涂德華， 張鑫

(1.廈門大學嘉庚學院機電工程系， 福建漳州363105;2.安費諾商用電子產(chǎn)品(成都)有限公司， 成都611731)

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銅及銅合金帶彎曲試驗標準對比研究

涂德華1， 張鑫2

(1.廈門大學嘉庚學院機電工程系， 福建漳州363105;2.安費諾商用電子產(chǎn)品(成都)有限公司， 成都611731)

為了提高電子元件材料可靠性和我國銅合金帶行業(yè)的國際競爭力，對比分析了美國標準(ASTM)和中國國家標準(GB)關于銅及銅合金帶彎曲試驗的主要差異。在銅及銅合金帶彎曲試驗標準體系上，美國標準(ASTM)優(yōu)于中國國家標準(GB)。目前，我國銅及銅合金帶標準GB/T2059-2008 和YS/T 1041-2015都引用了適用于所有金屬材料、所有厚度的GB/T232《金屬材料 彎曲試驗方法》作為彎曲試驗標準，沒有引用GB/T 15825.5 《金屬薄板成形性能與試驗方法-第5部分：彎曲試驗》。在銅及銅合金帶彎曲性能測試嚴苛性和適用性上，GB/T15825.5 -2008比GB/T232-2010嚴格及適用，ASTM B820-14a比GB/T15825.5 -2008更嚴格、更適用。為了提升我國銅合金帶標準水平，中國國家標準(GB)組織應該盡快制定專用銅及銅合金帶彎曲試驗標準，或盡快更新銅及銅合金帶彎曲試驗標準體系。

銅；彎曲試驗；標準；對比

引言

銅及銅合金精密帶材是電子工業(yè)、電氣工業(yè)最重要的基礎材料之一。進入二十一世紀后，我國通訊、電力、電子、汽車等行業(yè)迅猛發(fā)展對精密銅帶的需求在數(shù)量上和質(zhì)量上都有大幅度的提高[1]。隨著電子零部件向更快、更小、更智能、更環(huán)保的方向發(fā)展，精密銅及銅合金帶的使用也越來越廣泛。為了提高我國銅及銅合金帶的綜合性能，我國在銅合金晶粒細化及其工藝做了大量的研究工作[2-5]。銅及銅合金帶的彎曲性能在電子零部件的小型化進程中起到了決定性的作用。銅及銅合金帶的彎曲性能優(yōu)劣與材料的硬度、拉伸強度、延伸率、金屬晶粒、合金成分、表面粗糙度等參數(shù)有關。在實際的零件加工中，相同的銅及銅合金帶的彎曲性能表現(xiàn)還會受到模具設計、模具加工質(zhì)量、潤滑條件等間接參數(shù)的影響。如何測試及判定銅及銅合金帶的彎曲性能，國內(nèi)外都制定了通用或?qū)Ｓ脴藴省Ｈ鏘SO國際標準組織發(fā)布了ISO 7438-2005《金屬材料 彎曲試驗》(Metallic materials-Bend test)[6]；我國根據(jù)國際標準ISO 7438-2005《金屬材料：彎曲試驗》(英文版)，在2010年重新起草并出版了GB/T 232-2010《金屬材料：彎曲試驗方法》[7]。美國ASTM組織在2014年更新了銅及銅合金帶的專用彎曲試驗標準 ASTM B820-14a 《銅及銅合金帶材可成形性測定用彎曲試驗的標準試驗方法》(Standard Test Method for Bend Test for Determining the Formability of Copper and Copper Alloy Strip)[8]。對比ASTM和GB在銅及銅合金帶彎曲試驗標準的主要不同點，這對于建立適應市場要求的我國銅及銅合金系列具有很好的參考價值，也能為我國銅及銅合金帶產(chǎn)品參與國際競爭提供有力依據(jù)。

