は、０．４５インチ位置における第３の試験試料に関して約１
０２ｋｓｉであって、最高観察最大引張強度は、１．３インチ位置における第３の試験試
料に関して約１０８ｋｓｉであった。したがって、最大観察最大引張強度変動は、ロッド
の区分を横断してわずか約６ｋｓｉであった。しかしながら、最大引張強度は、概して、
試験試料間で約２ｋｓｉのみ変動された。故に、５インチ公称直径ロッドは、図３Ａに示
されるように、その直径を横断して均一最大引張強度を呈した。比較として、図３Ｂに示
される、既存の銅－ニッケル－スズ合金の引張試験は、表面（すなわち、３．５インチ）
からロッドの中心まで大幅に変動する、最大引張強度（範囲内で３０ｋｓｉ）を示す。
他の用途の中でもとりわけ、本明細書に開示される析出硬化可能合金から作製される物
品は、石油およびガス探索産業、航空宇宙産業、ならびにトライボロジ部品を使用した機
械的システムおよび機械類において有用である。特に、本明細書に開示される物品は、ド
リルカラー、セーバーサブ、クロスオーバーサブ、ドリルビット構成要素、またはセント
ラライザ等の石油およびガス探索産業において有用であり得る。同様に、本主題物品は、
クリスマスツリー（すなわち、概して、坑井からの石油またはガスの流動を制御するため
に使用される、弁、スプール、および継手のアセンブリ）、噴出保護システム内の構成要
素、摺動式弁ゲートまたは本体、生産井ポンプの構成要素、または吸器ロッドポンプシス
テムの構成要素等の石油およびガス生成物産業において有用であり得る。代替として、本
明細書に説明される物品は、産業システム内の摺動式構成要素等の摩耗構成要素として有
用であり得る。さらには、本明細書に開示される物品のさらなる使用は、航空機、海中ま
たは海面船舶、産業機械、荒地輸送機器、地面係合機器、または採掘機械のためのブッシ
ングまたは軸受としてのものを含む。本明細書に開示される物品の付加的使用は、探索、
感知、または方向誘導機器のための非磁気構成要素を含む。本主題物品の他の使用は、プ
ラスチック成型および製造構成要素のためのツール類を含んでもよい。
品は、石油およびガス探索産業、航空宇宙産業、ならびにトライボロジ部品を使用した機
械的システムおよび機械類において有用である。特に、本明細書に開示される物品は、ド
リルカラー、セーバーサブ、クロスオーバーサブ、ドリルビット構成要素、またはセント
ラライザ等の石油およびガス探索産業において有用であり得る。同様に、本主題物品は、
クリスマスツリー（すなわち、概して、坑井からの石油またはガスの流動を制御するため
に使用される、弁、スプール、および継手のアセンブリ）、噴出保護システム内の構成要
素、摺動式弁ゲートまたは本体、生産井ポンプの構成要素、または吸器ロッドポンプシス
テムの構成要素等の石油およびガス生成物産業において有用であり得る。代替として、本
明細書に説明される物品は、産業システム内の摺動式構成要素等の摩耗構成要素として有
用であり得る。さらには、本明細書に開示される物品のさらなる使用は、航空機、海中ま
たは海面船舶、産業機械、荒地輸送機器、地面係合機器、または採掘機械のためのブッシ
ングまたは軸受としてのものを含む。本明細書に開示される物品の付加的使用は、探索、
感知、または方向誘導機器のための非磁気構成要素を含む。本主題物品の他の使用は、プ
ラスチック成型および製造構成要素のためのツール類を含んでもよい。
溶体化焼鈍、冷間加工、および析出硬化を含む、処理によって、７０ｋｓｉ～１８０ｋ
ｓｉの最小０．２％オフセット降伏強度と、２５フィート・ポンド～１００フィート・ポ
ンドもの高シャルピー衝撃エネルギーとを伴う、大直径（すなわち、３．２５インチを上
