銅及銅合金加工制品殘余應(yīng)力的測(cè)定方法

1、 銅及銅合金加工制品殘余應(yīng)力的測(cè)定方法 摘要：銅及銅合金板帶材經(jīng)加工和分切后存在著殘余應(yīng)力，這種殘余應(yīng)力會(huì)引起加工制品形狀及尺寸的變化，特別是在電子領(lǐng)域作為框架材料的銅合金，如果存在較大的殘余應(yīng)力，沖裁加工成框架后會(huì)引起撓曲、側(cè)彎、扭轉(zhuǎn)等各種微小的變化，影響產(chǎn)品的使用壽命甚至導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。為了控制殘余應(yīng)力的存在及大小，對(duì)其測(cè)定方法進(jìn)行了研究，關(guān)鍵詞：銅合金加工制品；殘余應(yīng)力；測(cè)定方法；銅及銅合金在加工和熱處理過(guò)程中，必然承受外力的作用以及金屬內(nèi)部金相和組織的轉(zhuǎn)變，在制品內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力，影響材料的疲勞強(qiáng)度、抗應(yīng)力腐蝕性、尺寸穩(wěn)定性和使用壽命，因此研究和控制加工過(guò)程中的應(yīng)力愈來(lái)愈受到重視。一、殘

2、余應(yīng)力測(cè)量方法簡(jiǎn)介殘余應(yīng)力測(cè)定法總體上分破壞性和非破壞性兩大類。將具有殘余應(yīng)力的部分從制品中分離或切割出來(lái)，使應(yīng)力釋放，然后測(cè)量應(yīng)變變化求出殘余應(yīng)力的方法，屬于破壞性方法，其特點(diǎn)是精度高但對(duì)制品損傷大。而非破壞性方法包括x射線法、磁性法和超聲法等，最大特點(diǎn)是無(wú)損檢驗(yàn)但成本高。將殘余應(yīng)力測(cè)定方法進(jìn)一步細(xì)分，可以分為以下四類，即應(yīng)力應(yīng)變法：通過(guò)測(cè)量應(yīng)變來(lái)計(jì)算或評(píng)定應(yīng)力的方法，如x射線法、應(yīng)變片電測(cè)法、光彈性貼片法釋放法、脆性涂層法、中子衍射法和機(jī)械引伸儀法等。分割法：通過(guò)機(jī)械加工或腐蝕去掉制品中的一部分使應(yīng)力釋放，測(cè)量變形來(lái)計(jì)算或評(píng)定應(yīng)力的方法，如分條變形法。、開(kāi)口法、腐蝕剝離和機(jī)械剝離法等?；瘜W(xué)

3、浸泡熏蒸法：通過(guò)化學(xué)試劑的浸泡或熏蒸使制品應(yīng)力釋放，根據(jù)應(yīng)力釋放后的表現(xiàn)形態(tài)來(lái)評(píng)定應(yīng)力情況，如硝酸亞汞試驗(yàn)法、氨熏試驗(yàn)法脅等。物理參數(shù)法：通過(guò)物理參數(shù)的變化來(lái)測(cè)量殘余應(yīng)力的方法，如超聲波法、磁性法等。二、銅及銅合金加工制品殘余應(yīng)力的測(cè)定方法1.分條。分條變形方法關(guān)鍵操作之一是細(xì)條的分切，其原則是在保證分切精度的前提下不產(chǎn)生新的變形和應(yīng)力。常用的方法有鋼絲剪法、線切割法和刻蝕法以及感光腐蝕法。其中刻蝕法簡(jiǎn)單易行，快捷且成本低，不足之處是精度稍差。一是刻蝕法的作業(yè)程序：用透明耐酸膠帶嚴(yán)密包覆待測(cè)試樣或用溶化的耐酸透明石蠟均勻刷覆待測(cè)試樣。用鋼尺和鋒利的刀片按照規(guī)定的尺寸將待刻蝕的切口兩面對(duì)稱的刻劃

