铜及铜合金带弯曲试验标准对比研究

涂德华， 张鑫

(1.厦门大学嘉庚学院机电工程系， 福建漳州363105;2.安费诺商用电子产品(成都)有限公司， 成都611731)



铜及铜合金带弯曲试验标准对比研究

涂德华1， 张鑫2

(1.厦门大学嘉庚学院机电工程系， 福建漳州363105;2.安费诺商用电子产品(成都)有限公司， 成都611731)

为了提高电子元件材料可靠性和我国铜合金带行业的国际竞争力，对比分析了美国标准(ASTM)和中国国家标准(GB)关于铜及铜合金带弯曲试验的主要差异。在铜及铜合金带弯曲试验标准体系上，美国标准(ASTM)优于中国国家标准(GB)。目前，我国铜及铜合金带标准GB/T2059-2008 和YS/T 1041-2015都引用了适用于所有金属材料、所有厚度的GB/T232《金属材料 弯曲试验方法》作为弯曲试验标准，没有引用GB/T 15825.5 《金属薄板成形性能与试验方法-第5部分：弯曲试验》。在铜及铜合金带弯曲性能测试严苛性和适用性上，GB/T15825.5 -2008比GB/T232-2010严格及适用，ASTM B820-14a比GB/T15825.5 -2008更严格、更适用。为了提升我国铜合金带标准水平，中国国家标准(GB)组织应该尽快制定专用铜及铜合金带弯曲试验标准，或尽快更新铜及铜合金带弯曲试验标准体系。

铜；弯曲试验；标准；对比

引言

铜及铜合金精密带材是电子工业、电气工业最重要的基础材料之一。进入二十一世纪后，我国通讯、电力、电子、汽车等行业迅猛发展对精密铜带的需求在数量上和质量上都有大幅度的提高[1]。随着电子零部件向更快、更小、更智能、更环保的方向发展，精密铜及铜合金带的使用也越来越广泛。为了提高我国铜及铜合金带的综合性能，我国在铜合金晶粒细化及其工艺做了大量的研究工作[2-5]。铜及铜合金带的弯曲性能在电子零部件的小型化进程中起到了决定性的作用。铜及铜合金带的弯曲性能优劣与材料的硬度、拉伸强度、延伸率、金属晶粒、合金成分、表面粗糙度等参数有关。在实际的零件加工中，相同的铜及铜合金带的弯曲性能表现还会受到模具设计、模具加工质量、润滑条件等间接参数的影响。如何测试及判定铜及铜合金带的弯曲性能，国内外都制定了通用或专用标准。如ISO国际标准组织发布了ISO 7438-2005《金属材料 弯曲试验》(Metallic materials-Bend test)[6]；我国根据国际标准ISO 7438-2005《金属材料：弯曲试验》(英文版)，在2010年重新起草并出版了GB/T 232-2010《金属材料：弯曲试验方法》[7]。美国ASTM组织在2014年更新了铜及铜合金带的专用弯曲试验标准 ASTM B820-14a 《铜及铜合金带材可成形性测定用弯曲试验的标准试验方法》(Standard Test Method for Bend Test for Determining the Formability of Copper and Copper Alloy Strip)[8]。对比ASTM和GB在铜及铜合金带弯曲试验标准的主要不同点，这对于建立适应市场要求的我国铜及铜合金系列具有很好的参考价值，也能为我国铜及铜合金带产品参与国际竞争提供有力依据。

高标准国际化的金属材料试验标准是金属材料性能测试结果可靠性的保障，同时能够提升我国金属材料产品的国际竞争力和认可度，打破其他国家因我国测试标准落后而施加的技术封锁[9]。

1 ASTM和GB铜及铜合金带弯曲试验标准的对比研究

对比美国标准(ASTM)与中国国家标准(GB)关于铜及铜合金带的弯曲试验标准，二者差异主要存在于标准体系、试验原理、取样、检测判定4个方面。

1.1 标准体系对比

我国在2008年更新了GB/T 15825.5 《金属薄板成形性能与试验方法 第5部分：弯曲试验》。该标准规定了以最小相对弯曲半径为指标的金属薄板弯曲成形性能试验方法，但只适用于厚度0.3 mm～4.0 mm的金属薄板[10]。由于铜及铜合金带的通用厚度在0.1 mm以上，而有的工厂已经推出了0.1 mm以下的铜及铜合金带，GB/T15825.5 存在一定的不适用性。与ISO7438等效的GB/T232规定的材料厚度范围宽，我国现行铜及铜合金带的标准都采用了GB/T232作为弯曲试验的标准，如GB/T2059-2008《铜及铜合金带材》[11]和YS/T1041-2015《汽车端子连接器用铜及铜合金带》[12]。

