TWI748442B - 高強度的銅鈹合金產品及其生產方法 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種銅鈹合金產品以及用於生產銅鈹合金產品的方法。該方法包括：製備具有0.15wt%-4.0wt%的鈹且具有晶粒和初始橫截面積的基礎合金。該方法還包括將基礎合金冷加工至基於初始橫截面積的面積冷縮(CRA)百分比大於40%，以及對冷加工後的合金進行熱處理，以生產銅鈹合金產品。當沿著冷加工的方向觀察時，銅鈹合金產品的晶粒結構相對於冷加工面的取向角小於45°。該銅鈹合金產品在經過106個測試循環後表現出至少385MPa的疲勞強度。

Description

高強度的銅鈹合金產品及其生產方法

本申請要求2019年5月10日提交的美國臨時專利申請62/846,261的優先權，其全部內容通過引用併入本文。

本申請涉及用於增強銅鈹合金的強度特徵的方法，並且涉及具有超高強度的銅鈹合金。

銅鈹合金由於其強度、彈性和抗疲勞性而被用於各種工業和商業應用中。例如，由常規銅鈹合金製成的產品被用在音圈馬達(VCM)和/或光學圖像穩定(OIS)技術中，在這些技術中，利用各種機械和電氣設計來提供移動電子設備中的高清晰度、自動聚焦和光學變焦相機能力。當用於這些技術時，合金產品通常被切成極小且細的條帶，以便能夠安裝在受限空間內，以提高移動電子設備的便攜性和功能性。條帶的小尺寸要求所用合金產品具有很高的強度。隨著電子設備變得更加緊密，對合金產品的強度要求不斷提高。然而，已經發現，使用常規方法生產的常規銅鈹合金產品不能滿足這些不斷增長的強度要求。

同樣地，銅鎳錫合金也可用於這些應用中。然而，這些銅鎳錫合金已經很難滿足一些移動電子應用所需要的高強度要 求。

此外，使用常規方法生產的銅鈹合金產品和/或銅鎳錫合金產品經常表現出強度特徵根據加工方向而發生顯著變化，並且在各個方向上的強度特徵經常彼此競爭。例如，儘管某些方法可以改善沿冷加工的方向上的強度特徵，例如極限抗拉強度，但是這些方法通常會使合金產品在其他方向(例如，橫向於冷加工的方向)上表現出降低或較差的強度特徵。強度特徵的這種各向異性對隨後如何對合金進行加工和/或如何安裝到最終產品中施加了限制。

作為使用常規方法生產的常規銅鈹合金的一個例子，美國專利5,354,388討論了一種用於生產鈹銅合金的方法，該方法包括以下步驟：鑄造主要包括1.00wt%至2.00wt%的Be、0.18wt%至0.35wt%的Co、其餘為Cu的鈹銅合金；軋製所鑄造的鈹銅合金；在500至800℃下退火2至10小時；然後以不小於40%的壓下率對退火合金進行冷軋；在500℃至800℃下對冷軋合金再次退火2至10小時；然後將合金冷軋至所需厚度，並對退火合金進行最終固溶處理。還公開了通過該方法獲得的鈹銅合金，其中平均晶粒尺寸不大於20μm，晶粒尺寸的變化係數的自然對數不大於0.25。

作為另一個例子，日本專利申請JP22850084A涉及製造一種高強度Be-Cu合金，該Be-Cu合金具有優異的機械強度和導電性，而無需通過對Be-Cu合金進行固溶熱處理(soln.heat treatment)、一次老化硬化、冷加工和二次老化硬化來長時間進行最終老化硬化。通過在930℃下加熱3分鐘，對包括0.2-0.7wt%的Be、1.4-2.2wt%的Ni、2.4-2.7wt%的Co和餘量Cu的Be-Cu合金進行固溶熱處理。根據需要，初步對該合金進行冷加工，在350℃-450℃下進行一次老化硬化，以

20%的加工率進行冷加工，在350-500℃下進行二次老化硬化。在短時間內完成二次老化硬化，獲得了具有優異的機械強度和導電性的Be-Cu合金。

此外，日本專利申請JP63125647A討論了通過在特定條件下對包含Co、Ni等的Cu-Be合金進行熱處理來開發具有優異的導電性、強度和可加工性的Cu-Be合金。將含有0.05-2.0wt%的Be和0.1-10.0wt%的Co和Ni中的至少一種的Cu合金錠在800-1000℃下進行固溶熱處理，以使粗大的、未固溶在基體中的沉澱顆粒固溶。然後，對合金進行冷加工以使其易於生成沉積核，然後，在低於750-950℃固溶溫度的溫度下，更優選在兩者之差為20-200℃的溫度下，對合金進行退火，然後進行普通老化硬化處理。獲得了其中溶質的一部分以

0.3μm晶粒尺寸的精細狀態分散、具有高導電性以及優異的強度和可加工性的Cu-Be合金。

此外，美國專利5,131,958討論了一種在指定條件(加工溫度，加工率和加工應變數)下對鈹銅合金進行熱成型的方法，該鈹銅合金包括1.60至2.00wt%的Be、0.2至0.35wt%的Co以及其餘主要為Cu的餘量，以產生具有均勻穩定晶粒尺寸的等軸晶粒結構的熱成型產品。

此外，美國專利4,425,168A討論了一種用於生產銅鈹合金的方法。該方法包括以下步驟：製備銅鈹熔體；鑄造該熔體；對所鑄造的銅鈹進行熱加工；對銅鈹進行退火；對退火後的銅鈹進行冷加工；以及使銅鈹硬化；其特徵在於包括以下步驟的改進：在1275(691)至1375℉(746℃)的溫度下對冷加工後的銅鈹進行固溶退火；在400(204)至580℉(304℃)的溫度下使退火後的銅鈹硬化；對硬化後的銅鈹進行冷軋；以及在400(204)至700℉(371℃)的溫度下對冷加工後的銅鈹進行去應力退火。該合金主要包括以重量百分比計的：0.4至2.5%的鈹，最多3.5%的來自鈷和鎳的材料，最多0.5%的來自鈦和鋯的材料，最多0.3%的鐵，最多0.7%的矽，最多0.3%的鋁，最多1.0%的錫，最多3.0%的鋅，最多1.0%的鉛，主要為銅的餘量。該合金的特徵是等軸晶粒。晶粒的平均晶粒尺寸小於9微米。基本上所有晶粒的尺寸都小於12微米。

即使參照這些文獻，也需要具有改善的強度特徵，例如，疲勞強度、抗拉強度和/或屈服強度(在多個方向上)的銅鈹合金產品，以及用於生產這些合金產品的改進方法。

在一個實施方式中，本發明涉及一種用於生產銅鈹合金產品的方法，該方法包括以下步驟：製備具有0.5wt%至4.0wt%的鈹並且具有晶粒和初始橫截面積的基礎合金；將基礎合金冷加 工至基於初始橫截面積的面積冷縮(cold reduction of area，CRA)百分比大於40%，例如，70%至80%；以及對冷加工後的合金進行熱處理，以生產銅鈹合金產品。當沿著冷加工的方向觀察時，銅鈹合金產品的晶粒結構相對於冷加工面的取向角小於45°，例如小於15°。該銅鈹合金產品表現出在經過10⁶個測試循環後疲勞強度為至少385MPa，和/或沿冷加工的方向的極限抗拉強度為至少200ksi，和/或沿冷加工的方向的0.2%偏移屈服強度為至少200ksi。在橫向於冷加工的方向上測得的銅鈹合金產品的極限抗拉強度比在冷加工的方向上測得的極限抗拉強度大5%至10%。熱處理可以在600℉至700℉的溫度下進行1分鐘至5分鐘的時間。基礎合金的製備可包括：將合金片初步冷加工至小於0.01英寸的厚度，對初步冷加工後的合金進行熱處理以生產基礎合金，和/或例如在1350℉至1450℉的溫度下進行固溶退火0.5分鐘至5分鐘的時間，以及在例如450℉至650℉的溫度下老化2小時至4小時的時間。在橫向於冷加工的方向上測得的銅鈹合金產品的0.2%偏移屈服強度可以比在冷加工的方向上測得的0.2%偏移屈服強度大5%至10%，和/或冷加工後的合金的極限抗拉強度可以比基礎合金的極限抗拉強度大10%至30%，和/或銅鈹合金產品的極限抗拉強度可以比基礎合金的極限抗拉強度大15%至50%，和/或冷加工後的合金產品的0.2%偏移屈服強度可以比基礎合金的0.2%偏移屈服強度大20%至40%，和/或銅鈹合金產品的0.2%偏移屈服強度可以比基礎合金的0.2%偏移屈服強度大25%至70%。銅鈹合金 產品的晶粒可以在冷加工的方向上伸長和/或可以具有大於1：1的長度與厚度的縱橫比。銅鈹合金產品中的疲勞起始部位的數量比基礎合金中的疲勞起始部位的數量少1%至35%。

在一個實施方式中，本發明涉及銅鈹合金產品。其晶粒的長度與厚度的縱橫比可以在1：1至9：1的範圍內，和/或晶粒結構取向角小於15°。該銅鈹合金產品在橫向於晶粒伸長的方向上的極限抗拉強度可以為至少200ksi。該銅鈹合金產品在沿晶粒伸長的方向上的0.2%偏移屈服強度可以為至少200ksi，和/或在橫向於晶粒伸長的方向上的0.2%偏移屈服強度可以為至少200ksi。在橫向於晶粒伸長的方向上的0.2%偏移屈服強度可以比在晶粒伸長的方向上的0.2%偏移屈服強度大5%至10%。該銅鈹合金產品可以包括小於0.2wt%的鈦、小於0.2wt%的錫和/或1.8-2.0wt%的鈹。

100:方法

110、120、130:操作

可以通過參照說明書的其餘部分和附圖來進一步理解本公開技術的本質和優點。

圖1是示出了用於加工或處理銅鈹合金產品的示例性方法的選擇性操作的流程圖。

圖2A-圖2D示出了示例性的加工後的銅鈹合金產品的微結構。

圖3A-圖3D是示出了示例性的銅鈹合金產品的疲勞測試結果 的圖。

圖4A-圖4D是示出了示例性的銅鈹合金產品的額外疲勞測試結果的圖。

圖5A-圖5G示出了額外的銅鈹合金產品的微結構。

圖6A和6B示出了示例性的加工後的銅鎳錫合金產品的微結構。

如上所述，常規的銅鈹合金產品和/或銅鎳錫合金產品不能滿足不斷發展的移動設備技術所需的增加的強度要求。根據一些實施方式，通過在(最終)冷加工操作中將含鈹的基礎合金(例如，基礎銅鈹合金)冷加工至特定的面積冷縮(CRA)百分比，可以獲得改進的含鈹合金產品，例如銅鈹合金產品。含鈹合金產品可以具有伸長的和/或不均勻的晶粒微結構，並且可以表現出優異的強度特徵，例如，超高的疲勞強度、抗拉強度和/或屈服強度。通過常規的含鈹合金產品(例如，銅鈹合金產品)和/或其他不含鈹的合金產品(例如，銅鎳錫合金產品)無法實現這些強度特徵。

