1、1铜及铜合金弯曲应力松弛试验方法国家标准讨论稿编制说明一、工作简况1 立项目的随着电子元器件向着微型化、薄型化、高密度和高度集成化发展，电子元器件在长时间使用中产生的热效应不断增加，部分元器件还可能在更高的温度下长时间使用，为了保持端子连接器弹片的嵌合力，这就要求材料具有优良的抗应力松弛性能。国内接插件市场占有率比较高，但均以中低端市场为主，而高端的汽车连接器、精密接插件及大规模集成电路等产品则长期依赖进口。造成这种现象的原因主要有两个方面，一方面是我国对于高弹铜基合金的基础研究起步较晚，且我国铜合金制备加工能力与发达国家相比还有一定差距，工艺条件、装备水平等方面都有待进一步提高；另一方面是随
2、着客户对铜基弹性材料性能的要求不断提高，许多客户对材料提出了具有抗应力松弛特性的隐性需求，而国内应力松弛试验方法标准少，限制了我国对高端连接器及精密接插件等材料进行更深层次的研发工作。国外对应力松弛试验方法已制定相应的标准，主要有美国 ASTM E328“材料和结构的应力松弛试验标准推荐方法”、日本伸铜协会技术标准 JCBA-T309-2004 薄板条弯曲应力松弛缓和试验方法等。报据以上国外标准可以看出，评价材料松弛性能的主要方法两种，一种是拉伸应力松弛，另外是弯曲应力松弛。而目前国内仅有 GB/T 10120-2013“金属材料拉伸应力松弛试验方法”，缺少相应的弯曲应力松弛试验方法，且此标准
3、中对测试样的要求较高、试验周期长、效率低，对设备的要求比较高，且绝大多数铜基弹性材料的下游企业，并未配备检测机器和具有检测能力。目前各种弹性接插件的工作环境，更与弯曲应力松弛试验条件相接近，采用弯曲应力松弛试验方法，更能代表实际材料的工作条件，更可满足多元条件下的应力松弛试验要求；另外，由于各企业也只是独立地进行应力松弛试相关的简单的试验性工作，试验方法五花八门，但由于缺乏统一评价标准，致使更多企业未对其进行展开系统地、深层次的研究，限制着其高端方面的使用。因此，制定铜及铜合金弯曲应力松弛试验方法就显得十分重要，对规范弯曲应力松弛试验，统一数据评价标准，有利于我国中高端连接器、集成电路用材料的
4、研发，具有良好的现实意义。为满足国内外市场对铜及铜合金应力松弛性能的需求，更有效的确保产品质量，因此制定本标准。2 任务来源全国有色金属标准化技术委员会在广泛征求意见的基础上下发了有色标委 20182 号关于转发2018 年第一批有色金属国家标准制（修）订项目计划文件，正式下达了铜及铜合金弯曲应力松弛试验方法国家标准（计划号： 20173798-T-610）的起草任务。宁波兴业盛泰集团有限公司为负责起草单位。3 项目编制组单位简况3.1 编制组成员单位本标准由宁波兴业盛泰集团有限公司、宁波兴业鑫泰新型电子材料有限公司、安徽鑫科铜业有限公司、北京有色金属研究总院、中铝华中铜业有限公司、山西春雷铜
5、材有限责任公司、江西金品铜业科技有限公司、中色（宁夏）东方集团有限公司、国家铜冶炼及加工产品质量监督检验中心（山东）、2凯美龙精密铜带（河南）有限公司、西北有色金属研究院等共同起草，以上编制组成员单位均是铜及铜合金弯曲应力松弛试验方法的应用单位。3.2 主编单位简介本标准的主编单位是宁波兴业盛泰集团有限公司。宁波兴业盛泰集团有限公司（以下简称盛泰公司）是在宁波慈溪地区发展起来的现代化企业集团，为中国高精度铜板带行业的领先制造商，母公司欢悦互娱控股有限公司于2007年成功在香港联交所主板上市。公司一直致力于铜板带的专业化研究、生产、销售，其“三环”产品于2007年9月被国家质检总局评为“中国名牌
6、产品”称号，是中国铜板带领域仅有的三大“中国名牌产品”之一。“三环”商标被认定为中国驰名商标和浙江省著名商标。盛泰公司的主要产品有：高精度引线框架用铜板带、高精度锡磷青铜板带、高精度锌白铜板带、高精度紫铜板带、高精度黄铜板带、高精度多元合金、铜锡锌合金及高铜合金等八大系列，其中以电子、汽车行业用的接插件铜带和引线框架用铜带为主导产品，是目前国内铜板带品种系列最全的生产企业之一。4 主要工作过程2018 年 3 月 14 日，由全国有色金属标准化技术委员会召集在云南省曲靖市召开了铜及铜合金弯曲应力松弛试验方法国家标准第一次工作会议，与会专家对标准进行了认真、热烈的讨论，成立了标准编制组，并进行了