4、掉，然后平穩(wěn)的放置在硝酸中腐蝕。切口腐蝕后迅速放人清水中沖洗掉殘酸，然后小心的用刀片或用有機(jī)溶劑將澳0量部位的膠帶或石蠟去除掉。二是腐蝕參數(shù)經(jīng)大量試驗(yàn)，硝酸濃度、腐蝕溫度、腐蝕時(shí)間及腐蝕效果合適的腐蝕參數(shù)為100hn03，1838，其中以2025，2min為宜。溫度40時(shí)，膠帶容易與基體脫開(kāi)。硝酸濃度低，腐蝕效果差。三是刻蝕中應(yīng)注意的問(wèn)題。(1)膠帶或石蠟與板帶表面粘貼牢固，不應(yīng)有氣泡、縫隙和分層，特別是在刻蝕部位及其附近?？虅澯昧σ鶆颍昧^(guò)大的地方刻痕較深，腐蝕速度快，若產(chǎn)生不均勻腐蝕會(huì)導(dǎo)致細(xì)條邊部呈鋸齒狀，頂端不齊呈圓角甚至腐蝕斷裂。嚴(yán)格按尺寸要求兩面對(duì)稱刻劃，避免劃開(kāi)其它部位，特別是

5、細(xì)條的根部。(2)控制腐蝕溫度。溫度過(guò)高，升溫快，會(huì)造成膠帶與基體脫開(kāi)和產(chǎn)生不均勻腐蝕；溫度過(guò)低，腐蝕速度慢，時(shí)間長(zhǎng)，腐蝕效果差。(3)在刻蝕過(guò)程中嚴(yán)禁形成附加應(yīng)力和變形。試片的端部由于剪切變形應(yīng)同時(shí)腐蝕掉，長(zhǎng)度以lomm為宜。若檢查某一部位的殘余應(yīng)力情況，應(yīng)在該部位兩側(cè)同時(shí)切口，使這一部位的細(xì)條應(yīng)力充分釋放。切口寬度以lmm為宜。2.測(cè)量。一是測(cè)量設(shè)備及試樣的放置。采用萬(wàn)能工具顯微鏡或讀數(shù)顯微鏡、分度儀、游標(biāo)卡尺、測(cè)高計(jì)等設(shè)備。用方型夾具夾住未分切的基體部分，試樣基準(zhǔn)面呈水平、橫向垂直或縱向直立三種狀態(tài)懸空放置。也可以采用的其它方式，若非懸空放置要進(jìn)行修正。二是各參數(shù)的測(cè)量。撓曲高度測(cè)量：試

6、樣橫向垂直放置，選取撓曲方向基體的上面為基準(zhǔn)面，轉(zhuǎn)動(dòng)顯微鏡測(cè)微尺至撓曲最高點(diǎn)便可測(cè)量。試樣水平放置，選取基體的外側(cè)邊為基準(zhǔn)邊，轉(zhuǎn)動(dòng)顯微鏡測(cè)微尺至側(cè)彎最外側(cè)試樣縱向直立放置，選準(zhǔn)基準(zhǔn)邊b7c7，轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)角儀，使另一邊與重合，直接讀出角度。如果儀器不具備測(cè)角儀，按照撓曲高度的測(cè)量方法測(cè)量。三是測(cè)量中的有關(guān)問(wèn)題。(1)參數(shù)的方向試樣經(jīng)縱剪分切，邊部均出現(xiàn)程度不同的毛刺。設(shè)定撓曲方向與毛刺方向相反為正，相同為負(fù)；向基體外側(cè)彎為正，向內(nèi)為負(fù)；細(xì)條外側(cè)向毛刺反方向扭轉(zhuǎn)角度為正，同方向?yàn)樨?fù)。(2)基準(zhǔn)面的選擇試樣分切后邊部細(xì)條發(fā)生撓曲，與之對(duì)應(yīng)的基體由于殘余弧度和相對(duì)彎曲，基準(zhǔn)面與基體不在一個(gè)平面上，測(cè)量時(shí)用