回る直径）の銅－ニッケル－スズ合金ロッドまたは管が、ここで可能性として考えられる
。これらの有利な機械的性質は、物品の長さに沿って比較的に一定断面を有する物品にお
いてさらに達成されることができる。溶体化焼鈍、冷間加工、および析出硬化処理は、こ
れらの有利な機械的性質が本明細書に開示される物品の断面積を横断して均一となること
を可能にする。これらは、亀裂開始および伝搬に対する高抵抗、疲労抵抗、長寿命および
信頼性、かじり抵抗、摩耗抵抗、研磨抵抗、温度抵抗等が、所望される、厳密な機械的点
検用途において非常に重要な特性である。
ｓｉの最小０．２％オフセット降伏強度と、２５フィート・ポンド～１００フィート・ポ
ンドもの高シャルピー衝撃エネルギーとを伴う、大直径（すなわち、３．２５インチを上
回る直径）の銅－ニッケル－スズ合金ロッドまたは管が、ここで可能性として考えられる
。これらの有利な機械的性質は、物品の長さに沿って比較的に一定断面を有する物品にお
いてさらに達成されることができる。溶体化焼鈍、冷間加工、および析出硬化処理は、こ
れらの有利な機械的性質が本明細書に開示される物品の断面積を横断して均一となること
を可能にする。これらは、亀裂開始および伝搬に対する高抵抗、疲労抵抗、長寿命および
信頼性、かじり抵抗、摩耗抵抗、研磨抵抗、温度抵抗等が、所望される、厳密な機械的点
検用途において非常に重要な特性である。
本開示は、例示的実施形態を参照して説明された。明らかに、修正および改変が、先述
の発明を実施するための形態の熟読および理解に応じて、当業者に想起されるであろう。
本開示は、添付の請求項またはその均等物の範囲内である限り、全てのそのような修正お
よび改変を含むものとして解釈されることが意図される。
の発明を実施するための形態の熟読および理解に応じて、当業者に想起されるであろう。
本開示は、添付の請求項またはその均等物の範囲内である限り、全てのそのような修正お
よび改変を含むものとして解釈されることが意図される。
本開示は、例示的実施形態を参照して説明された。明らかに、修正および改変が、先述の発明を実施するための形態の熟読および理解に応じて、当業者に想起されるであろう。本開示は、添付の請求項またはその均等物の範囲内である限り、全てのそのような修正および改変を含むものとして解釈されることが意図される。
本発明の具体的態様は以下のとおりである。
[態様１]
物品を投入物、鋳造物、または鍛造物から調製する方法であって、
前記投入物全体を通して均一温度に到達するまで、前記投入物を溶体化焼鈍するステップと、
約５％～約４０％の断面積の低減が達成されるまで、前記投入物を冷間加工するステップと、
前記投入物を析出硬化し、前記物品を取得するステップと、
を含み、前記物品は、その長さに沿って一定断面と、前記断面を横断して約７０ｋｓｉまたはそれを上回る均一０．２％オフセット降伏強度とを有する、方法。
[態様２]
少なくとも２０％の断面積の低減が、前記冷間加工の間に達成される、態様１に記載の方法。
[態様３]
前記投入物は、銅合金から作製され、前記溶体化焼鈍は、約６０秒～約５時間の期間にわたって、約１３５０°Ｆ～約１６５０°Ｆの温度で生じる、態様１に記載の方法。
[態様４]
前記溶体化焼鈍は、約６０秒～約５時間の期間にわたって、約８００°Ｆ～約２４５０°Ｆの温度で生じる、態様１に記載の方法。
[態様５]
前記物品は、３．２５インチを上回る直径、または最大１０インチの直径、または約１インチ～約１０インチの直径を有する、ロッドまたは管である、態様１に記載の方法。
[態様６]
前記物品の長さは、約３０フィートまたはそれを上回る、態様１に記載の方法。