7、相应的任务落实，确定了由宁波兴业盛泰集团有限公司为负责起草单位，若干相关单位参与标准起草及验证。编制小组根据云南曲靖任务落实会确定的起草原则，首先整理收集本企业前期所积累的试验数据，为本标准全面、系统、有效的制定奠定了良好的基础，并通过查阅国内外有关的技术资料，结合主要用户的技术要求，经过多次讨论和广泛征求意见，形成了标准征求意见稿及编制说明。 二、标准编制原则和确定标准主要内容的论据（一）编制原则标准编制原则本标准起草单位自接受起草任务后，成立了本标准编制工作组。初步确定了铜及铜合金弯曲应力松弛试验方法标准起草所遵循的基本原则和编制依据：1 按照中华人民共和国标准化法要求，依据 GB/T 1
8、.1-2009标准化工作导则 第 1 部分：标准的结构和编写给出的规则起草。2.查阅国内外有关弯曲应力松弛试验方法的技术要求。（二）确定标准主要内容1 题目标准名称铜及铜合金弯曲应力松弛试验方法。2 范围本标准规定了铜及铜合金材料弯曲应力松弛试验方法的术语和定义、方法原理、试验设备、试样、3环境、试验方法、测试报告。本标准适用于厚度为 0.11.0mm 的铜及铜合金板带材在恒定应变条件下弯曲应力松弛性能测试。本标准不适合用特殊铜合金材料，如热镀、电镀、超薄、超厚等铜及铜合金材料弯曲应力松弛的测试。3 规范性引用文件本标准规定的试验方法需要使用试样的屈服强度、弹性模量等力学性能，因此引用标准GB
9、/T 34505-2017。GB/T 8170 数值修约规则与极限数值的表示和判定GB/T 34505-2017 铜及铜合金材料 室温拉伸试验方法。4 原理铜及铜合金在长期应力及高温的作用下，若其总变形(总应变或总位移) 保持不变，随着时间的延长，其内部弹性应变会逐渐转变为塑性应变，从而引起应力松弛现象，是金属构件失效的一种重要形式。松弛稳定性是用在一定温度和应力作用下经过一定服役时间后剩余应力来表示，即剩余应力是初始应力的百分之几，称为应力松弛率。5 试验设备5.1 试验夹具试样固定部分试样契形块位置调整块基准面测距长 lsa 单端固定块式夹具基准面试样加载时试样卸载时测距长 ls永久变形初
10、始变形 Hi Ht试验夹具位置调整螺丝b 单端固定螺丝式夹具4图 1 试样夹具示意图参考国外标准，试验用夹具通常有两种，实际使用时可以灵活选择使用，不同类型装置对试验结果没有明显影响，使用单端固定螺丝式夹具时，加载螺丝顶部可以设计成刀片状，使加载应力均匀。5.2 加热装置加热设备，恒温槽或加热炉，炉膛内保温区温度变化小于 5，温度准确度小于0.5。5.3 试样制备位移测定装置，试样加热前后，在自由端负载位置测定永久变形，使用分辨率不低于 10m的仪器测量，例如金相显微镜或工具显微镜。6 试样6.1 本标准规定的试样为等截面长条形试样，试样宽度为 100.05mm，试样长度 100mm（长度可根
11、据试验片的厚度、初期应力等进行适当的调整）。b图 2 试样示意图说明：t：试样厚度b：试样宽度6.2 试样的截取和制样，取样过程应尽量避免过热和加工硬化对试验结果产生影响，必要时可以使用砂纸打磨去除加工部位。6.3 试样应该从平整度 f3mm的板材上截取，测量平整度时的规定长度为 1000mm。7 环境试验测试环境温度应维持在 235范围内，且测量高度时试样及夹具的温度需与测试环境温度达到一致。8 试验方法8.1 初始应力，试样的初始应力规定为试样规定塑性延伸强度R p0.2的80% ，规定塑性延伸强度R p0.2的测试按GB/T 34505-2017的规定进行。国外标准规定试样初始应力应小于
12、试样屈服强度或弹性极限，为了便于标准使用，同时参考了国外企业实际试验过程所用的参数，此处规定试样的初始应力规定为试样屈服强度的80%。8.2 测距长l s，测距长l s应当不小于初始弯曲变形 0的2倍。测距长过短时，样品弯曲曲率半径变小，不便于实际操作，并且容易由于尺寸效应产生误差，测距长过长时，样品长度增加，制样难度和试验成本增加。参考国外经验，此处规定测距长l s应当不小于初始弯曲变形 0的2倍。8.3 初始位移，试样的初始位移按公式（1）计算：t5（1）tEls5.120式中， ：初始位移（mm）；：试样表面最大应力（N/mm2）；t ：试样厚度（mm）；E：弹性模量（N/mm2）；ls
