摘要：铜及铜合金板带材经加工和分切后存在着残余应力，这种残余应力会引起加工制品形状及尺寸的变化，特别是在电子领域作为框架材料的铜合金，如果存在较大的残余应力，冲裁加工成框架后会引起挠曲、侧弯、扭转等各种微小的变化，影响产品的使用寿命甚至导致产品报废。为了控制残余应力的存在及大小，对其测定方法进行了研究，
关键词：铜合金加工制品；残余应力；测定方法；
铜及铜合金在加工和热处理过程中，必然承受外力的作用以及金属内部金相和组织的转变，在制品内部产生残余应力，影响材料的疲劳强度、抗应力腐蚀性、尺寸稳定性和使用寿命，因此研究和控制加工过程中的应力愈来愈受到重视。
一、残余应力测量方法简介
残余应力测定法总体上分破坏性和非破坏性两大类。将具有残余应力的部分从制品中分离或切割出来，使应力释放，然后测量应变变化求出残余应力的方法，属于破坏性方法，其特点是精度高但对制品损伤大。而非破坏性方法包括X射线法、磁性法和超声法等，最大特点是无损检验但成本高。将残余应力测定方法进一步细分，可以分为以下四类，即应力应变法：通过测量应变来计算或评定应力的方法，如X射线法、应变片电测法、光弹性贴片法释放法、脆性涂层法、中子衍射法和机械引伸仪法等。分割法：通过机械加工或腐蚀去掉制品中的一部分使应力释放，测量变形来计算或评定应力的方法，如分条变形法。、开口法、腐蚀剥离和机械剥离法等。③化学浸泡熏蒸法：通过化学试剂的浸泡或熏蒸使制品应力释放，根据应力释放后的表现形态来评定应力情况，如硝酸亚汞试验法、氨熏试验法胁等。物理参数法：通过物理参数的变化来测量残余应力的方法，如超声波法、磁性法等。
二、铜及铜合金加工制品残余应力的测定方法
1.分条。分条变形方法关键操作之一是细条的分切，其原则是在保证分切精度的前提下不产生新的变形和应力。常用的方法有钢丝剪法、线切割法和刻蚀法以及感光腐蚀法。其中刻蚀法简单易行，快捷且成本低，不足之处是精度稍差。
一是刻蚀法的作业程序：用透明耐酸胶带严密包覆待测试样或用溶化的耐酸透明石蜡均匀刷覆待测试样。用钢尺和锋利的刀片按照规定的尺寸将待刻蚀的切口两面对称的刻划掉，然后平稳的放置在硝酸中腐蚀。切口腐蚀后迅速放人清水中冲洗掉残酸，然后小心的用刀片或用有机溶剂将澳0量部位的胶带或石蜡去除掉。二是腐蚀参数经大量试验，硝酸浓度、腐蚀温度、腐蚀时间及腐蚀效果合适的腐蚀参数为100％HN03，18～38℃，其中以20～25℃，2min为宜。温度>40℃时，胶带容易与基体脱开。硝酸浓度低，腐蚀效果差。三是刻蚀中应注意的问题。(1)胶带或石蜡与板带表面粘贴牢固，不应有气泡、缝隙和分层，特别是在刻蚀部位及其附近。刻划用力要均匀，用力过大的地方刻痕较深，腐蚀速度快，若产生不均匀腐蚀会导致细条边部呈锯齿状，顶端不齐呈圆角甚至腐蚀断裂。严格按尺寸要求两面对称刻划，避免划开其它部位，特别是细条的根部。(2)控制腐蚀温度。温度过高，升温快，会造成胶带与基体脱开和产生不均匀腐蚀；温度过低，腐蚀速度慢，时间长，腐蚀效果差。(3)在刻蚀过程中严禁形成附加应力和变形。试片的端部由于剪切变形应同时腐蚀掉，长度以lOmm为宜。若检查某一部位的残余应力情况，应在该部位两侧同时切口，使这一部位的细条应力充分释放。切口宽度以lmm为宜。
2.测量。一是测量设备及试样的放置。采用万能工具显微镜或读数显微镜、分度仪、游标卡尺、测高计等设备。用方型夹具夹住未分切的基体部分，试样基准面呈水平、横向垂直或纵向直立三种状态悬空放置。
