銅及銅合金彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法國家標(biāo)準(zhǔn)討論稿編制說明

1、銅及銅合金彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法國家標(biāo)準(zhǔn)討論稿編制說明一、工作簡況1 立項(xiàng)目的隨著電子元器件向著微型化、薄型化、高密度和高度集成化發(fā)展，電子元器件在長時間使用中產(chǎn)生的熱效應(yīng)不斷增加，部分元器件還可能在更高的溫度下長時間使用，為了保持端子連接器彈片的嵌合力，這就要求材料具有優(yōu)良的抗應(yīng)力松弛性能。國內(nèi)接插件市場占有率比較高，但均以中低端市場為主，而高端的汽車連接器、精密接插件及大規(guī)模集成電路等產(chǎn)品則長期依賴進(jìn)口。造成這種現(xiàn)象的原因主要有兩個方面，一方面是我國對于高彈銅基合金的基礎(chǔ)研究起步較晚，且我國銅合金制備加工能力與發(fā)達(dá)國家相比還有一定差距，工藝條件、裝備水平等方面都有待進(jìn)一步提高；另一方面是隨著

2、客戶對銅基彈性材料性能的要求不斷提高，許多客戶對材料提出了具有抗應(yīng)力松弛特性的隱性需求，而國內(nèi)應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)少，限制了我國對高端連接器及精密接插件等材料進(jìn)行更深層次的研發(fā)工作。國外對應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法已制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，主要有美國ASTM E328“材料和結(jié)構(gòu)的應(yīng)力松弛試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)推薦方法”、日本伸銅協(xié)會技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)JCBA-T309-2004 薄板條彎曲應(yīng)力松弛緩和試驗(yàn)方法等。報據(jù)以上國外標(biāo)準(zhǔn)可以看出，評價材料松弛性能的主要方法兩種，一種是拉伸應(yīng)力松弛，另外是彎曲應(yīng)力松弛。而目前國內(nèi)僅有GB/T 10120-2013“金屬材料拉伸應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法”，缺少相應(yīng)的彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法，且此標(biāo)準(zhǔn)中對測試

3、樣的要求較高、試驗(yàn)周期長、效率低，對設(shè)備的要求比較高，且絕大多數(shù)銅基彈性材料的下游企業(yè)，并未配備檢測機(jī)器和具有檢測能力。目前各種彈性接插件的工作環(huán)境，更與彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)條件相接近，采用彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法，更能代表實(shí)際材料的工作條件，更可滿足多元條件下的應(yīng)力松弛試驗(yàn)要求；另外，由于各企業(yè)也只是獨(dú)立地進(jìn)行應(yīng)力松弛試相關(guān)的簡單的試驗(yàn)性工作，試驗(yàn)方法五花八門，但由于缺乏統(tǒng)一評價標(biāo)準(zhǔn)，致使更多企業(yè)未對其進(jìn)行展開系統(tǒng)地、深層次的研究，限制著其高端方面的使用。因此，制定銅及銅合金彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法就顯得十分重要，對規(guī)范彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)，有利于我國中高端連接器、集成電路用材料的研發(fā)，具

4、有良好的現(xiàn)實(shí)意義。為滿足國內(nèi)外市場對銅及銅合金應(yīng)力松弛性能的需求，更有效的確保產(chǎn)品質(zhì)量，因此制定本標(biāo)準(zhǔn)。2 任務(wù)來源全國有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會在廣泛征求意見的基礎(chǔ)上下發(fā)了有色標(biāo)委 20182號關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)2018年第一批有色金屬國家標(biāo)準(zhǔn)制（修）訂項(xiàng)目計劃文件，正式下達(dá)了銅及銅合金彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法國家標(biāo)準(zhǔn)（計劃號： 20173798-T-610）的起草任務(wù)。寧波興業(yè)盛泰集團(tuán)有限公司為負(fù)責(zé)起草單位。3 項(xiàng)目編制組單位簡況3.1 編制組成員單位本標(biāo)準(zhǔn)由寧波興業(yè)盛泰集團(tuán)有限公司、寧波興業(yè)鑫泰新型電子材料有限公司、安徽鑫科銅業(yè)有限公司、北京有色金屬研究總院、中鋁華中銅業(yè)有限公司、山西春雷銅材有限責(zé)任公