[態様７]
銅合金のための析出硬化は、約１０分～約１０時間の期間にわたって、約４００°Ｆ～約１０００°Ｆの温度で生じる、態様１に記載の方法。
[態様８]
前記析出硬化は、約１０分～約１０時間の期間にわたって、約２００°Ｆ～約２０８０°Ｆの温度で生じる、態様１に記載の方法。
[態様９]
前記物品は、ＡＳＴＭＥ２３－１６ｂに従って、シャルピーＶ－ノッチ試験を用いて室温で測定されるとき、前記断面を横断して約２５フィート・ポンド～約１００フィート・ポンドまたはそれを上回る、均一ＣＶＮ衝撃靭性を有する、態様１に記載の方法。
[態様１０]
前記物品の均一０．２％オフセット降伏強度は、約７０ｋｓｉ～約１８０ｋｓｉである、態様１に記載の方法。
[態様１１]
前記物品は、前記断面を横断して、約ＨＲＢ９０～約ＨＲＢ１００の均一Ｒｏｃｋｗｅｌｌ Ｂ硬度を有する、または前記断面を横断して、約ＨＲＣ２０～約ＨＲＣ４０の均一Ｒｏｃｋｗｅｌｌ Ｃ硬度を有する、態様１に記載の方法。
[態様１２]
前記鋼片は、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、またはチタン合金から作製される、態様１に記載の方法。
[態様１３]
前記溶体化焼鈍に先立って、約６０秒～約５時間の期間にわたって、約８００°Ｆ～約２４５０°Ｆの温度で、前記投入物を均質化するステップをさらに含み、前記溶体化焼鈍は、前記均質化を下回る温度で生じる、態様１に記載の方法。
[態様１４]
物品であって、
析出硬化された金属合金を含み、
前記物品の長さに沿って一定断面を有し、
前記物品は、前記物品の断面を横断して、均一０．２％オフセット降伏強度および均一硬度を有する、物品。
[態様１５]
前記物品は、ロッドまたは管である、態様１４に記載の物品。
[態様１６]
前記ロッドまたは管は、少なくとも３．２５インチの直径、または約５インチの直径、または約１０インチの直径を有する、態様１５に記載の物品。
[態様１７]
前記ロッドまたは管は、最大約３０フィートまたはそれを上回る長さを有する、態様１５に記載の物品。
[態様１８]
前記金属合金は、銅－ニッケル－スズ合金である、態様１４に記載の物品。
[態様１９]
前記銅－ニッケル－スズ合金は、約５重量％～約２０重量％ニッケルと、約５重量％～約１０重量％スズと、残部銅とを含む、または
前記銅－ニッケル－スズ合金は、約１４重量％～約１６重量％ニッケルと、約７重量％～約９重量％スズと、残部銅とを含む、または
前記銅－ニッケル－スズ合金は、約８重量％～約１０重量％ニッケルと、約５重量％～約７重量％スズと、残部銅とを含む、
態様１８に記載の物品。
[態様２０]
前記物品は、約２５フィート・ポンド～約１００フィート・ポンドの均一シャルピーＶ－ノッチ衝撃靭性を有する、態様１４に記載の物品。
[態様２１]
前記物品の均一０．２％オフセット降伏強度は、約７０ｋｓｉ～約１８０ｋｓｉである、態様１４に記載の物品。
[態様２２]
前記物品は、約ＨＲＢ９０～約ＨＲＢ１００の均一Ｒｏｃｋｗｅｌｌ Ｂ硬度または約ＨＲＣ２０～約ＨＲＣ４０の均一Ｒｏｃｋｗｅｌｌ Ｃ硬度を有する、態様１４に記載の物品。
[態様２３]
前記物品は、ドリルカラー；セーバーサブ；クロスオーバーサブ；ドリルビット構成要素；セントラライザ；クリスマスツリー；噴出保護システムの構成要素；摺動式弁ゲートまたは本体；生産井ポンプの構成要素；吸器ロッドポンプシステムの構成要素；産業システムにおける摺動式構成要素；航空機、海中または海面船舶、産業機械、荒地輸送および地面係合機器、採掘機械のためのブッシングまたは軸受；探索、感知、または指向性誘導機器のための非磁気構成要素；またはプラスチック成型、溶接、または製造デバイスのためのツール構成要素である、態様１４に記載の物品。