高標準國際化的金屬材料試驗標準是金屬材料性能測試結果可靠性的保障，同時能夠提升我國金屬材料產(chǎn)品的國際競爭力和認可度，打破其他國家因我國測試標準落后而施加的技術封鎖[9]。

1 ASTM和GB銅及銅合金帶彎曲試驗標準的對比研究

對比美國標準(ASTM)與中國國家標準(GB)關于銅及銅合金帶的彎曲試驗標準，二者差異主要存在于標準體系、試驗原理、取樣、檢測判定4個方面。

1.1 標準體系對比

我國在2008年更新了GB/T 15825.5 《金屬薄板成形性能與試驗方法 第5部分：彎曲試驗》。該標準規(guī)定了以最小相對彎曲半徑為指標的金屬薄板彎曲成形性能試驗方法，但只適用于厚度0.3 mm～4.0 mm的金屬薄板[10]。由于銅及銅合金帶的通用厚度在0.1 mm以上，而有的工廠已經(jīng)推出了0.1 mm以下的銅及銅合金帶，GB/T15825.5 存在一定的不適用性。與ISO7438等效的GB/T232規(guī)定的材料厚度范圍寬，我國現(xiàn)行銅及銅合金帶的標準都采用了GB/T232作為彎曲試驗的標準，如GB/T2059-2008《銅及銅合金帶材》[11]和YS/T1041-2015《汽車端子連接器用銅及銅合金帶》[12]。

美國ASTM針對銅及銅合金帶的彎曲性能，專門制定了ASTM B820，適用于0.076 mm～0.79 mm的銅及銅合金帶。該標準在ASTM相關的銅及銅合金帶標準中貫徹執(zhí)行，如2013年更新的ASTM B888/888M-13 《電連接器或彈簧觸點生產(chǎn)用銅合金帶材的標準規(guī)范》(Standard Specification for Copper Alloy Strip for Use in Manufacture of Electrical Connectors or Spring Contacts)[13]。

對比ASTM和GB，ASTM銅及銅合金帶的彎曲性能標準體系針對性強于GB，具體對比見表1。從銅及銅合金帶的彎曲性能標準體系來看，ASTM更加完善、科學，在適用材料和適用厚度上已經(jīng)充分考慮。根據(jù)銅及銅合金的特性，GB可以制定專用的銅及銅合金帶的彎曲試驗標準。

表1 銅及銅合金帶彎曲試驗標準體系對比

1.2 試驗原理對比分析

ASTM B820和GB/T 15825.5 試驗都采用一系列具有不同底部弧面半徑的凸模(或不同厚度的墊模)，將試樣按照90度或180度的角度彎曲成形后，檢查其變形區(qū)外側表面，將該表面不產(chǎn)生裂紋或顯著凹陷的最小相對彎曲半徑作為金屬薄板或銅帶的彎曲成形性能指標[8,10]。

GB/T232試驗是以圓形、方形、矩形或多邊形橫截面試樣在彎曲裝置上經(jīng)受彎曲塑性變形，不改變加力方向, 直至達到規(guī)定的彎曲角度[7]。

對比ASTM和GB，ASTM B820 與GB/T15825.5 試驗原理相似，GB銅及銅合金帶引用的彎曲試驗標準GB/T232不能直接測試出銅及銅合金帶的彎曲成形性能極限。具體對比見表2。

氫醫(yī)學健康產(chǎn)業(yè)在我國是一個新興的產(chǎn)業(yè)，2013年以前，日本進口富氫水登陸中國，最高零售價為一瓶300元人民幣。但新興事物在我國的發(fā)展也是十分迅速的，據(jù)估算，目前氫健康產(chǎn)業(yè)的相關企業(yè)已不下百余家，主要涉及罐裝（袋裝）富氫水、氫水杯、氫水機、氫呼吸機等。