5、司、江西金品銅業(yè)科技有限公司、中色（寧夏）東方集團(tuán)有限公司、國家銅冶煉及加工產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（山東）、凱美龍精密銅帶（河南）有限公司、西北有色金屬研究院等共同起草，以上編制組成員單位均是銅及銅合金彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法的應(yīng)用單位。3.2 主編單位簡介本標(biāo)準(zhǔn)的主編單位是寧波興業(yè)盛泰集團(tuán)有限公司。寧波興業(yè)盛泰集團(tuán)有限公司（以下簡稱盛泰公司）是在寧波慈溪地區(qū)發(fā)展起來的現(xiàn)代化企業(yè)集團(tuán)，為中國高精度銅板帶行業(yè)的領(lǐng)先制造商，母公司歡悅互娛控股有限公司于2007年成功在香港聯(lián)交所主板上市。公司一直致力于銅板帶的專業(yè)化研究、生產(chǎn)、銷售，其“三環(huán)”產(chǎn)品于2007年9月被國家質(zhì)檢總局評為“中國名牌產(chǎn)品”稱號，是

6、中國銅板帶領(lǐng)域僅有的三大“中國名牌產(chǎn)品”之一。“三環(huán)”商標(biāo)被認(rèn)定為中國馳名商標(biāo)和浙江省著名商標(biāo)。盛泰公司的主要產(chǎn)品有：高精度引線框架用銅板帶、高精度錫磷青銅板帶、高精度鋅白銅板帶、高精度紫銅板帶、高精度黃銅板帶、高精度多元合金、銅錫鋅合金及高銅合金等八大系列，其中以電子、汽車行業(yè)用的接插件銅帶和引線框架用銅帶為主導(dǎo)產(chǎn)品，是目前國內(nèi)銅板帶品種系列最全的生產(chǎn)企業(yè)之一。4 主要工作過程2018年3月14日，由全國有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會召集在云南省曲靖市召開了銅及銅合金彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法國家標(biāo)準(zhǔn)第一次工作會議，與會專家對標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了認(rèn)真、熱烈的討論，成立了標(biāo)準(zhǔn)編制組，并進(jìn)行了相應(yīng)的任務(wù)落實(shí)，確定了由

7、寧波興業(yè)盛泰集團(tuán)有限公司為負(fù)責(zé)起草單位，若干相關(guān)單位參與標(biāo)準(zhǔn)起草及驗(yàn)證。編制小組根據(jù)云南曲靖任務(wù)落實(shí)會確定的起草原則，首先整理收集本企業(yè)前期所積累的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為本標(biāo)準(zhǔn)全面、系統(tǒng)、有效的制定奠定了良好的基礎(chǔ)，并通過查閱國內(nèi)外有關(guān)的技術(shù)資料，結(jié)合主要用戶的技術(shù)要求，經(jīng)過多次討論和廣泛征求意見，形成了標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿及編制說明。 二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的論據(jù)（一）編制原則標(biāo)準(zhǔn)編制原則本標(biāo)準(zhǔn)起草單位自接受起草任務(wù)后，成立了本標(biāo)準(zhǔn)編制工作組。初步確定了銅及銅合金彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)起草所遵循的基本原則和編制依據(jù)：1按照中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)化法要求，依據(jù)GB/T 1.1-2009標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則

8、 第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫給出的規(guī)則起草。2.查閱國內(nèi)外有關(guān)彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法的技術(shù)要求。（二）確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容1 題目標(biāo)準(zhǔn)名稱銅及銅合金彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法。2 范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了銅及銅合金材料彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法的術(shù)語和定義、方法原理、試驗(yàn)設(shè)備、試樣、環(huán)境、試驗(yàn)方法、測試報告。本標(biāo)準(zhǔn)適用于厚度為0.11.0mm的銅及銅合金板帶材在恒定應(yīng)變條件下彎曲應(yīng)力松弛性能測試。本標(biāo)準(zhǔn)不適合用特殊銅合金材料，如熱鍍、電鍍、超薄、超厚等銅及銅合金材料彎曲應(yīng)力松弛的測試。3規(guī)范性引用文件本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)方法需要使用試樣的屈服強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)性能，因此引用標(biāo)準(zhǔn)GB/T 34505-2017。GB/T 8