[態様２４]
前記金属合金は、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、またはチタン合金である、態様１４に記載の物品。
[態様２５]
態様１４に記載の物品を含む、デバイス。
本発明の具体的態様は以下のとおりである。
[態様１]
物品を投入物、鋳造物、または鍛造物から調製する方法であって、
前記投入物全体を通して均一温度に到達するまで、前記投入物を溶体化焼鈍するステップと、
約５％～約４０％の断面積の低減が達成されるまで、前記投入物を冷間加工するステップと、
前記投入物を析出硬化し、前記物品を取得するステップと、
を含み、前記物品は、その長さに沿って一定断面と、前記断面を横断して約７０ｋｓｉまたはそれを上回る均一０．２％オフセット降伏強度とを有する、方法。
[態様２]
少なくとも２０％の断面積の低減が、前記冷間加工の間に達成される、態様１に記載の方法。
[態様３]
前記投入物は、銅合金から作製され、前記溶体化焼鈍は、約６０秒～約５時間の期間にわたって、約１３５０°Ｆ～約１６５０°Ｆの温度で生じる、態様１に記載の方法。
[態様４]
前記溶体化焼鈍は、約６０秒～約５時間の期間にわたって、約８００°Ｆ～約２４５０°Ｆの温度で生じる、態様１に記載の方法。
[態様５]
前記物品は、３．２５インチを上回る直径、または最大１０インチの直径、または約１インチ～約１０インチの直径を有する、ロッドまたは管である、態様１に記載の方法。
[態様６]
前記物品の長さは、約３０フィートまたはそれを上回る、態様１に記載の方法。
[態様７]
銅合金のための析出硬化は、約１０分～約１０時間の期間にわたって、約４００°Ｆ～約１０００°Ｆの温度で生じる、態様１に記載の方法。
[態様８]
前記析出硬化は、約１０分～約１０時間の期間にわたって、約２００°Ｆ～約２０８０°Ｆの温度で生じる、態様１に記載の方法。
[態様９]
前記物品は、ＡＳＴＭＥ２３－１６ｂに従って、シャルピーＶ－ノッチ試験を用いて室温で測定されるとき、前記断面を横断して約２５フィート・ポンド～約１００フィート・ポンドまたはそれを上回る、均一ＣＶＮ衝撃靭性を有する、態様１に記載の方法。
[態様１０]
前記物品の均一０．２％オフセット降伏強度は、約７０ｋｓｉ～約１８０ｋｓｉである、態様１に記載の方法。
[態様１１]
前記物品は、前記断面を横断して、約ＨＲＢ９０～約ＨＲＢ１００の均一Ｒｏｃｋｗｅｌｌ Ｂ硬度を有する、または前記断面を横断して、約ＨＲＣ２０～約ＨＲＣ４０の均一Ｒｏｃｋｗｅｌｌ Ｃ硬度を有する、態様１に記載の方法。
[態様１２]
前記鋼片は、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、またはチタン合金から作製される、態様１に記載の方法。
[態様１３]
前記溶体化焼鈍に先立って、約６０秒～約５時間の期間にわたって、約８００°Ｆ～約２４５０°Ｆの温度で、前記投入物を均質化するステップをさらに含み、前記溶体化焼鈍は、前記均質化を下回る温度で生じる、態様１に記載の方法。
[態様１４]
物品であって、
析出硬化された金属合金を含み、
前記物品の長さに沿って一定断面を有し、
前記物品は、前記物品の断面を横断して、均一０．２％オフセット降伏強度および均一硬度を有する、物品。
[態様１５]
前記物品は、ロッドまたは管である、態様１４に記載の物品。
[態様１６]
前記ロッドまたは管は、少なくとも３．２５インチの直径、または約５インチの直径、または約１０インチの直径を有する、態様１５に記載の物品。
[態様１７]