一些常規方法採用不同的冷加工步驟和最終退火(例如，通過過老化)步驟，期望結果是結構的均勻性。因此，所得到的產品具有均勻的(且經常是等軸的)、不伸長的晶粒結構，並且晶粒通常具有較低的縱橫比(長度比厚度)，例如，大約等於1：1。這些合金的晶粒結構取向是未知的。然而，已經發現，該均 勻的晶粒結構有助於出現更多的晶界(在條帶的表面上)。這些晶界提供了更多的疲勞裂紋起始部位，特別是當它們遇到條帶的邊緣時。這些起始部位進而導致強度特徵降低。相反，在本公開的合金產品中，晶粒結構是伸長的(具有更高的縱橫比)。伸長的晶粒提供了顯著更少的表面晶界，從而減少了潛在裂紋起始部位的數量。此外，沿主切應力平面(相對於表面成45°)取向的晶界為疲勞裂紋的起始提供了容易的滑移面。這樣的構造在等軸晶粒中(例如，常規合金中的晶粒)是普遍的，但是在伸長的晶粒(例如，本公開的合金產品中的晶粒)中實際上不存在。

重要的是，本文公開的銅鈹合金產品進一步在所有方向上都表現出改善的強度特徵。出乎意料的是，本文所述的銅鈹合金產品不僅沿冷加工的方向表現出改善的強度特徵，而且在其他方向上，例如，在橫向於冷加工的方向的方向上，也表現出改善的或甚至更好的強度特徵。這有利地為隨後對合金產品(例如，合金條帶)進行加工並將合金產品安裝到其他產品或設備中提供了靈活性。通常，冷加工的方向上的性能改善會與其他方向上的性能競爭。

另外，本公開的方法採用更少的步驟，例如更少的冷加工和/或熱處理步驟，相對於需要更多加工步驟的常規方法，該方法有利地提供了效率優勢。

組成

本文所述的銅鈹合金產品通常包含銅和鈹。在某些情況 下，鈹的存在量(顯著)小於銅的存在量。在一些實施方式中，該合金產品包含0.15wt%至4.0wt%的鈹，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，該合金產品可包含大於0.15wt%的鈹，例如，大於0.5wt%，大於0.8wt%，大於1.0wt%，大於1.2wt%，大於1.5wt%，大於1.6wt%，大於1.7wt%，大於1.8wt%，大於1.85wt%，大於1.9wt%，或大於1.95wt%。就上限而言，該合金產品可包含小於4.0wt%的鈹，例如，小於3.0wt%，小於2.6wt%，小於2.5wt%，或小於2.0wt%。

在一些實施方式中，該合金產品包含96wt%至99.5wt%的銅，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，合金產品可包含大於96wt%的銅，例如，大於97wt%，大於98wt%，或大於99wt%。就上限而言，合金產品可包含小於99.5wt%的銅，例如，小於99wt%，小於98wt%，或小於97wt%。

在一些實施方式中，合金產品包括額外合金元素，例如，鈷、鎳、鋯或其組合。例如，本文所述的銅鈹合金產品可包括0wt%至3wt%的額外合金元素，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，該銅鈹合金產品可包括大於0.01wt%的額外合金元素，例如，大於0.05wt%，大於0.1wt%，大於0.2wt%，大於0.3wt%，大於0.4wt%，大於0.5wt%，大於0.6wt%，大於0.8wt%，大於1wt%，大於1.5wt%，大於2wt%，或大於2.5wt%。在上限而言，銅鈹合金產品可包括小於3wt%的額外合金元素，例如，小於2.7wt%，小於2.5wt%，小於2wt%，小於1.5wt%，小於1wt%，小於0.8wt%，小於0.6wt%，小於0.5wt%，小於0.4wt%，小於0.3wt%，小於0.2wt%，小於0.1wt%，或小於0.05wt%。上述範圍和限度可以應用於單個「額外合金元素」或「額外合金元素」的組合。

在一些實施方式中，本文所述的合金產品可包括：1.8wt%至2.0wt%的鈹，0.2wt%或更少的鈷和鎳的組合，0.6wt%或更少的鐵、鎳和鈷的組合，0.2wt%或更少的矽，0.2wt%或更少的鋁，以及0.5wt%或更少的其它雜質，其餘為銅。在一些情況下，合金產品或基礎合金包含很少或沒有故意添加的鈷。

在一些情況下，本文所述的銅鈹合金產品可包括痕量的其他元素(若有)，例如，鈦、錫、鉛或鋅，或其組合。例如，本文所述的銅鈹合金產品可包括小於0.5wt%的其它元素，例如，鈦、錫、鉛或鋅等，例如，小於0.4wt%，小於0.3wt%，小於0.2wt%，小於0.1wt%，小於0.05wt%，小於0.03wt%，小於0.01wt%，或小於0.005wt%。就範圍而言，銅鈹合金可包括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%。前述範圍和限度可以應用於單個「其他元素」或「其他元素」的組合。

這樣，該合金產品有利地需要很少的組分，例如，僅2個，僅3個，僅4個，僅5個，僅6個，僅7個或僅8個，來實現期望的性能特徵，從而提供加工效率，例如簡單的合金成形。常規的具有較多數量的組分的合金為合金成形增加了不必要的複雜性，並且重要的是，增加了金屬間化合物的可能性，進而形成還原特性。這些混合物還會產生再循環能力方面的問題。通過限制金屬的數量，本公開的合金產品有利地避免了這些問題。

下面將討論該合金產品的特性和特徵。

方法

本發明公開了一種用於生產銅鈹合金產品的方法。該方法包括製備具有晶粒並且具有初始橫截面積的基礎合金的步驟。基礎合金可以具有上述元素組成，但是在一些情況下，基礎合金的其他材料特徵將與該方法產生的銅鈹合金產品的材料特徵不同。該方法可以進一步包括對基礎合金進行冷加工的步驟，以實現基於初始橫截面積的面積冷縮(CRA)的顯著百分比，例如大於40%，從而生產出冷加工後的合金。本文提供了對CRA的額外討論。當沿冷加工的方向觀察時，(冷加工後的合金的和/或得到的銅鈹合金產品的)晶粒的晶粒結構可以具有小於45°的取向角。該方法還包括對冷加工後的合金進行熱處理的步驟，以生產銅鈹合 金產品。結果，銅鈹合金產品表現出改善的性能特徵，例如，在10⁶個測試循環之後，疲勞強度為至少385MPa，例如，至少400MPA，至少450MPa。本文提供了額外的性能特徵。

圖1是示出了用於加工銅鈹合金的示例性方法100的選擇性操作的流程圖。方法100可以通過在操作110處製備基礎合金開始。然後可以在操作120處對基礎合金進行冷加工(以實現大於40%的CRA百分比)。在操作130處，可以對冷加工後的合金進行熱處理(以生產銅鈹合金產品)。

在一些實施方式中，基礎合金的製備可以包括鑄造銅鈹合金(例如，具有本文所述的組成)的坯料。該製備可以進一步包括一個或多個軋製操作，以將坯料的厚度減小至期望的厚度或簡單地減小至基礎合金厚度。基礎合金的製備也可以包括在一個或多個軋製操作之間和/或之後進行的一個或多個熱處理操作，例如，退火操作，老化操作等。下面將更詳細地討論基礎合金的製備的更多細節。

在一些情況下，冷加工可被認為是通過塑性變形機械地改變金屬的形狀或尺寸的方法。這可以通過金屬或合金的軋製、拉拔、壓制、旋壓、擠壓或鐓制(heading)來完成。不受理論的束縛，當金屬發生塑性變形時，原子的錯位在材料內發生。特別地，位元錯發生在金屬晶粒上或內部。錯位彼此重疊，並且材料內的位元錯密度增加。重疊錯位的增加使得錯位的進一步運動更加困難。這增加了所得合金的硬度和抗拉強度。冷加工還改善了 合金的表面光潔度。機械冷加工通常在低於合金的再結晶點的溫度下進行，常常在室溫下完成。

可以通過測量冷加工前後合金的橫截面積的變化來確定變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稱為面積冷縮(CRA)的百分比。CRA的百分比可以根據以下公式確定：%CRA=100×(A _o -A _f )/A _o 其中，A_o是冷加工之前的初始或原始橫截面積，A_f是冷加工之後的最終橫截面積。需要注意的是，橫截面積的變化通常僅是由於合金厚度的變化所致，因此也可以使用初始厚度和最終厚度來計算CRA。應當進一步注意的是，用於確定通過冷加工操作實現的CRA的初始或原始橫截面積或厚度是緊接即時冷加工之前測得的橫截面積或厚度。類似地，用於確定通過冷加工操作實現的CRA的最終橫截面積或厚度是在即時冷加工操作完成後測得的橫截面積或厚度。換言之，CRA對於每個冷加工操作是特定的，除非另有說明，否則不指多個冷加工操作的組合測量。

如上所述，可以對基礎合金進行冷加工以實現顯著百分比的CRA，從而實現通過常規銅鈹合金可能無法實現的優異的強度特徵。

例如，通過將基礎合金冷加工至至少40%的CRA百分比，可獲得比使用常規方法生產的銅鈹合金產品優異的強度特徵。根據最終合金產品中期望的強度特徵，通過冷加工實現的CRA 百分比可以大於40%，例如，大於45%，大於50%，大於55%，大於60%，大於65%，大於70%，大於75%，大於80%，或大於85%。就範圍而言，通過冷加工實現的CRA的百分比可以在40%至85%的範圍內，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%，從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，通過冷加工實現的CRA的百分比可以小於85%，例如，小於80%，小於75%，小於70%或小於65%。如下面將要討論的，根據所得到的CRA的百分比，最終的銅鈹合金產品的特徵可能會有所不同。