表2 銅及銅合金帶彎曲試驗原理對比

1.3 取樣對比分析

1.3.1 取樣方向

經(jīng)過國內(nèi)外研究和實踐證明，銅及銅合金帶材縱向彎曲(Good Way)和橫向彎曲方向(Bad Way)的彎曲性能存在差異[14-16]。銅及銅合金帶的縱向彎曲(Good Way)和橫向彎曲方向(Bad Way)定義如圖1 所示[15]。

圖1 銅及銅合金帶的縱向、橫向彎曲定義圖

ASTM B820和GB/T 15825.5 都定義了取樣方向。ASTM B820 要求縱向彎曲(Good Way)和橫向彎曲方向(Bad Way)都需要取樣；GB/T15825.5 要求橫向彎曲方向(Bad Way)取樣，有特殊要求時，可增加取樣方向。

GB/T232規(guī)定樣胚的切取位置和方向應按照相關產(chǎn)品標準的要求，沒有明確定義取樣方向。而相關標準GB/T 2059-2008《銅及銅合金帶材》對于取樣方向是任意選取，只有最新的YS/T 1041-2015《汽車端子連接器用銅及銅合金帶》要求縱向彎曲(Good Way)和橫向彎曲方向(Bad Way)都需要取樣。

1.3.2 取樣正、反面

ASTM和GB中，僅GB/T 15825.5 要求對材料的正、反面進行標注并進行同等數(shù)量測試。這一點,GB/T 15825.5 比ASTM B820和GB/T232要求更加嚴謹。

在同一半徑的凸?；驂|模規(guī)格下，ASTM B820規(guī)定的取樣數(shù)量為縱向彎曲(Good Way)和橫向彎曲方向(Bad Way)各取樣5件。如有1件不合格，需要重新取樣；1件以上不合格，不能重新取樣。GB/T 15825.5 規(guī)定的取樣數(shù)量為橫向彎曲方向(Bad Way)取樣6件以上，并按照正、反面各做3次有效重復測試。

GB/T232沒有規(guī)定取樣數(shù)量。相關標準GB/T 2059-2008《銅及銅合金帶材》規(guī)定取樣數(shù)量是任取2卷/批，一個試樣/卷。最新的YS/T1041-2015《汽車端子連接器用銅及銅合金帶》規(guī)定取樣數(shù)量是任取2卷/批，縱向彎曲(Good Way)和橫向彎曲方向(Bad Way)各取樣1件。

1.3.4 取樣寬度、長度

ASTM B820規(guī)定的試樣寬度為12.7 mm±1.5 7 mm(1/2±1/16 Inch)，長度為12.7 mm(1/2 Inch)或以上。

GB/T15825.5 規(guī)定的試樣寬度應大于10倍板料基本厚度，但不應小于20 mm，推薦使用寬度50 mm±0.5 mm，長度150 mm±2 mm。

GB/T232 規(guī)定的試樣寬度為20 mm±5 mm(厚度小于3 mm)或20 mm～50 mm之間(厚度不小于3 mm)，長度沒有明確規(guī)定。

當試樣寬度與厚度比大于10時，材料的彎曲性能基本不再隨著寬度的變化而變化[14]。ASTM B820 和GB/T15825.5 規(guī)定的試樣寬度都考慮了這個特性。而GB/T232沒有考慮這個因素。

對比ASTM和GB，ASTM B820 與 GB15825.5 在彎曲試驗取樣上各有優(yōu)缺點，但GB/T232存在欠缺。具體對比見表3。

表3 銅及銅合金帶彎曲試驗取樣對比

1.4 檢測判定對比

銅及銅合金帶彎曲試驗后，ASTM 和GB都使用是否出現(xiàn)可見裂紋來檢測判定材料彎曲試驗合格與否。GB/T232、GB/T2059及YS/T1041規(guī)定使用肉眼觀察；GB/T15825.5 使用5X放大鏡下觀察；ASTM B820使用30X放大儀器下觀察。從嚴苛程度上對比，GB/T15825.5 比GB/T232嚴格，ASTM B820比GB/T15825.5 更嚴格。2004年，ASTM組織將 B820的放大倍數(shù)由5X提高到30X。GB/T15825.5 在2008年更新版本時，沿用了1995年版本的5X的放大倍數(shù)觀測彎曲外表面要求。而國內(nèi)、外電子元件工廠早已經(jīng)使用顯微鏡檢驗產(chǎn)品。