也可以采用的其它方式，若非悬空放置要进行修正。二是各参数的测量。挠曲高度测量：试样横向垂直放置，选取挠曲方向基体的上面为基准面，转动显微镜测微尺至挠曲最高点便可测量。试样水平放置，选取基体的外侧边为基准边，转动显微镜测微尺至侧弯最外侧试样纵向直立放置，选准基准边B7C7，转动测角仪，使另一边与重合，直接读出角度。如果仪器不具备测角仪，按照挠曲高度的测量方法测量。三是测量中的有关问题。(1)参数的方向试样经纵剪分切，边部均出现程度不同的毛刺。设定挠曲方向与毛刺方向相反为正，相同为负；向基体外侧弯为正，向内为负；细条外侧向毛刺反方向扭转角度为正，同方向为负。(2)基准面的选择试样分切后边部细条发生挠曲，与之对应的基体由于残余弧度和相对弯曲，基准面与基体不在一个平面上，测量时用方型夹具加持紧靠切口的未分切的基体，沿基体做一延长线作为基准面。边部细条和基体在基准面一侧，挠曲高度为两者与基准面高度之差，若在两侧，则相加。(3)测量精度由于试样本身存在残余弧度，刻蚀以及测量基准选择等因素误差较大，一般情况下挠曲和侧弯的精度达到0．1mm，扭转角的精度为1。可以满足要求。约为5。～23。对现有纵剪机列剪切挠曲方向均与毛刺方向相反，为正值；以挠曲方向对应的面为基准面，扭转角为正即向内侧扭转，扭转角为负即向外侧扭转；若出现侧弯，扭转角为正向内侧弯，反之向外侧弯，且侧弯普遍较小。上述结果初现一定的剪切受力规律。铜及铜合金板带材分条变形的测量是一个新的方法，笔者做了初步尝试，分条方法和测量过程中还有很多细节有待探讨，希望能引起国内同行的关注，共同开展铜合金板带材残余应力的研究。
3.化学方法是应用最为广泛的方法之一，尤其是在铜管棒线材制品上已经形成了完备的标准和国家标准系列，能灵敏地定性地反映制品中存在的残余应力，是一种临界评价方法。应用化学方法必须具备三个条件，即制品具有一定的残余应力、合适的环境介质以及制品对这种介质敏感。铜制品敏感的介质有汞盐溶液、氯化铵溶液、氨蒸气、硫酸蒸气、弱碱及硝酸盐类等。已经形成了方法标准。主要缺点是汞盐有剧毒，配置和操作时必须要有特殊的防护措施，汞盐溶液和试验完的试样处理较困难，加之批量生产检验工作量大，因而操作者大多不愿采用这一方法。化学方法判断应力的依据是经试剂浸泡或熏蒸后，管棒线材表面是否出现裂纹，这种裂纹主要沿加工方向分布，反映的是材料的周向应力。开裂是在最苛刻条件下引起的，一般应用环境远优于测量环境，因而可以认为，化学方法是一种半定量的极限评价方法，符合管棒线材加工和应用实际条件。适用于板带材的化学方法主要有腐蚀剥离法和浸泡熏蒸法。腐蚀剥离法是采用化学试剂将试样逐层腐蚀掉，使残余应力释放，剩余部分应力重新分配，根据试样的变形或借助于其它应力测定方法来评价残余应力，它属于分割法的一种。而浸泡熏蒸法则纯粹属于化学方法，是通过具有残余应力的制品对环境介质的敏感性来判断应力大小。这些方法适用于薄的板带材，对于特定产品研究和开发具有良好的可比性和再现性，简单易行。不同的研究者可以根据各自的需要设计不同的方法，以适合特定的产品。
对残余应力的评定和控制越来越受到加工企业和使用者的关注，这是高品质铜合金发展的必然要求。随着铜合金应用领域的进一步扩大，特别是高科技领域的需求，必将对从事铜合金研究和生产的科技工作者提出了新的挑战。
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