此外，如本文所述，通過對基礎合金進行冷加工以選擇CRA的百分比，對於可能具有不同最終厚度的合金產品可以實現優異的強度特徵。換言之，即使最終合金產品的期望厚度可能發生變化，但是如本文所述，通過對基礎合金進行冷加工來選擇CRA百分比，仍可以一致地獲得優異的強度特徵。因此，在一些實施方式中，冷加工操作可以被認為是CRA驅動的操作，因為它是為了實現預定百分比的CRA而進行的，儘管最終合金產品的厚度可能發生變化。出於描述目的，這種為了實現預定百分比的CRA的冷加工操作也可以被稱為CRA驅動操作。此外，該冷加工操作是為生產本文所述的銅鈹合金產品而進行的最終冷加工操作，儘管 在一些情況下後面可以有額外的熱處理。因此，該冷加工操作也可以被稱為最終冷加工操作。冷加工步驟可以在寬範圍內變化，只要實現期望CRA即可。可以採用軋製或拉拔操作。在一些情況下，例如，為了形成條帶，可以利用冷軋。

在一些實施方式中，與需要許多冷加工步驟的常規方法相反，該方法有利地採用較少數量的冷加工步驟。額外的冷加工步驟不利地增加了整個過程的複雜性和資源。例如，該方法可以採用少於4個冷加工步驟，例如，少於3個或少於2個。在一些情況下，該方法需要單個冷加工步驟。

在冷加工完成後，可以對冷加工後的合金進行熱處理以進一步改善冷加工後的合金的至少一些強度特徵。對金屬或合金進行熱處理可以指一種受控過程，即，對金屬或合金進行加熱和冷卻以改變其物理和機械特性而不改變產品形狀。熱處理與增加材料的強度有關，但也可用於改變某些可製造性目標，例如，改善機械加工，改善可成形性，或在冷加工操作後恢復韌性。在某些情況下，熱處理可以包括多個熱處理操作。在一些實施方式中，熱處理包括單個熱處理操作。在一些情況下，熱處理包括線材老化(strand aging)。

值得注意的是，通過例如老化或沉澱硬化來進行熱處理，以進一步改善冷加工後的合金的至少一些強度特徵。因此，該熱處理可以在相對低的溫度下進行相對短的持續時間(下面將討論)，通過該熱處理，晶粒結構可以基本不變。即，晶粒結構可 以保持伸長、扁平或壓縮，類似於CRA驅動的冷加工完成後獲得的晶粒結構。這與通過退火進行的熱處理相反，通過退火進行的熱處理通常是在常規方法中在冷加工之後立即進行的熱處理。這樣的退火通常在1000℉以上進行延長時間(例如數小時)，進行該退火以除去由冷加工導致的任何非均勻性結果，以獲得均勻的等軸晶粒結構，從而以犧牲合金產品的強度為代價來提高可成形性。

為了進一步改善冷加工後的合金的至少一些強度特徵，熱處理可包括通過以下步驟進行的老化操作：將冷加工後的合金放置在爐中或其他類似組件中，並將基礎合金暴露於600℉至700℉的範圍內的高溫下1分鐘至5分鐘。在一些實施方式中，該老化操作例如可以通過以下步驟進行：通過將條帶形式的基礎合金放置在輸送爐裝置(例如，線材老化爐)上，並使合金條帶以適當的速度運行通過輸送爐。

在一些實施方式中，老化溫度，例如，在老化操作期間冷加工後的合金可能暴露其中的高溫，可以在500℉至800℉的範圍內變化，例如，600℉至700℉，600℉至680℉，600℉至660℉，600℉至640℉，600℉至620℉，620℉至700℉，620℉至680℉，620℉至660℉，620℉至640℉，640℉至700℉，640℉至680℉，640℉至660℉，660℉至700℉，660℉至680℉，或680℉至700℉。應當注意的是，除非另有說明，關於本文所述的各種熱處理所討論的溫度是指，基礎合金 可能暴露其中的大氣溫度或者該爐可以設置的大氣溫度；基礎合金本身可不必達到這些溫度。

就上限而言，老化溫度可以小於800℉，例如，小於700℉，小於680℉，小於660℉，小於640℉，或小於620℉。發明人已經發現，如果在600℉以下對冷加工後的合金進行老化處理，則可以在某種程度上消除冷加工後的合金中的應力，但是可能無法獲得期望的強度。因此，就下限而言，老化溫度可以為至少500℉，例如，至少550℉，至少600℉，至少620℉，至少640℉，至少660℉，或至少680℉。

在一些實施方式中，老化時間，例如，冷加工後的合金可以暴露於上述任何高溫中的時間段，可以為1分鐘至10分鐘，例如，1分鐘至5分鐘，1分鐘至4分鐘，1分鐘至3.5分鐘，1分鐘至3分鐘，1分鐘至2.5分鐘，1分鐘至2分鐘，2分鐘至5分鐘，2分鐘至4分鐘分鐘，2分鐘至3.5分鐘，2分鐘至3分鐘，2分鐘至2.5分鐘，2.5分鐘至5分鐘，2.5分鐘至4分鐘，2.5分鐘至3.5分鐘，2.5分鐘至3分鐘，3分鐘至5分鐘，3分鐘至4分鐘，3分鐘至3.5分鐘，3.5分鐘至5分鐘，或3.5分鐘至4分鐘。就上限而言，老化時間可以小於10分鐘，例如，小於8分鐘，小於5分鐘，小於4分鐘，小於3.5分鐘，小於3分鐘，小於2.5分鐘，或者小於2分鐘。就下限而言，老化時間可以為至少1分鐘，例如，至少2分鐘，至少2.5分鐘，至少3分鐘，至少3.5分鐘或至少4分鐘。

在一些實施方式中，與需要許多熱處理步驟的常規方法相反，該方法有利地採用較少數量的熱處理步驟。額外的熱處理步驟不利地增加了整個過程的複雜性和資源。例如，該方法可以採用少於5個熱處理步驟，例如，少於4個，少於3個或少於2個。在一些情況下，該方法需要單個熱處理步驟。

出乎意料的是，通過在本文所述的特定條件下進行冷加工和熱處理操作，所得到的銅鈹合金產品不僅沿冷加工的方向上表現出改善的強度特徵，而且在除冷加工的方向以外的其他方向上也表現出改善的和/或甚至更好的強度特徵，這將在下面更詳細地討論。

如上所述，基礎合金的冷加工可以被認為是CRA驅動的操作，因為它是為了實現預定百分比的CRA而進行的，儘管最終合金產品厚度可能發生變化。為了實現期望的最終合金產品厚度，同時維持針對該最終的CRA驅動的冷加工操作的CRA百分比，基礎合金的製備可以包括初步冷加工操作，以獲得期望的基礎合金厚度。因此，初步冷加工可以被認為是主要由厚度驅動的操作，因為它是為了實現預定厚度(例如，期望的基礎合金厚度)而進行的。如果進入合金的厚度已經達到期望的基礎合金厚度，則可以省略初步冷加工。在某些情況下，基礎合金厚度可以根據以下公式計算：

其中，T^BA是基礎合金厚度，T^FA是加工後的合金的最終厚度， %CRA是要通過最終的CRA驅動的冷加工實現的CRA的預定百分比。

根據應用，加工後的銅鈹合金產品的期望最終厚度可以在0.01mm至0.10mm的範圍內，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0.08mm0.04mm至0.06mm，0.06mm至0.10mm，0.06mm至0.08mm，或0.08mm至0.10mm。就上限而言，加工後的銅鈹合金產品的期望最終厚度可以小於0.10mm，小於0.08mm，小於0.06mm，小於0.04mm或小於0.02mm。就下限而言，加工後的銅鈹合金產品的期望最終厚度可以大於0.01mm，大於0.02mm，大於0.04mm，大於0.06mm或大於0.08mm。

基礎合金的製備

根據加工後的銅鈹合金產品的期望最終厚度以及通過最終的由CRA驅動的冷加工操作要實現CRA的預定百分比，所製備的基礎合金厚度可以在0.05mm至0.25mm的範圍內，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，基礎合金厚度可小於0.25mm，例如，小於0.20mm，小於0.15mm或小於0.10mm。就下限而言，基礎合金厚度可以 大於0.05mm，例如，大於0.10mm，大於0.15mm或大於0.20。

因為在一些情況下，初步冷加工是由厚度驅動的，所以可以根據來料合金的厚度進行初步冷加工，以實現不同百分比的CRA，來料合金可以是銅鈹合金片或板。在一些情況下，來料合金可以是銅鈹合金片，厚度在0.1mm至2.0mm的範圍內變化，例如，0.1mm至小於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，來料合金的厚度可以小於2.0mm，小於1.5mm，小於1.0mm或小於0.5mm。就下限而言，來料合金的厚度可以為至少0.1mm，至少0.5mm，至少1.0mm，至少1.5mm或至少2.0mm。

根據來料合金的厚度，通過初步冷加工得到的CRA的百分比可以在5%至95%的範圍內，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，通過初步冷加工得到的CRA的百分比可以小於95%，例如，小於75%，小於55%，小於35%，或小於15%。就下限而言，通過初步冷加工得到的CRA的百分比可以為至少5%，例如，至少15%，至少35%，至少55%，或至少75%。

在一些情況下，基礎合金的製備可進一步包括在初步冷加工之後的一個或多個初步熱處理操作。例如，一個或多個初步 熱處理操作可以包括固溶退火，然後淬火或快速冷卻。固溶退火可以通過以下步驟進行：將基礎合金放置在爐或其他類似組件中，並將基礎合金暴露於1350℉至1450℉的範圍內的高溫下持續0.5分鐘至5分鐘的時間段。在一些實施方式中，固溶退火例如可以通過以下步驟進行：將條帶形式的基礎合金放置在輸送爐裝置上，並使合金條帶以適當的速度穿過輸送爐。淬火或快速冷卻可以通過空氣淬火來實現，這可以通過將諸如空氣或惰性氣體的氣體流引向退火後的基礎合金來實現。

在一些實施方式中，退火溫度，即，固溶退火操作期間進行初步冷加工後的合金可能暴露其中的高溫，可以在1350℉至1450℉的範圍內，例如，1350℉至1425℉，1350℉至1400℉，1350℉至1375℉，1375℉至1450℉，1375℉至1425℉，1375℉至1400℉，1400℉至1450℉，1400℉至1425℉，或1425℉至1450℉。就上限而言，退火溫度可以小於1450℉，以限制晶粒長大到更大的尺寸，這可能會阻礙隨後的冷加工。例如，退火溫度可以小於1425℉，小於1400℉或小於1375℉。就下限而言，退火溫度可以為至少1350℉，以便使進行初步冷加工後的合金固溶，從而使鈹能夠擴散到整個銅基體中。例如，退火溫度可以為至少1375℉，至少1400℉或至少1425℉。