對于彎曲后，彎曲外表面出現(xiàn)的桔皮(Orange Peel)和粗糙表面(Roughened Surface)等現(xiàn)象，ASTM B820明確表明不能認為是裂紋，并定義了如有裂紋爭議，可以使用150X金相橫截面做進一步判定。GB在這兩個方面都沒有明確的規(guī)定。

對比ASTM和GB，GB15825.5 比GB/T232嚴格，ASTM B820 比 GB15825.5 更嚴格。具體對比見表4。

表4 銅及銅合金帶彎曲試驗判定對比

2 結論

通過對比ASTM和GB在銅及銅合金帶彎曲試驗的不同點，得出如下結論：

(1) 針對銅及銅合金帶彎曲試驗，ASTM建立了比GB更完善、更科學的專用標準體系。

(2) ASTM B820-14a和GB/T15825.5 -2008比GB/T232-2010更適合測試銅及銅合金帶的彎曲性能。

(3) 在銅及銅合金帶彎曲性能測試嚴苛性和適用性上，ASTM B820-14a>GB/T15828.5 -2008>GB/T232-2010。使用更嚴苛標準測試的銅及銅合金帶的產(chǎn)品可靠性也越高。

(4) 為了提高我國電子、電氣元件及其產(chǎn)品的可靠性和銅帶行業(yè)的國際競爭力，我國標準組織可借鑒ASTM優(yōu)秀部分，盡快制定銅及銅合金帶的專用彎曲試驗標準?；蛐抻咷B/T15825.5 ，使其適應金屬薄板向更薄發(fā)展的趨勢，并在相關的銅及銅合金帶標準中作為彎曲試驗標準引用。

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Comparative Study on Bend Test Standards for Copper and Copper Alloy Strip

TUDehua1,ZHANGXin2

(1.Department of Mechanical and Electrical Engineering,Xiamen University Tan Kah Kee College,Zhangzhou 363105,China; 2.Amphenol Commercial Products (Chengdu) Co.,Ltd. ,Chengdu 611731, China)

In order to improve reliability of electronic components and material & increase competitiveness of Chinese copper alloy strip industry in the world, the main difference between ASTM and GB about bend test for copper & copper alloy strip were compared and analyzed. On standard system for bend test for copper & copper alloy strip, ASTM is better than GB. At present, Chinese standards of copper & copper alloy strip GB/ T2059-2008 & YS/T 1041-2015 adopted GB/T232 (Metallicmaterials-Bendtest) for whole thickness & whole metallic materials, did not adopt GB/T 15825.5 (Sheetmetalformabilityandtestmethods-Part5:Bendingtest) . On stringency & applicability of bend test for copper & copper alloy strip, GB/T15825.5 -2008 is better than GB/T232-2010, and ASTM B820-14a is better than GB/T15825.5 -2008. In order to improve the standard level of copper and copper alloy strip, Chinese GB group should make a special standard for bend test for copper & copper alloy strip or update standard system for bend test for copper & copper alloy strip as soon as possible.

copper; bend test; standard; comparison

2016-06-13

涂德華(1975-),女,黑龍江齊齊哈爾人,高級工程師,碩士,主要從事機電元件、精密儀器方面的研究，(E-mail)tudehua1975@163.com;

張 鑫(1975-),男,四川自貢人,高級工程師,碩士,主要從事機電元件、精密儀器方面的研究,(E-mail)edwardzhang100@163.com

1673-1549(2016)05-0043-04

10.11863/j.suse.2016.05.10

TM241；TB302；TG115

A