前記ロッドまたは管は、最大約３０フィートまたはそれを上回る長さを有する、態様１５に記載の物品。
[態様１８]
前記金属合金は、銅－ニッケル－スズ合金である、態様１４に記載の物品。
[態様１９]
前記銅－ニッケル－スズ合金は、約５重量％～約２０重量％ニッケルと、約５重量％～約１０重量％スズと、残部銅とを含む、または
前記銅－ニッケル－スズ合金は、約１４重量％～約１６重量％ニッケルと、約７重量％～約９重量％スズと、残部銅とを含む、または
前記銅－ニッケル－スズ合金は、約８重量％～約１０重量％ニッケルと、約５重量％～約７重量％スズと、残部銅とを含む、
態様１８に記載の物品。
[態様２０]
前記物品は、約２５フィート・ポンド～約１００フィート・ポンドの均一シャルピーＶ－ノッチ衝撃靭性を有する、態様１４に記載の物品。
[態様２１]
前記物品の均一０．２％オフセット降伏強度は、約７０ｋｓｉ～約１８０ｋｓｉである、態様１４に記載の物品。
[態様２２]
前記物品は、約ＨＲＢ９０～約ＨＲＢ１００の均一Ｒｏｃｋｗｅｌｌ Ｂ硬度または約ＨＲＣ２０～約ＨＲＣ４０の均一Ｒｏｃｋｗｅｌｌ Ｃ硬度を有する、態様１４に記載の物品。
[態様２３]
前記物品は、ドリルカラー；セーバーサブ；クロスオーバーサブ；ドリルビット構成要素；セントラライザ；クリスマスツリー；噴出保護システムの構成要素；摺動式弁ゲートまたは本体；生産井ポンプの構成要素；吸器ロッドポンプシステムの構成要素；産業システムにおける摺動式構成要素；航空機、海中または海面船舶、産業機械、荒地輸送および地面係合機器、採掘機械のためのブッシングまたは軸受；探索、感知、または指向性誘導機器のための非磁気構成要素；またはプラスチック成型、溶接、または製造デバイスのためのツール構成要素である、態様１４に記載の物品。
[態様２４]
前記金属合金は、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、またはチタン合金である、態様１４に記載の物品。
[態様２５]
態様１４に記載の物品を含む、デバイス。
Claims (25)
- 物品を投入物、鋳造物、または鍛造物から調製する方法であって、
前記投入物全体を通して均一温度に到達するまで、前記投入物を溶体化焼鈍するステッ
プと、
約５％～約４０％の断面積の低減が達成されるまで、前記投入物を冷間加工するステッ
プと、
前記投入物を析出硬化し、前記物品を取得するステップと、
を含み、前記物品は、その長さに沿って一定断面と、前記断面を横断して約７０ｋｓｉ
またはそれを上回る均一０．２％オフセット降伏強度とを有する、方法。 - 少なくとも２０％の断面積の低減が、前記冷間加工の間に達成される、請求項１に記載
の方法。 - 前記投入物は、銅合金から作製され、前記溶体化焼鈍は、約６０秒～約５時間の期間に
わたって、約１３５０°Ｆ～約１６５０°Ｆの温度で生じる、請求項１に記載の方法。 - 前記溶体化焼鈍は、約６０秒～約５時間の期間にわたって、約８００°Ｆ～約２４５０
°Ｆの温度で生じる、請求項１に記載の方法。 - 前記物品は、３．２５インチを上回る直径、または最大１０インチの直径、または約１
インチ～約１０インチの直径を有する、ロッドまたは管である、請求項１に記載の方法。 - 前記物品の長さは、約３０フィートまたはそれを上回る、請求項１に記載の方法。
- 銅合金のための析出硬化は、約１０分～約１０時間の期間にわたって、約４００°Ｆ～
約１０００°Ｆの温度で生じる、請求項１に記載の方法。 - 前記析出硬化は、約１０分～約１０時間の期間にわたって、約２００°Ｆ～約２０８０
°Ｆの温度で生じる、請求項１に記載の方法。 - 前記物品は、ＡＳＴＭＥ２３－１６ｂに従って、シャルピーＶ－ノッチ試験を用いて室