在一些實施方式中，退火時間，即，進行初步冷加工後的合金可能暴露於本文所述的任何高溫下的時間段，可以為0.5分鐘至5分鐘，例如，0.5分鐘至4分鐘，0.5分鐘至3分鐘，0.5 分鐘至2分鐘，0.5分鐘至1.5分鐘，0.5分鐘至1分鐘，1分鐘至5分鐘，1分鐘至4分鐘，1分鐘至3分鐘，1分鐘至2分鐘，1分鐘至1.5分鐘，1.5分鐘至5分鐘，1.5分鐘至4分鐘，1.5分鐘至3分鐘，1.5分鐘至2分鐘，2分鐘至5分鐘，2分鐘至4分鐘，2分鐘至3分鐘，3分鐘至5分鐘，3分鐘至4分鐘，或4分鐘至5分鐘。就工限而言，退火時間可以小於5分鐘，例如，小於4分鐘，小於3分鐘，小於2分鐘，小於1.5分鐘或小於1分鐘。就下限而言，退火時間可以為至少0.5分鐘，例如，至少1分鐘，至少1.5分鐘，至少2分鐘，至少3分鐘或至少4分鐘。

在一些實施方式中，一個或多個初步熱處理操作可以進一步包括老化操作，以恢復退火和淬火後的合金的至少一些強度。在一些實施方式中，退火和淬火後的合金的老化可以通過以下步驟進行：將退火和淬火後的合金放置在爐中或其他類似組件中，並將退火和淬火後的合金暴露於475℉至600℉的範圍內的高溫下持續1小時至5小時的時間段。在老化操作期間，含鈹化合物作為間隙組分或沉澱物在銅基體內形成以增強合金。

在一些實施方式中，老化溫度，即，在老化操作期間退火和淬火後的合金可能暴露其中的高溫，可以在475℉至600℉的範圍內，例如，475℉至575℉，475℉至550℉，475℉至525℉，475℉至500℉，500℉至600℉，500℉至575℉，500℉至550℉，500℉至525℉，525℉至600℉，525℉至575℉，525℉至550℉，550℉至600℉，550℉至575℉，或575℉ 至600℉。就上限而言，老化溫度可以小於600℉，例如，小於575℉，小於550℉，小於525℉，或小於500℉。就下限而言，老化溫度可以是至少475℉，例如，至少500℉，至少525℉，至少550℉，或至少575℉。

在一些實施方式中，老化時間，即，退火和淬火後的合金可能暴露於上述任何高溫下的時間段，可以為1小時至5小時，例如，1小時至4小時，1小時至3.5小時，1小時至3小時，1小時至2.5小時，1小時至2小時，2小時至5小時，2小時至4小時，2小時至3.5小時，2小時至3小時，2小時至2.5小時，2.5小時至5小時，2.5小時至4小時，2.5小時至3.5小時，2.5小時至3小時，3小時至5小時，3小時至4小時，3小時至3.5小時，3.5小時至5小時，3.5小時至4小時，或者從4小時至5小時。就上限而言，老化時間可以小於5小時，例如，小於4小時，小於3.5小時，小於3小時，小於2.5小時，或小於2小時。就下限而言，老化時間可以是至少1小時，例如，至少2小時，至少2.5小時，至少3小時，至少3.5小時，至少4小時，或至少5小時。

在一些實施方式中，在老化操作之後並且在最終的CRA驅動的冷加工之前，可以進行酸洗以除去表面雜質或污染物，並且在一些情況下也可以進行邊緣修整。

性能特徵

所描述的合金產品表現出改善的強度特徵，例如，疲勞強度、抗拉強度和屈服強度。按照ASTM E796-94(2004)來測試 疲勞強度，按照ASTM E8(2016)來測試抗拉強度和屈服強度。儘管沒有具體描述，但是如本領域技術人員將理解的，本文描述的方法也可以改善銅鈹合金產品的其他強度特徵和/或其他機械特性。

疲勞強度

如沿冷加工的方向上所測得的，銅鈹合金產品可以在不同數量的測試循環下表現出改善的疲勞強度。

具體地，通過本文所述的操作加工後的銅鈹合金產品在10⁶個測試循環後可以表現出385MPa至1000MPA的疲勞強度，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，加工後的銅鈹合金產品在10⁶個測試循環後可以表現出至少385MPa的疲勞強度，例如，至少400MPa，至少450MPa，至少500MPa，至少550MPa，至少600MPa，或至少650MPa。

具體地，通過本文所述的操作加工後的銅鈹合金產品在10⁵個測試循環後可表現出500MPa至1000MPa的疲勞強度，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，加工後的銅鈹合金產 品在10⁵個測試循環後可表現出至少500MPa的疲勞強度，例如，至少550MPa，至少575MPa，至少600MPa。

具體地，通過本文所述的操作加工後的銅鈹合金產品在10⁴個測試循環後可表現出700MPa至1100MPa的疲勞強度，例如，900MPa至1100MPa，925MPa至1075MPa，950MPa至1050MPa，或975MPa至1025MPa。就下限而言，加工後的銅鈹合金產品在10⁴個測試循環後可表現出至少700MPa的疲勞強度，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。

加工後的合金產品的疲勞強度可能會根據加工條件而有所變化，但相對於常規合金產品仍表現出顯著改善。例如，疲勞強度可能會根據通過最終的由CRA驅動的冷加工所獲得的CRA的百分比而有所變化。具體地，隨著通過冷加工獲得的CRA的百分比逐漸增加，疲勞強度也可以改善。例如，當對銅鈹合金進行冷加工以實現40%至60%的CRA時，在後續熱處理完成後，所得合金產品經過10⁶個測試循環後可以表現出385MPa至650MPa的疲勞強度。當對銅鈹合金進行冷加工以實現60%至70%的CRA時，在後續熱處理完成後，所得合金產品經過10⁶個測試循環後可以表現出450MPa至650MPa的疲勞強度。當對銅鈹合金進行冷加工以實現70%至80%的CRA時，在後續熱處理完成後，所得合金產品經過10⁶個測試循環後可以表現出500MPa至650MPa的疲勞強度。本文列出的其他範圍可用於表徵較窄的範圍或較高的下限。

不受理論的束縛，據信改善的疲勞強度可能是由於冷加工後的合金的微結構的改變。本公開的合金產品具有這種變化，這在常規合金產品中是不存在的。

隨著CRA的百分比逐漸增加，可以有利地改變合金產品的微結構以使疲勞裂紋起始部位最小化，從而改善銅鈹合金產品的疲勞性能。疲勞裂紋起始部位通常可以指疲勞裂紋可能開始的部位。不受理論的束縛，據推測，在本公開的合金產品中晶粒結構伸長。並且，伸長的晶粒提供顯著更少的表面晶界，這有利地減少了潛在(疲勞)裂紋起始部位的數量。此外，沿主切應力平面(相對於表面成45°)取向的晶界為疲勞裂紋的起始提供了容易的滑移面。這樣的構造在等軸晶粒中(例如常規合金中的晶粒)是普遍的，但是在伸長的晶粒(例如本公開的合金產品中的晶粒)中實際上不存在。已經發現這些微結構差異單獨或彼此組合有利地有助於上述疲勞強度的改善(以及其他強度特徵的改善)。

據推測，本公開的合金產品具有改善的抗(疲勞)裂紋擴展的能力，例如，由於前述加工步驟及其對微結構的影響。在一些情況下，據信冷加工步驟會減少疲勞裂紋起始部位的數量。也就是說，最終冷加工完成後冷加工後的合金中的疲勞起始部位可以比緊接最終冷加工之前的疲勞起始部位少1%至35%，例如，2%至30%，3%至25%，5%至25%，5%至20%，5%至15%或5%至10%，這取決於得到的CRA的百分比。

圖2A-圖2D示出了使用本文所述方法生產出的各種銅鈹 合金產品沿冷加工的方向的微結構。將合金產品冷加工至不同百分比的CRA。具體地，圖2A所示的合金產品已經被冷加工至40%的CRA，圖2B所示的合金產品已經被冷加工至58%的CRA，圖2C所示的合金產品已經被冷加工至70%的CRA，圖2D所示的合金產品已經被冷加工至75%的CRA。

當合金被冷加工至40%或更低的CRA時，晶粒結構可能(不利地)通常是均勻且等軸的，並且通常可能具有大約或接近±45°(或就是45°，相對於合金的軋製上表面和下表面)的共同或均勻的取向角，如圖2A所示。隨著CRA的百分比逐漸增加，晶粒結構變為非等軸且不太均勻或更不均勻。結果，有利地實現了伸長的晶粒結構和/或非等軸晶粒的前述益處。例如，晶粒變得伸長、扁平和/或壓縮，晶粒結構的取向角逐漸減小。在一些情況下，隨著CRA的百分比逐漸增加，晶粒結構相對於合金的軋製表面的取向角可以減小到小於40°，小於35°，小於30°，小於25°，小於20°，小於15°，小於10°或接近0°。另外，隨著CRA的百分比逐漸增加，晶粒結構的共性或均勻性(例如，晶粒結構取向)變得不那麼突出。例如，通過比較圖2A(加工至40%的CRA)所示的晶粒結構取向和圖2B(加工至58%的CRA)所示的晶粒結構取向，可以看出，除了減小的晶粒結構取向角之外，圖2B所示的晶粒結構取向也變得不那麼均勻或不均勻。隨著CRA的百分比繼續增加，不再觀察到共同的或均勻的晶粒結構取向，例如45°晶粒結構取向，例如，如圖2C和2D所示。已經發現，微結構改善至少部 分地有助於性能特徵的前述改善。

重要的是，已經發現晶粒取向可以顯著地有助於強度特徵的前述改善。因此，本公開的合金產品的意料之外的晶粒取向被發現是特別有利的。

如上所述，據信晶粒結構的共同的或均勻的取向角，例如圖2A中所示的45°取向，傾向於不利地增加疲勞失效的風險或機會，因為它們為疲勞裂紋的起始提供了容易的滑移面。發明人發現，通過增加CRA的百分比而至少將晶粒結構取向從45°減小至較小程度，可以降低疲勞失效的風險或機會。通過進一步增加CRA的百分比而降低晶粒結構取向的共性或均勻性，可以進一步降低或消除容易的滑移面和疲勞失效的風險或機會，並且能夠獲得比常規銅鈹合金產品更優異的疲勞強度。