13、：测距长。8.4 初始高度的测量将试样夹持在夹具上，在试样自由端规定位置给予一定弯曲变形，在室温下静置3035s后，卸下变形装置，测定试样自由端规定位置到基准面的高度，即为初始高度Hi。8.5 使用夹具将试样固定，并放入恒温槽或加热炉内。当温度到达设定温度的95%后开始计时。到达规定时间后，将夹具从恒温槽或加热炉中取出，放到常温处，并卸下变形装置。当试样冷却至常温后，测量试样规定位置到基准面的距离，即为Ht。测量后，再将变形装置装上，使试样弯曲变形。再反复进行上述测试。各个时间下的每个永久弯曲变形量t 可根据公式（2）计算：t=Hi-Ht（2）式中：t永久弯曲变形量；Hi初始高度；Ht应力松弛
14、后高度；8.6 应力松弛率的计算根据公式（3），在各个加热时间下可算出应力松弛率：应力松弛率= t/0*100%（3）式中， t：测试过后的试样，在取下装置后，发生的永久弯曲变形（mm）；0：初始弯曲变形（mm）。8.7 应力松弛数值按GB/T 8170 的规定修约至1%。8 测试结果报告除非另有规定，测试报告应至少包含如下内容：a）材料名称；b）抗拉强度；c）规定塑性延伸强度；d）厚度；e）试样取样方向；f）计算弯曲应力时的弹性模量；g）试验时间和温度；h）应力松弛率。6三、标准水平分析1 标准水平简析报据国外相关的应力松弛试验方法标准来看，评价金属材料应力松弛性能的主要方法有两种，一种是拉
15、伸应力松弛，另一种是弯曲应力松弛。对于拉伸应力松弛试验方法，目前国内仅有GB/T 10120-2013“金属材料拉伸应力松弛试验方法”，该标准对测试样的要求较高、试验周期长、效率低，对设备的要求比较高，绝大多数铜基弹性材料的下游企业并未配备检测设备，不具有相关的检测能力；而在弯曲应力松弛试验方法中，较为常用的方法主要有：环状试样弯曲应力松弛实验法、悬臂梁式弯曲应力松弛试验方法等，国内标准GB/T10120-2013“金属材料 拉伸应力松弛试验方法”中对环状试样的弯曲应力松弛试验方法中所取样品的形状尺寸轮廓等进行了明确说明，但该方法对试样的加工精度要求高，尤其一些超薄带箔材料，试样加工较为困难，
16、因此目前普遍采用悬臂梁式弯曲应力松弛试验方法评价材料的抗应力松弛特性，即一端自由一端固定的加载方式。结合目前各种铜基电子元器件的工作环境，更与弯曲应力松弛试验条件相接近，因此采用弯曲应力松弛试验方法，更能代表实际材料的工作条件，更可满足多元条件下的应力松弛试验要求，但目前国内没有关于铜及铜合金弯曲应力松弛试验方法的统一标准，技术人员在实际检测试验过程中如何正确、有序的实施弯曲应力松弛试验方法，并没有清晰明确的指导技术资料。基于上述现状，宁波兴业盛泰集团有限公司根据多年研究铜及铜合金带材抗应力松弛特性的经验，借鉴美国ASTM E328“材料和结构的应力松弛试验标准推荐方法”、日本伸铜协会技术标准
17、JCBA-T309-2004 薄板条弯曲应力松弛缓和试验方法等标准， 设计了一种在单端弯曲状态下，由短片的铜及铜合金试样在常温或高温下进行应力松弛性能测试的试验方法。本标准相比美国ASTM E328标准具有实用性强、制样方便、试验装置简单易操作等优点，与日本JCBA-T309-2004标准试验方法类似。四、与现行相关法律、法规、规章及相关标准，特别是强制性标准的协调性本标准与相关法律、法规、规章及相关标准相协调。五、专利及涉及知识产权本文件起草过程中没有检索到专利和知识产权问题，如果涉及到专利和知识产权时请使用单位与专利和知识产权方协商，本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。六、重大分歧意见的处理经过和依据七、标准作为强制性或推荐性国家标准的建议本标准建议不作为强制性标准，而建议作为推荐性标准。八、贯彻标准的要求和措施建议九、预期效果铜及铜合金弯曲应力松弛试验方法国家标准编制组2018年09月11日