9、170 數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定GB/T 34505-2017 銅及銅合金材料 室溫拉伸試驗(yàn)方法。4 原理 銅及銅合金在長期應(yīng)力及高溫的作用下，若其總變形(總應(yīng)變或總位移)保持不變，隨著時間的延長，其內(nèi)部彈性應(yīng)變會逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄詰?yīng)變，從而引起應(yīng)力松弛現(xiàn)象，是金屬構(gòu)件失效的一種重要形式。松弛穩(wěn)定性是用在一定溫度和應(yīng)力作用下經(jīng)過一定服役時間后剩余應(yīng)力來表示，即剩余應(yīng)力是初始應(yīng)力的百分之幾，稱為應(yīng)力松弛率。5試驗(yàn)設(shè)備5.1試驗(yàn)夾具試樣固定部分試樣契形塊位置調(diào)整塊基準(zhǔn)面測距長lsa 單端固定塊式夾具基準(zhǔn)面試樣加載時試樣卸載時測距長ls永久變形初始變形HiHt試驗(yàn)夾具位置調(diào)整螺絲b 單端固定螺

10、絲式夾具圖1 試樣夾具示意圖參考國外標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)用夾具通常有兩種，實(shí)際使用時可以靈活選擇使用，不同類型裝置對試驗(yàn)結(jié)果沒有明顯影響，使用單端固定螺絲式夾具時，加載螺絲頂部可以設(shè)計成刀片狀，使加載應(yīng)力均勻。5.2加熱裝置加熱設(shè)備，恒溫槽或加熱爐，爐膛內(nèi)保溫區(qū)溫度變化小于5，溫度準(zhǔn)確度小于±0.5。5.3試樣制備位移測定裝置，試樣加熱前后，在自由端負(fù)載位置測定永久變形，使用分辨率不低于10m的儀器測量，例如金相顯微鏡或工具顯微鏡。6試樣6.1本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試樣為等截面長條形試樣，試樣寬度為10±0.05mm，試樣長度100mm（長度可根據(jù)試驗(yàn)片的厚度、初期應(yīng)力等進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整）。tb

11、圖2 試樣示意圖說明：t：試樣厚度 b：試樣寬度6.2試樣的截取和制樣，取樣過程應(yīng)盡量避免過熱和加工硬化對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，必要時可以使用砂紙打磨去除加工部位。6.3試樣應(yīng)該從平整度f3mm的板材上截取，測量平整度時的規(guī)定長度為1000mm。7 環(huán)境 試驗(yàn)測試環(huán)境溫度應(yīng)維持在23±5范圍內(nèi)，且測量高度時試樣及夾具的溫度需與測試環(huán)境溫度達(dá)到一致。8試驗(yàn)方法8.1 初始應(yīng)力，試樣的初始應(yīng)力規(guī)定為試樣規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度Rp0.2的80%，規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度Rp0.2的測試按GB/T 34505-2017的規(guī)定進(jìn)行。國外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試樣初始應(yīng)力應(yīng)小于試樣屈服強(qiáng)度或彈性極限，為了便于標(biāo)準(zhǔn)使用，同時參考

12、了國外企業(yè)實(shí)際試驗(yàn)過程所用的參數(shù)，此處規(guī)定試樣的初始應(yīng)力規(guī)定為試樣屈服強(qiáng)度的80%。8.2 測距長ls，測距長ls應(yīng)當(dāng)不小于初始彎曲變形0的2倍。測距長過短時，樣品彎曲曲率半徑變小，不便于實(shí)際操作，并且容易由于尺寸效應(yīng)產(chǎn)生誤差，測距長過長時，樣品長度增加，制樣難度和試驗(yàn)成本增加。參考國外經(jīng)驗(yàn)，此處規(guī)定測距長ls應(yīng)當(dāng)不小于初始彎曲變形0的2倍。8.3 初始位移，試樣的初始位移按公式（1）計算：（1）式中， ：初始位移（mm）； ：試樣表面最大應(yīng)力（N/mm2）； t ：試樣厚度（mm）； E：彈性模量（N/mm2）； ls：測距長。8.4 初始高度的測量將試樣夾持在夾具上，在試樣自由端規(guī)定位置給