如上面所提及的，隨著CRA的百分比逐漸增加，晶粒沿著冷加工的方向進一步伸長，由於冷加工減小了合金的厚度，晶粒的厚度也會減小。

在一些實施方式中，冷加工後的合金的晶粒通常具有高的縱橫比。晶粒的縱橫比可以定義為晶粒的長度與晶粒的厚度之比。長度可以沿著冷加工的方向來測量，寬度可以沿著冷加工後的合金的厚度尺寸來測量。因此，冷加工後的合金的晶粒的長度通常大於晶粒的厚度。冷加工後的合金以及隨後經過熱處理後的合金，例如所生產的銅鈹合金產品，通常可以具有大於1：1的晶粒的縱橫比，例如，大於2：1，大於3：1，大於4：1，大於5：1，大於 6：1，大於7：1，大於8：1或大於9：1。就範圍而言，本文公開的合金產品的伸長的晶粒的長度與厚度的縱橫比可以在1：1至11：1的範圍內，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，當將合金冷加工至大於40%的CRA，例如40%至60%的CRA時，晶粒的縱橫比可以在4：1至6：1的範圍內，可以大於4：1或大於5：1。當將合金冷加工至大於60%的CRA，例如60%至70%的CRA時，晶粒的縱橫比可以在6：1至7：1的範圍內，可以大於6：1。當將合金冷加工至大於70%的CRA，例如70%至80%的CRA時，晶粒的縱橫比可以在7：1至9：1的範圍內，例如，7：1至8：1，或8：1至9：1，可以大於7：1或大於8：1。

隨著CRA的百分比逐漸增加，晶粒變得更加伸長、扁平和/或壓縮，疲勞強度通常會增加。然而，CRA的期望量可能存在上限。不受理論的束縛，據推測，太多的CRA可能導致可能具有脆性的銅鈹合金產品，這可能導致不良的合金產品。

此外，已經觀察到，當進行CRA驅動的冷加工以實現更高水準的CRA降低時，例如，大於70%或70%至80%，始終能夠獲得疲勞強度的顯著改善。例如，當進行冷加工以實現至少70%的CRA時，始終能夠生產出經過10⁶個測試循環後表現出如下疲勞強度的銅鈹合金產品：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，當進行冷加 工以實現至少70%的CRA或70%至80%的CRA時，本文所述的銅鈹合金產品的疲勞強度可以為至少500MPa，至少550MPa，至少600MPa或至少650MPa。

應注意，本文討論的疲勞強度的值是指在冷加工後進行進一步熱處理後合金產品所具有的疲勞強度的值。在冷加工後通過熱處理可以使疲勞強度稍微降低。然而，仍然需要在冷加工之後進行熱處理，因為該熱處理進一步增加了如下所述的抗拉強度和屈服強度，並降低了冷軋合金的脆性。因此，本文所述的方法的冷加工和熱處理操作平衡了疲勞強度、抗拉強度和/或屈服強度的改善，從而實現了合金產品的整體最佳強度特徵。

還應當注意，本文討論的疲勞強度的值是沿冷加工的方向測得的。據推測，當在其它方向上測量時，例如，在橫向於冷加工的方向，或在冷加工的方向與橫向於冷加工的方向之間的任何方向上測量時，本文所述的銅鈹合金產品也令人驚訝地具有改善的疲勞強度。

抗拉強度和屈服強度

除了疲勞強度的改善之外，本文所述的方法還改善了銅鈹合金產品的(極限)抗拉強度和屈服強度。

通常，導致大於40%的CRA的百分比的製備步驟，例如，在CRA驅動的冷加工之前的初步冷加工和/或初步熱處理，是形成基礎合金的步驟。CRA驅動的冷加工和隨後的熱處理操作對基礎合金進行加工，以生產表現出優於常規銅鈹合金的強度特徵的最 終銅鈹合金產品。將通過比較基礎合金的強度特徵和由冷加工和熱處理步驟完成而得到的進一步加工後的合金產品的強度特徵，來討論抗拉強度和屈服強度。

就抗拉強度而言，基礎合金可表現出165ksi至185ksi的極限抗拉強度，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，基礎合金可表現出至少165ksi的極限抗拉強度，例如，至少170ksi，至少175ksi或至少180ksi。就上限而言，基礎合金可表現出小於185ksi的極限抗拉強度，例如，小於180ksi，小於175ksi或小於170ksi。

就屈服強度而言，基礎合金可表現出在135ksi至160ksi範圍內的0.2%偏移屈服強度，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，基礎合金可表現出至少135ksi的0.2%偏移屈服強度，例如，至少140ksi，至少145ksi，至少150ksi或至少155ksi。就上限而言，基礎合金可表現出小於160ksi的0.2%偏移屈服強度，例如，小於155ksi，小於150ksi，小於145ksi或小於140ksi。

在CRA驅動的冷加工完成後，冷加工後的合金可實現 200ksi至215ksi的極限抗拉強度，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驅動的冷加工完成後，冷加工後的合金可實現至少200ksi的極限抗拉強度，例如，至少205ksi，或至少210ksi。

在CRA驅動的冷加工完成後，冷加工後的合金可實現180ksi至200ksi的0.2%偏移屈服強度，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驅動的冷加工完成後，冷加工後的合金可實現至少180ksi的0.2%偏移屈服強度，例如，至少185ksi，至少190ksi或至少195ksi。

通過比較就在CRA驅動的冷加工之前的極限抗拉強度(即基礎合金的極限抗拉強度)和CRA驅動的冷加工完成後實現的極限抗拉強度(即冷加工後的合金的極限抗拉強度)，可以計算出由CRA驅動的冷加工引起的抗拉強度增加。在一些情況下，通過CRA驅動的冷加工可將抗拉強度增加至少10%，例如，至少15%，至少20%，至少25%，或至少30%。就範圍而言，通過CRA驅動的冷加工可將抗拉強度增加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%。

通過比較就在CRA驅動的冷加工之前的0.2%偏移屈服 強度(即，基礎合金的0.2%偏移屈服強度)和CRA驅動的冷加工完成後實現的0.2%偏移屈服強度(即冷加工後的合金的0.2%偏移屈服強度)，可以計算出由CRA驅動的冷加工引起的屈服強度增加。在一些情況下，通過CRA驅動的冷加工可將屈服強度增加至少20%，例如，至少25%，至少30%，至少35%或至少40%。就範圍而言，通過CRA驅動的冷加工可將屈服強度增加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%。

在隨後的熱處理完成之後，可以進一步改善抗拉強度和/或屈服強度，這生產出了表現出優於常規銅鈹合金的強度特徵的銅鈹合金產品。例如，熱處理完成後，冷加工和熱處理後的合金，即，銅鈹合金產品，可以實現205ksi至245ksi的極限抗拉強度(如沿著冷加工的方向或縱向所測量的)，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，在完成熱處理後，銅鈹合金產品可實現至少205ksi的極限抗拉強度，例如，至少210ksi，至少215ksi，至少220ksi，至少225ksi，至少230ksi，至少235ksi，至少240 ksi或至少245ksi。

在完成熱處理之後，銅鈹合金產品可實現200ksi至230ksi的0.2%偏移屈服強度(沿縱向)，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，在完成熱處理後，銅鈹合金產品可實現至少200ksi的0.2%偏移屈服強度，例如，至少205ksi，至少210ksi，至少215ksi，至少220ksi，至少225ksi，或至少230ksi。

通過比較就在熱處理之前的極限抗拉強度(即冷加工後的合金的極限抗拉強度)和在熱處理完成後實現的極限抗拉強度(即銅鈹合金產品的極限抗拉強度)，可以計算出由熱處理引起的抗拉強度增加。在一些情況下，通過熱處理可將抗拉強度增加至少5%，例如，至少10%，至少15%，或至少20%。就範圍而言，通過熱處理可將抗拉強度增加5%至20%，例如，5%至15%，5%至10%，10%至20%，10%至15%，或15%至20%。

通過比較就在熱處理之前的0.2%偏移屈服強度(即冷處理合金的0.2%偏移屈服強度)和完成熱處理後實現的0.2%偏移屈服強度(即銅鈹合金產品的0.2%偏移屈服強度)，可以計算出由熱處理引起的屈服強度增加。在一些實施方式中，通過熱處理可將 屈服強度增加至少5%，例如，至少10%，至少15%或至少20%。就範圍而言，通過熱處理可將屈服強度增加5%至20%，例如，5%至15%，5%至10%，10%至20%，10%至15%，或15%至20%。

通過比較就在CRA驅動的冷加工之前的極限抗拉強度(即基礎合金的極限抗拉強度)和熱處理完成後實現的極限抗拉強度(即銅鈹合金產品的極限抗拉強度)，可以計算出由進行冷加工和熱處理操作引起的抗拉強度增加。在一些情況下，通過進行冷加工和熱處理操作，可以使基礎合金的抗拉強度增加至少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%。就範圍而言，通過進行冷加工和熱處理操作，可以使基礎合金的抗拉強度增加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%。

通過比較就在CRA驅動的冷加工之前的0.2%偏移屈服強度(即，基礎合金的0.2%偏移屈服強度)和在熱處理完成後實現的0.2%偏移屈服強度(即銅鈹合金產品的0.2%偏移屈服強度)，可以計算出由進行冷加工和熱處理操作引起的屈服強度增加。在一些情況下，通過進行冷加工和熱處理操作，可以使基礎 合金的屈服強度增加至少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%。就範圍而言，通過進行冷加工和熱處理操作，可以使基礎合金的屈服強度增加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產的合金產品不僅沿冷加工的方向實現了改善的強度特徵，而且出乎意料地在其他方向上也表現出改善的和/或甚至更好的強度特徵。冷加工的方向是指例如通過軋製對基礎合金進行冷加工的方向，或者是晶粒伸長的方向。冷加工的方向對應於冷加工後的合金的長度和所生產的銅鈹合金產品的長度。因此，冷加工的方向也可以稱為縱向。本文中使用橫向來描述對應於冷加工後的合金的寬度和所生產的銅鈹合金產品的寬度的方向，橫向是橫向於或垂直於縱向或冷加工的方向。可以通過使用與縱向成一定角度的角度來表示橫向和縱向之 間的其他方向。例如，30°方向是指從縱向旋轉了30°(因此從橫向旋轉了60°)的方向，而45°方向是指從縱向或橫向旋轉了45°的方向。

已經發現，本文所述的方法始終生產出了沿冷加工的方向具有如下極限抗拉強度的銅鈹合金產品：大於200ksi，例如，大於205ksi，大於210ksi，大於215ksi，大於220ksi，大於225ksi，大於230ksi，大於235ksi，大於240ksi或更大。本文所述的方法還始終生產出了沿冷加工的方向具有如下0.2%偏移屈服強度的銅鈹合金產品：大於200ksi，例如，大於205ksi，大於210ksi，大於215ksi，大於220ksi，大於225ksi或更大。