美国ASTM针对铜及铜合金带的弯曲性能，专门制定了ASTM B820，适用于0.076 mm～0.79 mm的铜及铜合金带。该标准在ASTM相关的铜及铜合金带标准中贯彻执行，如2013年更新的ASTM B888/888M-13 《电连接器或弹簧触点生产用铜合金带材的标准规范》(Standard Specification for Copper Alloy Strip for Use in Manufacture of Electrical Connectors or Spring Contacts)[13]。

对比ASTM和GB，ASTM铜及铜合金带的弯曲性能标准体系针对性强于GB，具体对比见表1。从铜及铜合金带的弯曲性能标准体系来看，ASTM更加完善、科学，在适用材料和适用厚度上已经充分考虑。根据铜及铜合金的特性，GB可以制定专用的铜及铜合金带的弯曲试验标准。

表1 铜及铜合金带弯曲试验标准体系对比

1.2 试验原理对比分析

ASTM B820和GB/T 15825.5 试验都采用一系列具有不同底部弧面半径的凸模(或不同厚度的垫模)，将试样按照90度或180度的角度弯曲成形后，检查其变形区外侧表面，将该表面不产生裂纹或显著凹陷的最小相对弯曲半径作为金属薄板或铜带的弯曲成形性能指标[8,10]。

GB/T232试验是以圆形、方形、矩形或多边形横截面试样在弯曲装置上经受弯曲塑性变形，不改变加力方向, 直至达到规定的弯曲角度[7]。

对比ASTM和GB，ASTM B820 与GB/T15825.5 试验原理相似，GB铜及铜合金带引用的弯曲试验标准GB/T232不能直接测试出铜及铜合金带的弯曲成形性能极限。具体对比见表2。

氢医学健康产业在我国是一个新兴的产业，2013年以前，日本进口富氢水登陆中国，最高零售价为一瓶300元人民币。但新兴事物在我国的发展也是十分迅速的，据估算，目前氢健康产业的相关企业已不下百余家，主要涉及罐装（袋装）富氢水、氢水杯、氢水机、氢呼吸机等。

表2 铜及铜合金带弯曲试验原理对比

1.3 取样对比分析

1.3.1 取样方向

经过国内外研究和实践证明，铜及铜合金带材纵向弯曲(Good Way)和横向弯曲方向(Bad Way)的弯曲性能存在差异[14-16]。铜及铜合金带的纵向弯曲(Good Way)和横向弯曲方向(Bad Way)定义如图1 所示[15]。

图1 铜及铜合金带的纵向、横向弯曲定义图

ASTM B820和GB/T 15825.5 都定义了取样方向。ASTM B820 要求纵向弯曲(Good Way)和横向弯曲方向(Bad Way)都需要取样；GB/T15825.5 要求横向弯曲方向(Bad Way)取样，有特殊要求时，可增加取样方向。

GB/T232规定样胚的切取位置和方向应按照相关产品标准的要求，没有明确定义取样方向。而相关标准GB/T 2059-2008《铜及铜合金带材》对于取样方向是任意选取，只有最新的YS/T 1041-2015《汽车端子连接器用铜及铜合金带》要求纵向弯曲(Good Way)和横向弯曲方向(Bad Way)都需要取样。

1.3.2 取样正、反面

ASTM和GB中，仅GB/T 15825.5 要求对材料的正、反面进行标注并进行同等数量测试。这一点,GB/T 15825.5 比ASTM B820和GB/T232要求更加严谨。

在同一半径的凸模或垫模规格下，ASTM B820规定的取样数量为纵向弯曲(Good Way)和横向弯曲方向(Bad Way)各取样5件。如有1件不合格，需要重新取样；1件以上不合格，不能重新取样。GB/T 15825.5 规定的取样数量为横向弯曲方向(Bad Way)取样6件以上，并按照正、反面各做3次有效重复测试。