温で測定されるとき、前記断面を横断して約２５フィート・ポンド～約１００フィート・
ポンドまたはそれを上回る、均一ＣＶＮ衝撃靭性を有する、請求項１に記載の方法。 - 前記物品の均一０．２％オフセット降伏強度は、約７０ｋｓｉ～約１８０ｋｓｉである
、請求項１に記載の方法。 - 前記物品は、前記断面を横断して、約ＨＲＢ９０～約ＨＲＢ１００の均一Ｒｏｃｋｗｅ
ｌｌ Ｂ硬度を有する、または前記断面を横断して、約ＨＲＣ２０～約ＨＲＣ４０の均一
Ｒｏｃｋｗｅｌｌ Ｃ硬度を有する、請求項１に記載の方法。 - 前記鋼片は、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、またはチタン合金から作製される、請
求項１に記載の方法。 - 前記溶体化焼鈍に先立って、約６０秒～約５時間の期間にわたって、約８００°Ｆ～約
２４５０°Ｆの温度で、前記投入物を均質化するステップをさらに含み、前記溶体化焼鈍
は、前記均質化を下回る温度で生じる、請求項１に記載の方法。 - 物品であって、
析出硬化された金属合金を含み、
前記物品の長さに沿って一定断面を有し、
前記物品は、前記物品の断面を横断して、均一０．２％オフセット降伏強度および均一
硬度を有する、物品。 - 前記物品は、ロッドまたは管である、請求項１４に記載の物品。
- 前記ロッドまたは管は、少なくとも３．２５インチの直径、または約５インチの直径、
または約１０インチの直径を有する、請求項１５に記載の物品。 - 前記ロッドまたは管は、最大約３０フィートまたはそれを上回る長さを有する、請求項
１５に記載の物品。 - 前記金属合金は、銅－ニッケル－スズ合金である、請求項１４に記載の物品。
- 前記銅－ニッケル－スズ合金は、約５重量％～約２０重量％ニッケルと、約５重量％～
約１０重量％スズと、残部銅とを含む、または
前記銅－ニッケル－スズ合金は、約１４重量％～約１６重量％ニッケルと、約７重量％
～約９重量％スズと、残部銅とを含む、または
前記銅－ニッケル－スズ合金は、約８重量％～約１０重量％ニッケルと、約５重量％～
約７重量％スズと、残部銅とを含む、
請求項１８に記載の物品。 - 前記物品は、約２５フィート・ポンド～約１００フィート・ポンドの均一シャルピーＶ
－ノッチ衝撃靭性を有する、請求項１４に記載の物品。 - 前記物品の均一０．２％オフセット降伏強度は、約７０ｋｓｉ～約１８０ｋｓｉである
、請求項１４に記載の物品。 - 前記物品は、約ＨＲＢ９０～約ＨＲＢ１００の均一Ｒｏｃｋｗｅｌｌ Ｂ硬度または約
ＨＲＣ２０～約ＨＲＣ４０の均一Ｒｏｃｋｗｅｌｌ Ｃ硬度を有する、請求項１４に記載
の物品。 - 前記物品は、ドリルカラー；セーバーサブ；クロスオーバーサブ；ドリルビット構成要
素；セントラライザ；クリスマスツリー；噴出保護システムの構成要素；摺動式弁ゲート
または本体；生産井ポンプの構成要素；吸器ロッドポンプシステムの構成要素；産業シス
テムにおける摺動式構成要素；航空機、海中または海面船舶、産業機械、荒地輸送および
地面係合機器、採掘機械のためのブッシングまたは軸受；探索、感知、または指向性誘導
機器のための非磁気構成要素；またはプラスチック成型、溶接、または製造デバイスのた
めのツール構成要素である、請求項１４に記載の物品。 - 前記金属合金は、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、またはチタン合金である、請求項
１４に記載の物品。 - 請求項１４に記載の物品を含む、デバイス。
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