令人驚訝的是，本文所述的方法還始終生產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強度特徵的銅鈹合金產品。這是意料之外的，因為如上所述，使用常規方法生產的常規銅鈹合金產品通常在除冷加工的方向以外的其他方向上具有降低或較差的強度特徵。例如，對於使用許多常規方法加工的銅鈹合金產品，橫向上的抗拉強度通常比冷加工的方向上的抗拉強度低5%至10%，類似地，橫向上的屈服強度通常比冷加工的方向上的屈服強度低5%至10%。

相反，本文所述的方法始終生產出了在除冷加工的方向之外的其他方向上具有相當的或進一步改善的強度特徵的銅鈹合金產品。例如，使用本文所述的方法生產的銅鈹合金產品沿45°方向的強度特徵與沿冷加工的方向的強度特徵相當或相似，沿橫 向的強度特徵優於沿冷加工的方向的強度特徵。

例如，已經發現，本文所述的方法始終生產出了沿45°方向具有如下極限抗拉強度的銅鈹合金產品：大於200ksi，例如，大於205ksi，大於210ksi，大於215ksi，大於220ksi，大於225ksi，大於230ksi，大於235ksi，大於240ksi或更大，或更大。本文所述的方法也始終生產出了沿45°方向具有如下0.2%偏移屈服強度的銅鈹合金產品：大於200ksi，例如，大於205ksi，大於210ksi，大於215ksi，大於220ksi，大於225ksi或更大。

此外，已經發現，本文所述的方法始終生產出了沿著橫向具有如下極限抗拉強度的銅鈹合金產品：大於215ksi，例如，大於220ksi，大於225ksi，大於230ksi，大於235ksi，大於240ksi，大於245ksi，或更大。本文所述的方法也始終生產出了沿橫向具有如下0.2%偏移屈服強度的銅鈹合金產品：大於200ksi，例如，大於205ksi，大於210ksi，大於215ksi，大於220ksi，大於225ksi，大於230ksi或更大。

根據加工條件，如通過將橫向上的極限抗拉強度與冷加工的方向上的極限抗拉強度進行比較計算出的，橫向上的抗拉強度可以比冷加工的方向上的抗拉強度大至少5%，例如，至少6%，至少7%，至少8%，至少9%或至少10%。就範圍而言，橫向上的抗拉強度可以比冷加工的方向上的抗拉強度大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，橫向上的抗拉強度可以比冷加工的方向上的抗拉強度大小於10%，小於9%，小於8%，小於7%或小於6%。

類似地，如通過將橫向上的0.2%偏移屈服強度與冷加工的方向上的0.2%偏移屈服強度進行比較計算出的，橫向上的屈服強度可以比冷加工的方向上的屈服強度大至少5%，例如，至少6%，至少7%，至少8%，至少9%，或至少10%。就範圍而言，橫向上的屈服強度可以比冷加工的方向上的屈服強度大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，橫向上的屈服強度可以比冷加工的方向上的屈服強度大小於10%，小於9%，小於8%，小於7%或小於6%。

不受理論的束縛，在除冷加工的方向之外的方向上的相當的或改善的強度特徵可能是由於前面提到的伸長的晶粒結構和取向角導致的。

通過生產在除冷加工的方向以外的方向上具有相當的或進一步改善的強度特徵的銅鈹合金產品，本文所述的方法和所生產的銅鈹合金產品因此能夠使下游加工(例如，將條帶形式的銅鈹合金產品安裝或定位在其他設備(例如消費者移動設備)中)具有更大的靈活性。

通常將本文所述的銅鈹合金產品加工成條帶，條帶滿足 由國際ASTM、國際SAE(汽車工程師協會)、RWMA(區域壁運動異常)、歐洲標準EN、日本工業標準和軍事標準等設定的包括但不限於以下標準的一項或多項：ASTM B194，AMS 4530，AMS 4532，SAE J461，SAE J463，EN 1654，EN 13148，EN 14436，JIS H3130，QQC-533等。

實施例：

提供以下實施例來說明本發明的合金和方法。實施例僅是說明性的，並不意在將本發明限制於本文所述的材料、條件或製程參數。

實施例1-實施例4和比較例A-比較例C

使用本文所述的方法製備了實施例1-實施例4。利用包含以下組分的銅鈹合金片：96.3wt%至99.5wt%的銅，0.15wt%至2wt%的鈹，0wt%至2.7wt%的鈷，0wt%至2.2wt%的鎳，以及0wt%至0.5wt%的鋯。

步驟1：通過(i)將合金片初步冷加工至期望最終厚度的約4倍的厚度；以及(ii)對初步冷加工後的合金進行熱處理，來製備銅鈹基礎合金。熱處理包括：(a)在1390℉下固溶退火0.83分鐘，然後進行空氣淬火；以及(b)在545℉的溫度下進行批量老化(bulk aging)3小時。銅鈹基礎合金包括均勻的等軸晶粒，晶粒相對於初步冷加工表面的取向角(例如，晶界的取向)為約45°。

步驟2：通過冷軋對銅鈹基礎合金進行冷加工，以實現 74%至75%的CRA，從而得到冷加工後的合金。冷加工後的合金包括扁平且伸長的晶粒。晶粒相對於冷加工表面的取向角接近0°。

步驟3：然後對冷加工後的合金進行熱處理以生產銅鈹合金產品(實施例1-實施例4)。熱處理是通過在600℉下進行2.88分鐘的線材老化來進行的，從而通過沉澱硬化進一步改善了冷加工後的合金的強度特徵。進行線材老化後，基本維持了扁平且伸長的晶粒結構和晶粒的約0°取向角。實施例1-實施例4的代表性晶粒結構示於圖2D中。

如下製備比較例A、比較例B和比較例C。利用包含以下組分的銅鎳錫合金片來生產比較例A-比較例C：14.5wt%至15.5wt%的鎳，7.5wt%至8.5wt%的錫，0.5wt%或更少的鐵，0.5wt%或更少的鋅，和餘量銅。

該比較例的製備比加工實施例1-實施例4的製備需要更多的製程步驟，例如，更多冷加工和/或熱處理。

步驟1：通過(i)對合金片進行初步冷加工；以及(ii)在1475℉下固溶退火0.65分鐘，然後進行空氣淬火，來製備銅鎳錫基礎合金。銅鎳錫基礎合金包含均勻的等軸晶粒，晶粒相對於初步冷加工表面的取向角(例如，晶界的取向)為大約45°。

步驟2：通過冷軋對銅鎳錫基礎合金進行冷加工，以實現約40%至45%的CRA，從而得到冷加工後的合金。

步驟3：在645℉至660℉下對冷加工後的合金進行批量老化2小時，以生產批量老化後的合金。

步驟4：然後對批量老化後的合金進行進一步冷加工，以實現約40%至45%的CRA，從而生產出進一步冷加工後的合金。因此，通過兩個冷加工步驟，從銅鎳錫基礎合金到進一步冷加工後的合金，總共實現了約65%至70%的CRA。進一步冷加工後的合金不包括扁平或伸長的晶粒。相反，晶粒是粗大且不扁平的。晶粒相對於冷加工表面的取向角大於30°，某些晶粒維持接近45°的取向角。

步驟5：然後對進一步冷加工後的合金進行熱處理，以生產銅鎳錫合金產品(比較例A-比較例C)。熱處理是通過在675℉下進行2.9至3.6分鐘的線材老化來進行的。進行線材老化後，基本維持了進一步冷加工後的合金的晶粒結構和晶粒的取向角。

按照ASTM E8(2016)，測試了實施例1-實施例4和比較例A-比較例C的極限抗拉強度(UTS)、0.2%偏移屈服強度(YS)和斷裂伸長率(%E)。

下表1-表3列出了實施例1-實施例4的極限抗拉強度(UTS)、0.2%偏移屈服強度(YS)和斷裂伸長率(%E)。

下表4-表6列出了比較例A-比較例C的極限抗拉強度(UTS)、0.2%偏移屈服強度(YS)和斷裂伸長率(%E)。如上所述，比較例A-比較例C是通過涉及更多冷加工和/或熱處理步驟的常規方法製備的。

如表1-表3所示，本文所述的方法始終生產出了在縱向上表現出令人驚訝的強度特徵的銅鈹合金產品，例如，極限抗拉強度大於或為約1500MPa，0.2%偏移屈服強度大於或為約1470MPa，和/或斷裂伸長率大於或為約1.8%。

相反，如表4-表6所示，銅鎳錫合金產品在縱向上表現出約1400MPa的極限抗拉強度、1370MPa的0.2%偏移屈服強度、和/或約1.6%或1.7%的斷裂伸長率。

因此，當與銅鎳錫合金產品相比，使用本文所述的方法生產的銅鈹合金產品在縱向上表現出超過100MPa或7.1%的極限 抗拉強度改善，和/或超過100MPa或7.3%的0.2%偏移屈服強度改善。另外，銅鈹合金產品進一步表現出改善的斷裂伸長率。

出乎意料的是，也如表1-表3所示，與沿縱向相比，銅鈹合金產品在橫向上也始終表現出相當或甚至更好的強度特徵。

相反，如表4-表6所示，與沿縱向相比，銅鎳錫合金產品在橫向和45°方向上表現出降低的0.2%偏移屈服強度。因此，由於在橫向和45°方向上的降低的強度特性，銅鎳錫合金產品可能會對隨後如何對合金產品進行加工和/或如何將其安裝到最終產品中施加限制。

如按照ASTM E796-94(2000)所進行的，測試了使用本文所述的方法生產的銅鈹合金產品的疲勞強度性能。圖3A-圖3D分別繪製了實施例1-實施例4的疲勞強度與循環的函數關係。作為對比，圖3A-圖3D還示出了表示比較例A-比較例C的疲勞強度的平均值的線(相同的線出現在圖3A-圖3D中)。本公開的銅鈹合金產品優於銅鎳錫合金產品。圖3A-圖3D示出了實施例1-實施例4(上方線)相對於比較例A-比較例C(下方線)在疲勞測試中表現出的令人驚訝的改善。

特別地，實施例1-實施例4在10⁴個測試循環後、10⁵個測試循環後、甚至10⁶個測試循環後均表現出極高的疲勞強度。這些疲勞強度值顯著高於比較例A-C的疲勞強度值。例如，如圖3A所示，在10⁶個循環下，實施例1表現出大約或超過600MPa的疲勞應力，而對比平均值表現出大約450MPa的疲勞應力。與對 比平均值相比，實施例1在疲勞強度方面表現出顯著改善，例如至少30%。