13、予一定彎曲變形，在室溫下靜置3035s后，卸下變形裝置，測定試樣自由端規(guī)定位置到基準(zhǔn)面的高度，即為初始高度Hi。8.5 使用夾具將試樣固定，并放入恒溫槽或加熱爐內(nèi)。當(dāng)溫度到達(dá)設(shè)定溫度的95%后開始計時。到達(dá)規(guī)定時間后，將夾具從恒溫槽或加熱爐中取出，放到常溫處，并卸下變形裝置。當(dāng)試樣冷卻至常溫后，測量試樣規(guī)定位置到基準(zhǔn)面的距離，即為Ht。測量后，再將變形裝置裝上，使試樣彎曲變形。再反復(fù)進(jìn)行上述測試。各個時間下的每個永久彎曲變形量t可根據(jù)公式（2）計算：t=Hi-Ht（2）式中：t永久彎曲變形量；Hi初始高度；Ht應(yīng)力松弛后高度；8.6 應(yīng)力松弛率的計算根據(jù)公式（3），在各個加熱時間下可算出應(yīng)力松

14、弛率：應(yīng)力松弛率=t/0*100%（3）式中，t：測試過后的試樣，在取下裝置后，發(fā)生的永久彎曲變形（mm）； 0：初始彎曲變形（mm）。8.7 應(yīng)力松弛數(shù)值按GB/T 8170 的規(guī)定修約至1%。8 測試結(jié)果報告除非另有規(guī)定，測試報告應(yīng)至少包含如下內(nèi)容：a）材料名稱；b）抗拉強(qiáng)度；c）規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度；d）厚度；e）試樣取樣方向；f）計算彎曲應(yīng)力時的彈性模量；g）試驗(yàn)時間和溫度；h）應(yīng)力松弛率。三、標(biāo)準(zhǔn)水平分析1 標(biāo)準(zhǔn)水平簡析報據(jù)國外相關(guān)的應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)來看，評價金屬材料應(yīng)力松弛性能的主要方法有兩種，一種是拉伸應(yīng)力松弛，另一種是彎曲應(yīng)力松弛。對于拉伸應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法，目前國內(nèi)僅有GB/T

15、 10120-2013“金屬材料拉伸應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法”，該標(biāo)準(zhǔn)對測試樣的要求較高、試驗(yàn)周期長、效率低，對設(shè)備的要求比較高，絕大多數(shù)銅基彈性材料的下游企業(yè)并未配備檢測設(shè)備，不具有相關(guān)的檢測能力；而在彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法中，較為常用的方法主要有：環(huán)狀試樣彎曲應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)法、懸臂梁式彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法等，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB/T10120-2013“金屬材料 拉伸應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法”中對環(huán)狀試樣的彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法中所取樣品的形狀尺寸輪廓等進(jìn)行了明確說明，但該方法對試樣的加工精度要求高，尤其一些超薄帶箔材料，試樣加工較為困難，因此目前普遍采用懸臂梁式彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法評價材料的抗應(yīng)力松弛特性，即一端自由

16、一端固定的加載方式。結(jié)合目前各種銅基電子元器件的工作環(huán)境，更與彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)條件相接近，因此采用彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法，更能代表實(shí)際材料的工作條件，更可滿足多元條件下的應(yīng)力松弛試驗(yàn)要求，但目前國內(nèi)沒有關(guān)于銅及銅合金彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)人員在實(shí)際檢測試驗(yàn)過程中如何正確、有序的實(shí)施彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法，并沒有清晰明確的指導(dǎo)技術(shù)資料?；谏鲜霈F(xiàn)狀，寧波興業(yè)盛泰集團(tuán)有限公司根據(jù)多年研究銅及銅合金帶材抗應(yīng)力松弛特性的經(jīng)驗(yàn)，借鑒美國ASTM E328“材料和結(jié)構(gòu)的應(yīng)力松弛試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)推薦方法”、日本伸銅協(xié)會技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)JCBA-T309-2004 薄板條彎曲應(yīng)力松弛緩和試驗(yàn)方法等標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計了一種在單端彎曲狀態(tài)下，由短片的銅及銅合金試樣在常溫或高溫下進(jìn)行應(yīng)力松弛性能測試的試驗(yàn)方法。本標(biāo)準(zhǔn)相比美國ASTM E328標(biāo)準(zhǔn)具有實(shí)用性強(qiáng)、制樣方便、試驗(yàn)裝置簡單易操作等優(yōu)點(diǎn)，與日本JCBA-T309-2004標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法類似。