GB/T232没有规定取样数量。相关标准GB/T 2059-2008《铜及铜合金带材》规定取样数量是任取2卷/批，一个试样/卷。最新的YS/T1041-2015《汽车端子连接器用铜及铜合金带》规定取样数量是任取2卷/批，纵向弯曲(Good Way)和横向弯曲方向(Bad Way)各取样1件。

1.3.4 取样宽度、长度

ASTM B820规定的试样宽度为12.7 mm±1.5 7 mm(1/2±1/16 Inch)，长度为12.7 mm(1/2 Inch)或以上。

GB/T15825.5 规定的试样宽度应大于10倍板料基本厚度，但不应小于20 mm，推荐使用宽度50 mm±0.5 mm，长度150 mm±2 mm。

GB/T232 规定的试样宽度为20 mm±5 mm(厚度小于3 mm)或20 mm～50 mm之间(厚度不小于3 mm)，长度没有明确规定。

当试样宽度与厚度比大于10时，材料的弯曲性能基本不再随着宽度的变化而变化[14]。ASTM B820 和GB/T15825.5 规定的试样宽度都考虑了这个特性。而GB/T232没有考虑这个因素。

对比ASTM和GB，ASTM B820 与 GB15825.5 在弯曲试验取样上各有优缺点，但GB/T232存在欠缺。具体对比见表3。

表3 铜及铜合金带弯曲试验取样对比

1.4 检测判定对比

铜及铜合金带弯曲试验后，ASTM 和GB都使用是否出现可见裂纹来检测判定材料弯曲试验合格与否。GB/T232、GB/T2059及YS/T1041规定使用肉眼观察；GB/T15825.5 使用5X放大镜下观察；ASTM B820使用30X放大仪器下观察。从严苛程度上对比，GB/T15825.5 比GB/T232严格，ASTM B820比GB/T15825.5 更严格。2004年，ASTM组织将 B820的放大倍数由5X提高到30X。GB/T15825.5 在2008年更新版本时，沿用了1995年版本的5X的放大倍数观测弯曲外表面要求。而国内、外电子元件工厂早已经使用显微镜检验产品。

对于弯曲后，弯曲外表面出现的桔皮(Orange Peel)和粗糙表面(Roughened Surface)等现象，ASTM B820明确表明不能认为是裂纹，并定义了如有裂纹争议，可以使用150X金相横截面做进一步判定。GB在这两个方面都没有明确的规定。

对比ASTM和GB，GB15825.5 比GB/T232严格，ASTM B820 比 GB15825.5 更严格。具体对比见表4。

表4 铜及铜合金带弯曲试验判定对比

2 结论

通过对比ASTM和GB在铜及铜合金带弯曲试验的不同点，得出如下结论：

(1) 针对铜及铜合金带弯曲试验，ASTM建立了比GB更完善、更科学的专用标准体系。

(2) ASTM B820-14a和GB/T15825.5 -2008比GB/T232-2010更适合测试铜及铜合金带的弯曲性能。

(3) 在铜及铜合金带弯曲性能测试严苛性和适用性上，ASTM B820-14a>GB/T15828.5 -2008>GB/T232-2010。使用更严苛标准测试的铜及铜合金带的产品可靠性也越高。

(4) 为了提高我国电子、电气元件及其产品的可靠性和铜带行业的国际竞争力，我国标准组织可借鉴ASTM优秀部分，尽快制定铜及铜合金带的专用弯曲试验标准。或修订GB/T15825.5 ，使其适应金属薄板向更薄发展的趋势，并在相关的铜及铜合金带标准中作为弯曲试验标准引用。

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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

涂德华(1975-),女,黑龙江齐齐哈尔人,高级工程师,硕士,主要从事机电元件、精密仪器方面的研究，(E-mail)tudehua1975@163.com;

张 鑫(1975-),男,四川自贡人,高级工程师,硕士,主要从事机电元件、精密仪器方面的研究,(E-mail)edwardzhang100@163.com

1673-1549(2016)05-0043-04

10.11863/j.suse.2016.05.10

TM241；TB302；TG115

A