如實施例1-實施例4和比較例A-比較例C所顯示的，使用本文所述的方法生產的銅鈹合金產品始終表現出優於銅鎳錫合金產品的強度特徵。另外，與沿縱向相比，使用本文所述的方法生產的銅鈹合金產品在橫向和45°方向上表現出相當或更好的強度特徵。與沿縱向相比，銅鎳錫合金產品在橫向和45°方向上表現出更低的強度，例如，更低的0.2%偏移屈服強度。因此，銅鈹合金產品不僅能夠實現更廣泛的應用，尤其是需要高強度性能的應用，而且還為隨後的加工以及將合金產品安裝到最終產品中提供了靈活性。

此外，通過對銅鈹基礎合金進行一次冷加工來實現75%的CRA，可以更有效地生產銅鈹合金產品。相反，銅鎳錫合金產品的生產涉及兩個冷加工步驟，每個步驟實現40%至45%的CRA，以使銅鎳錫合金產品獲得最高強度值。因此，與現有的合金產品和方法相比，使用本文所述的方法生產的銅鈹合金產品提供了性能和生產優勢。

實施例5-實施例7

使用類似於製備實施例1-實施例4的方法製備實施例5-實施例7，不同之處在於，在步驟2中對不同的實施例應用不同百分比的CRA。具體地，通過冷軋對實施例5、實施例6和實施例7進行冷加工，以分別實現約(或略超過)40%的CRA、58%的CRA 和70%的CRA。實施例5、實施例6和實施例7的晶粒結構分別示於圖2A、圖2B和圖2C中。實施例5、實施例6和實施例7的晶粒取向分別為40°-45°、約10°、和約0°。

如上所述，測試了實施例5-實施例7的疲勞強度。圖4A-圖4C分別示出了實施例5-實施例7的疲勞測試結果資料點。圖4D示出了如上所討論的實施例1-實施例4(CRA為約75%)的組合的疲勞測試結果資料點。實施例5-實施例7在10⁶個測試循環下的疲勞強度分別約為400MPa、450MPa和500MPa。

作為對比，圖4A-圖4D也示出了表示CRA為65%至70%的銅鎳錫合金產品的疲勞強度的平均值的線(相同的線出現在圖4A-圖4D)。

如圖4A-圖4D所示，隨著CRA百分比的增加，銅鈹合金產品的疲勞強度性能也有所提高-隨著CRA增加，與對比平均線相比，資料點顯示出更好的性能。

特別地，在10⁶個測試循環下，所有實施例1-7的疲勞強度均優於銅鎳錫合金產品-大多數(若不是全部)資料點均顯著高於對比平均線。實際上，即使經過10⁶個測試循環後，許多實施例資料點也沒有顯示出斷裂或失效(跳動)。

此外，隨著CRA百分比的增加，銅鈹合金產品在更寬範圍的測試循環下表現出更好的疲勞強度性能。例如，如圖4B所示，在58%的CRA下，當經過10⁵個或更多個測試循環後，實施例6表現出與銅鎳錫合金產品相當或比其更大的峰值應力。如圖 4C所示，在70%的CRA下，當經過10⁴個或更多個測試循環後，實施例7表現出比銅鎳錫合金產品更大的峰值應力。如圖D所示，在75%的CRA下，在基本所有測試循環下，實施例1-實施例4均表現出比銅鎳錫合金產品更大的峰值應力。

實施例8-實施例13和比較例D

使用類似於製備實施例1-實施例4的方法製備實施例8-實施例13，不同之處在於，在步驟2中對不同的實施例應用不同百分比的CRA(均超過40%的CRA)。此時沒有進行步驟3。應當注意的是，在步驟3完成後，將維持此時獲得的晶粒結構。使用類似於製備實施例8-實施例13的方法製備比較例D，不同之處在於，在步驟2中應用較低的CRA百分比(低於40%)。

下表7列出了實施例8-實施例13和比較例D的CRA百分比、晶粒結構的取向角、極限抗拉強度(UTS)、0.2%偏移屈服強度(YS)以及10⁶個測試循環下的疲勞強度(FS)(在縱向上)。應當注意，實施例13的疲勞強度值是測試值，實施例8-實施例12和比較例例D的疲勞強度值是基於實施例1-實施例4在10⁶個測試循環下的測試疲勞強度值的估計值(在縱向上)，如下表7所示。

如表7所示，隨著CRA的百分比增加，實施例8-實施例13的疲勞強度繼續增加。重要的是，當CRA的百分比小於40%時，例如，在比較例D的情況下為32%時，儘管可以實現相當的極限抗拉強度和/或屈服強度，但是疲勞強度顯著更低，例如小於400MPa，例如小於385MPa。此外，隨著CRA的百分比繼續增加到高水準，維持了並且沒有損害實施例8-實施例13的極限抗拉強度和屈服強度。

圖5A-圖5G分別示出了比較例D和實施例8-實施例13的微結構。如圖所示，當CRA的百分比小於40%時，例如在比較 例D的情況下，大量晶粒保持等軸，45°晶粒取向角較為普遍。當CRA的百分比增加到大於40%時，例如在實施例8-實施例13的情況下，晶粒變得伸長且扁平，晶粒取向角從45°減小到接近0°，例如在實施例11-實施例13的情況下。在步驟3中完成熱處理後，將會維持伸長且扁平的晶粒結構和減小的晶粒取向角(例如，小於45°或甚至接近0°)。

如上所述，本文所述的銅鈹合金產品的優異的疲勞強度可歸因於伸長且扁平的晶粒結構和/或減小的晶粒結構的取向。隨著CRA的百分比增加，例如增加至大於40%，晶粒變得更加伸長和/或扁平，晶粒的取向角減小，這導致表面晶界減少，裂紋起始部位減少，以及強度特徵改善。

應當注意，表7所示的實施例8-實施例13的極限抗拉強度和屈服強度值是在步驟3的熱處理之前獲得的。因此，實施例8-實施例13的極限抗拉強度和屈服強度值低於實施例1-實施例4的極限抗拉強度和屈服強度值。包括進一步熱處理將進一步改善實施例8-實施例13的強度性能，使其達到與實施例1-實施例4相似的水準，同時維持伸長且扁平的晶粒結構和減小的晶粒取向角。

儘管如此，實施例8-實施例13的極限抗拉強度和屈服強度良好，並且與表4所示的銅鎳錫合金產品或比較例A-比較例C的極限抗拉強度和屈服強度相當。然而，銅鎳錫合金產品需要顯著更多的加工，例如更多的熱處理和/或冷加工步驟，來實現性能水準。因此，使用本文所述的方法，在進行或不進行進一步熱處 理(例如，最終線材老化)的情況下，能夠通過較少的加工步驟(例如，較少的冷加工和/或熱處理步驟)來實現改善的疲勞強度以及相當的或更好的極限抗拉強度和屈服強度。因此，不僅可以通過減少製程步驟來提高生產效率，而且還能夠實現相當或更好的強度特徵。

比較例E

使用類似於製備比較例A-比較例C的方法製備銅鎳錫產品的額外比較例E。因此，將銅鎳錫合金產品加工到實現總共65%至70%的CRA。圖6A和圖6B示出了銅鎳錫合金產品的比較例E的微結構。圖6A示出了縱向上的微結構。圖6B示出了橫向上的微結構。如圖6A和圖6B所示，在總共接近70%的CRA下，縱向和橫向上的晶粒均粗大且不扁平。晶粒在縱向上表現出6：1至8：1的縱橫比，在橫向上表現出約2：1的縱橫比。一些殘餘晶粒甚至在橫向上維持接近1：1的縱橫比或等軸的晶粒結構。此外，一些晶粒(或晶界)在縱向上具有30°至45°的取向角，而大量晶粒(或晶界)在橫向上仍維持接近45°的取向角。

通過比較圖2A-圖2D、圖5B-圖5G中示出的晶粒結構和圖6A、圖6B中所示的晶粒結構(對比)，可以看出，與銅鎳錫合金產品(圖6A和圖6B)相比，使用本文所述的方法生產的銅鈹合金產品(圖2A-圖2D和圖5B-圖5G)表現出非常不同的晶粒結構。甚至在非常高百分比的CRA(例如，約70%)下，在相似百分比的CRA的銅鈹合金產品中獲得的伸長且扁平的晶粒結構無法 在銅鎳錫合金產品中獲得。

據推測，銅鈹的伸長且扁平的晶粒使銅鈹合金產品能夠實現銅鎳錫合金產品無法實現的優異的強度特徵，銅鎳錫合金產品具有等軸、不伸長和/或粗大的晶粒。銅鎳錫合金產品中的晶粒結構的殘餘的高取向角(例如，接近45°)不利地為疲勞裂紋起始提供容易的滑移面，而對於銅鈹合金，當將這些產品冷加工至高百分比的CRA時，晶粒取向角接近0°，例如，圖2C和2D、圖5E-圖5G、表7和實施例11-實施例13中示出的。

實施方式

考慮以下實施方式。考慮特徵和實施方式的所有組合。

實施方式1：一種用於生產銅鈹合金產品的方法，該方法包括：製備具有0.15wt%-4.0wt%的鈹且具有晶粒和初始橫截面積的基礎合金；將基礎合金冷加工至基於初始橫截面積的面積冷縮(CRA)百分比大於40%；以及對冷加工後的合金進行熱處理，以生產銅鈹合金產品；當沿著冷加工的方向觀察時，銅鈹合金產品的晶粒結構相對於冷加工面的取向角小於45°；該銅鈹合金產品在經過10⁶個測試循環後表現出至少385MPa的疲勞強度。

實施方式2：根據實施方式1所述的實施方式，其中，將基礎合金冷加工至70%至80%的CRA百分比。

實施方式3：根據實施方式1和實施方式2中任一項所述的實施方式，其中，冷加工後的合金的熱處理在600℉至700℉的溫度下進行1分鐘至5分鐘的時間。

實施方式4：根據實施方式1-實施方式3中任一項所述的實施方式，其中，製備基礎合金包括將合金片初步冷加工至小於0.01英寸的厚度。

實施方式5：根據實施方式1-實施方式4中任一項所述的實施方式，其中，製備基礎合金還包括對初步冷加工後的合金進行熱處理以生產基礎合金。

實施方式6：根據實施方式1-實施方式5中任一項所述的實施方式，其中，初步冷加工後的合金的熱處理包括固溶退火和老化。

實施方式7：根據實施方式1-實施方式6中任一項所述的實施方式，其中，在1350℉至1450℉的溫度下進行固溶退火0.5分鐘至5分鐘的時間。

實施方式8：根據實施方式1至實施方式7中任一項所述的實施方式，其中，在450℉至650℉的溫度下進行老化2小時至4小時的時間。

實施方式9：根據實施方式1-實施方式8中任一項所述的實施方式，其中，所述銅鈹合金產品在冷加工的方向上表現出至少200ksi的極限抗拉強度。

實施方式10：根據實施方式1-實施方式9中任一項所述的實施方式，其中，在橫向於冷加工的方向上測得的銅鈹合金產品的極限抗拉強度比在冷加工的方向上測得的極限抗拉強度大5%至10%。