7、方型夾具加持緊靠切口的未分切的基體，沿基體做一延長(zhǎng)線作為基準(zhǔn)面。邊部細(xì)條和基體在基準(zhǔn)面一側(cè)，撓曲高度為兩者與基準(zhǔn)面高度之差，若在兩側(cè)，則相加。(3)測(cè)量精度由于試樣本身存在殘余弧度，刻蝕以及測(cè)量基準(zhǔn)選擇等因素誤差較大，一般情況下?lián)锨蛡?cè)彎的精度達(dá)到01mm，扭轉(zhuǎn)角的精度為1?？梢詽M足要求。約為5。23。對(duì)現(xiàn)有縱剪機(jī)列剪切撓曲方向均與毛刺方向相反，為正值；以撓曲方向?qū)?yīng)的面為基準(zhǔn)面，扭轉(zhuǎn)角為正即向內(nèi)側(cè)扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)角為負(fù)即向外側(cè)扭轉(zhuǎn)；若出現(xiàn)側(cè)彎，扭轉(zhuǎn)角為正向內(nèi)側(cè)彎，反之向外側(cè)彎，且側(cè)彎普遍較小。上述結(jié)果初現(xiàn)一定的剪切受力規(guī)律。銅及銅合金板帶材分條變形的測(cè)量是一個(gè)新的方法，筆者做了初步嘗試，分條方法和

8、測(cè)量過(guò)程中還有很多細(xì)節(jié)有待探討，希望能引起國(guó)內(nèi)同行的關(guān)注，共同開(kāi)展銅合金板帶材殘余應(yīng)力的研究。3.化學(xué)方法是應(yīng)用最為廣泛的方法之一，尤其是在銅管棒線材制品上已經(jīng)形成了完備的標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)系列，能靈敏地定性地反映制品中存在的殘余應(yīng)力，是一種臨界評(píng)價(jià)方法。應(yīng)用化學(xué)方法必須具備三個(gè)條件，即制品具有一定的殘余應(yīng)力、合適的環(huán)境介質(zhì)以及制品對(duì)這種介質(zhì)敏感。銅制品敏感的介質(zhì)有汞鹽溶液、氯化銨溶液、氨蒸氣、硫酸蒸氣、弱堿及硝酸鹽類等。已經(jīng)形成了方法標(biāo)準(zhǔn)。主要缺點(diǎn)是汞鹽有劇毒，配置和操作時(shí)必須要有特殊的防護(hù)措施，汞鹽溶液和試驗(yàn)完的試樣處理較困難，加之批量生產(chǎn)檢驗(yàn)工作量大，因而操作者大多不愿采用這一方法?；瘜W(xué)方法

9、判斷應(yīng)力的依據(jù)是經(jīng)試劑浸泡或熏蒸后，管棒線材表面是否出現(xiàn)裂紋，這種裂紋主要沿加工方向分布，反映的是材料的周向應(yīng)力。開(kāi)裂是在最苛刻條件下引起的，一般應(yīng)用環(huán)境遠(yuǎn)優(yōu)于測(cè)量環(huán)境，因而可以認(rèn)為，化學(xué)方法是一種半定量的極限評(píng)價(jià)方法，符合管棒線材加工和應(yīng)用實(shí)際條件。適用于板帶材的化學(xué)方法主要有腐蝕剝離法和浸泡熏蒸法。腐蝕剝離法是采用化學(xué)試劑將試樣逐層腐蝕掉，使殘余應(yīng)力釋放，剩余部分應(yīng)力重新分配，根據(jù)試樣的變形或借助于其它應(yīng)力測(cè)定方法來(lái)評(píng)價(jià)殘余應(yīng)力，它屬于分割法的一種。而浸泡熏蒸法則純粹屬于化學(xué)方法，是通過(guò)具有殘余應(yīng)力的制品對(duì)環(huán)境介質(zhì)的敏感性來(lái)判斷應(yīng)力大小。這些方法適用于薄的板帶材，對(duì)于特定產(chǎn)品研究和開(kāi)發(fā)具有良好的可比性和再現(xiàn)性，簡(jiǎn)單易行。不同的研究者可以根據(jù)各自的需要設(shè)計(jì)不同的方法，以適合特定的產(chǎn)品。對(duì)殘余應(yīng)力的評(píng)定和控制越來(lái)越受到加工企業(yè)和使用者的關(guān)注，這是高品質(zhì)銅合金發(fā)展的必然要求。隨著銅合金應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步擴(kuò)大，特別是高科技領(lǐng)域的需求，必將對(duì)從事銅合金研究和生產(chǎn)的科技工作者提出了新的挑戰(zhàn)。參考文獻(xiàn)：1柯映，董輝躍鋁合金厚板蕷拉