實施方式11：根據實施方式1-實施方式10中任一項所述的實施方式，其中，所述銅鈹合金產品沿冷加工的方向表現出至少200ksi的0.2%偏移屈服強度。

實施方式12：根據實施方式1-實施方式11中任一項所述的實施方式，其中，在橫向於冷加工的方向上測得的銅鈹合金產品的0.2%偏移屈服強度比在冷加工的方向上測得的0.2%偏移屈服強度大5%至10%。

實施方式13：根據實施方式1-實施方式12中任一項所述的實施方式，其中，冷加工後的合金的極限抗拉強度比基礎合金的極限抗拉強度大10%至30%。

實施方式14：根據實施方式1-實施方式13中任一項所述的實施方式，其中，銅鈹合金產品的極限抗拉強度比基礎合金的極限抗拉強度大15%至50%。

實施方式15：根據實施方式1-實施方式14中任一項所述的實施方式，其中，冷加工後的合金產品的0.2%偏移屈服強度比基礎合金的0.2%偏移屈服強度大20%至40%。

實施方式16：根據實施方式1-實施方式15中任一項所述的實施方式，其中，銅鈹合金產品的0.2%偏移屈服強度比基礎合金的0.2%偏移屈服強度大25%至70%。

實施方式17：根據實施方式1-實施方式16中任一項所述的實施方式，其中，銅鈹合金產品的晶粒在冷加工的方向上伸長。

實施方式18：根據實施方式1-實施方式17中任一項所述 的實施方式，其中，銅鈹合金產品的晶粒的長度與厚度的縱橫比大於1：1。

實施方式19：根據實施方式1-實施方式18中任一項所述的實施方式，其中，銅鈹合金產品的晶粒結構取向角小於15°。

實施方式20：根據實施方式1-實施方式19中任一項所述的實施方式，其中，銅鈹合金產品中的疲勞起始部位的數量比基礎合金中的疲勞起始部位的數量少1%至35%。

實施方式21：一種銅鈹合金產品，其包括0.5-4.0wt%的鈹和銅，且具有晶粒；該銅鈹合金產品的晶粒通常沿共同的方向伸長，當沿晶粒伸長的方向觀察時，晶粒結構的取向角小於45°；銅鈹合金產品經過10⁶個測試循環後具有至少385MPa的疲勞強度。

實施方式22：根據實施方式21所述的實施方式，其中，所述晶粒的長度與寬度的縱橫比為1：1至9：1。

實施方式23：根據實施方式21和實施方式22中任一項所述的實施方式，其中，晶粒結構取向角小於15°。

實施方式24：根據實施方式21-實施方式23中任一項所述的實施方式，其中，銅鈹合金產品沿晶粒伸長的方向具有至少200ksi的極限抗拉強度。

實施方式25：根據實施方式21-實施方式24中任一項所述的實施方式，其中，銅鈹合金產品在橫向於晶粒伸長的方向上具有至少200ksi的極限抗拉強度。

實施方式26：根據實施方式21-實施方式25中任一項所述的實施方式，其中，在橫向於晶粒伸長的方向上的極限抗拉強度比在晶粒伸長的方向上的極限抗拉強度大5%至10%。

實施方式27：根據實施方式21-實施方式26中任一項所述的實施方式，其中，銅鈹合金產品沿晶粒伸長的方向具有至少200ksi的0.2%屈偏移服強度。

實施方式28：根據實施方式21-實施方式27中任一項所述的實施方式，其中，銅鈹合金產品在橫向於晶粒伸長的方向上具有至少200ksi的0.2%偏移屈服強度。

實施方式29：根據實施方式21-實施方式28中任一項所述的實施方式，其中，在橫向於晶粒伸長的方向上的0.2%偏移屈服強度比在晶粒伸長的方向上的0.2%偏移屈服強度大5%至10%。

實施方式30：根據實施方式21-實施方式29中任一項所述的實施方式，其中，已經對銅鈹合金產品進行冷加工來實現基於基礎合金的初始橫截面積的大於40%的面積冷縮(CRA)百分比。

實施方式31：根據實施方式21-實施方式30中任一項所述的實施方式，其中，已經對銅鈹合金產品進行冷加工來實現基於基礎合金的初始橫截面積的70%至80%的面積冷縮(CRA)百分比。

實施方式32：根據實施方式21-實施方式31中任一項所述的實施方式，其中，銅鈹合金產品包括小於0.2wt%的鈦。

實施方式33：根據實施方式21-實施方式32中任一項所述的實施方式，其中，銅鈹合金產品包括小於0.2wt%的錫。

實施方式34：根據實施方式21-實施方式33中任一項所述的實施方式，其中，銅鈹合金產品包含1.8%-2.0%的鈹。

雖然已經詳細描述了本發明，但是在本發明的精神和範圍內的修改對於本領域技術人員來說是顯而易見的。鑒於前述討論、本領域中的相關知識和以上討論的參考文獻以及背景技術和具體實施方式，其全部公開內容通過引用併入本文。另外，應該理解，下面和/或申請專利範圍中記載的本發明的各個方面以及各種實施方式和各種特徵的部分可以全部或部分地組合或互換。如本領域技術人員將理解的，在各種實施方式的上述描述中，參考另一個實施方式的實施方式可適當地與其它實施方式組合。此外，本領域普通技術人員將理解的是，前面的描述僅作為示例，而不意在限制。

100:方法

110、120、130:操作

Claims (21)

1. 一種用於生產銅鈹合金產品的方法，包括：製備具有0.15wt%至4.0wt%的鈹且具有晶粒和初始橫截面積的基礎合金；基於所述初始橫截面積，將所述基礎合金冷加工至面積冷縮(CRA)百分比大於40%；以及對冷加工後的所述基礎合金進行熱處理，以生產所述銅鈹合金產品；其中當沿著所述冷加工的方向觀察時，所述銅鈹合金產品的晶粒結構相對於冷加工面的取向角小於45°；其中所述銅鈹合金產品在經過10⁶個測試循環後表現出至少385MPa的疲勞強度。
2. 如請求項1所述的用於生產銅鈹合金產品的方法，其中將所述基礎合金冷加工至CRA百分比為70%至80%。
3. 如請求項1所述的用於生產銅鈹合金產品的方法，其中冷加工後的所述基礎合金的所述熱處理在小於800℉的溫度下進行，和/或進行小於10分鐘。
4. 如請求項1所述的用於生產銅鈹合金產品的方法，其中冷加工後的所述基礎合金的所述熱處理在600℉至700℉的溫度下進行1分鐘至5分鐘。
5. 如請求項1所述的用於生產銅鈹合金產品的方法，其中製備所述基礎合金包括將合金片初步冷加工至厚度小於0.01英寸。
6. 如請求項5所述的用於生產銅鈹合金產品的方法，其中製備所述基礎合金還包括對初步冷加工後的所述合金片進行熱處理以生產所述基礎合金。
7. 如請求項6所述的用於生產銅鈹合金產品的方法，其中初步冷加工後的所述合金片的所述熱處理包括固溶退火和老化。
8. 如請求項7所述的用於生產銅鈹合金產品的方法，其中所述固溶退火在1350℉至1450℉的溫度下進行0.5分鐘至5分鐘。
9. 如請求項7所述的用於生產銅鈹合金產品的方法，其中所述老化在450℉至650℉的溫度下進行2小時至4小時。
10. 如請求項1所述的用於生產銅鈹合金產品的方法，其中所述銅鈹合金產品在所述冷加工的方向上表現出至少200ksi的極限抗拉強度。
11. 如請求項1所述的用於生產銅鈹合金產品的方法，其中在橫向於所述冷加工的方向上測得的所述銅鈹合金產品的極限抗拉強度比在所述冷加工的方向上測得的極限抗拉強度大5%至10%。
12. 如請求項1所述的用於生產銅鈹合金產品的方法，其中所述銅鈹合金產品沿所述冷加工的方向表現出至少200ksi的0.2%偏移屈服強度。
13. 如請求項1所述的用於生產銅鈹合金產品的方法，其中在橫向於所述冷加工的方向上測得的所述銅鈹合金產品的0.2%偏移屈服強度比在所述冷加工的方向上測得的0.2%偏移屈服強度大5%至10%。
14. 如請求項1所述的用於生產銅鈹合金產品的方法，其中所述銅鈹合金產品的所述晶粒在所述冷加工的方向上是伸長的或扁平的。
15. 如請求項1所述的用於生產銅鈹合金產品的方法，其中所述銅鈹合金產品的晶粒結構取向角小於15°。
16. 如請求項1所述的用於生產銅鈹合金產品的方法，其中所述銅鈹合金產品中的疲勞起始部位的數量比所述基礎合金中的疲勞起始部位的數量少1%至35%。
17. 一種銅鈹合金產品，包括：0.5wt%至4.0wt%的鈹；以及銅；且具有晶粒；其中所述銅鈹合金產品的所述晶粒在共同的方向上基本上是伸長的或扁平的，當沿晶粒伸長的方向觀察時，晶粒結構的取向角小於45°； 其中所述銅鈹合金產品經過106個測試循環後具有至少385MPa的疲勞強度。
18. 如請求項17所述的銅鈹合金產品，其中所述晶粒結構的取向角小於15°。
19. 如請求項17所述的銅鈹合金產品，其中在橫向於所述晶粒伸長的方向上的極限抗拉強度比在所述晶粒伸長的方向上的極限抗拉強度大5%至10%，和/或其中在橫向於所述晶粒伸長的方向上的0.2%偏移屈服強度比在所述晶粒伸長的方向上的0.2%偏移屈服強度大5%至10%。
20. 如請求項17所述的銅鈹合金產品，其中基於基礎合金的初始橫截面積，所述銅鈹合金產品已被冷加工來實現面積冷縮(CRA)百分比大於40%。
21. 如請求項17所述的銅鈹合金產品，其中基於基礎合金的初始橫截面積，所述銅鈹合金產品已被冷加工來實現70%至80%的面積冷縮(CRA)百分比。

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