铜的状态与最小弯曲半径

“铜母排，100 × 10，3 米”不是一份可以下单的规格。它给出了金属和截面，却漏掉了那个决定母排究竟能折到图纸上的半径、还是第一件就在外表面横向开裂的性能。这个性能就是状态；它首先是供应链上的一个字段，其次才是车间里的问题：料一旦上了架，没有炉子谁也改不了。

下文把弯曲半径的取值指引索引到采购订单和材质证明书上会出现的状态代号上，而不是只索引到厚度。厚度当然有影响，但它是第二个变量。

EN 13601 的代号是什么意思

EN 13601 规定电工用铜棒、铜排和铜线，母排加工中要关注的牌号是 Cu-ETP，代号 CW004A。标准用两种方式标识材料状态，两种都会出现在证明书上。

R 代号对应以 N/mm² 计的最低抗拉强度：R220 表示抗拉强度最低 220。H 代号对应最低维氏硬度：H040 表示最低 40 HV。两套代号是平行的，所以你会看到它们成对出现。

抗拉强度区间取自标准。屈服强度、延伸率和硬度是轧材厂针对 Cu-ETP 在这些代号旁一并公布的数值，应当按典型值而非规定值对待；Copper Development Association 的母排技术资料给出完全退火的母排截面铜屈服强度为 50 至 55 N/mm²，半硬态为 170 至 200 N/mm²，在软态一端低于上表中的带材数值。

从这张表可以得出两点，而且两点都比表里的数字本身更重要。

第一，这条链是单向的。冷加工抬高抗拉强度、抬高屈服强度、抬高硬度，同时削掉延伸率。同一行里的每一项性能都是一起动的，因为它们都来自同一个位错密度。你买不到既硬、又具备软态铜成形性的铜。

第二，延伸率那一列塌下去的速度，远快于强度各列升上来的速度。从 R220 换到 R290，抗拉强度大约多出 40%，代价是延伸率损失约 88%。正是这种不对称，使状态的选择由成形因素主导，而不是由强度主导。

没人提的尺寸效应

硬态上有一条限定条件，常在大截面上把人绊住。能达到的最高强度取决于截面，因为轧材厂能给一根母排施加多少冷变形，受限于工艺所允许的断面缩减量。CDA 资料把硬态母排定在 250 至 340 N/mm² 的范围，具体视截面积而定，截面越大越靠近下限。

所以 30 × 5 母排上的“硬态”和 200 × 12 母排上的“硬态”不是同一种材料状态，哪怕两份证明书上都写着 R290。大截面会更靠近区间下沿，折起来稍宽容一些，回弹也略小一点。把在小截面上验证过的补偿表搬到大截面上时，可以预期它是偏保守，而不是错的。

平弯的最小弯曲半径

公开发表的起点是 CDA 针对半硬态或硬态高导电率铜的资料，它以厚度的倍数给出最小折弯模半径：

超过 50 mm 的母排通常根本不折；CDA 指出，在成形前做局部退火是可以折的。

这些数值已经按较硬的状态设定，所以对 R240 和 R290 来说是一个安全的下限。R220 可以再紧一些，但很少有这样做的理由。厚度分档没有体现状态这个维度，所以实际使用的表更像下面这样：

R220 一列和 R290 一列按参考值对待。经过核实的锚点是 CDA 那张表；它两侧展开的部分反映的是通常的车间做法，应当针对每一种材料、厚度与模具的组合用首件加以确认。

延伸率给状态排序，但不能当折弯应变的预算

折弯外层纤维的工程应变直接由几何关系得出：

ε = t / (2R + t) = 1 / (2·(R/t) + 1)

R/t = 1 时是 33%，R/t = 2 时是 20%，R/t = 4 时是 11%。把这些数与延伸率那一列对照：R290 规定的最低延伸率是 4%，照字面理解，要让外层纤维不出事就得把 R/t 做到 11 以上。

实际并不需要，而弄清其中的道理能让人不再把半径定得过大。拉伸试验测的是等截面标距内直至断裂的伸长，其中颈缩可以自由形成并发展。而在折弯中，峰值应变只存在于外表面上很短的一段弧上，周围未受应变的材料会约束颈缩发展。因此可实现的折弯应变远远超过拉伸延伸率——CDA 之所以能对延伸率只有 4% 的硬态铜在 10 mm 及以下厚度上规定 1 t，原因正在这里。

延伸率这个数值用来把各状态互相排序、判断哪一种会先开裂。不要把它当作折弯应变的预算额度。

失效是什么样子

外层纤维的开裂是分阶段推进的，各阶段都能辨认，在第一个阶段就抓住它可以保住整批料。

先出现的是橘皮。各晶粒独立变形，外表面粗化成肉眼可见的纹理。它本身只是外观问题，但它告诉你外层纤维已经接近极限；晶粒越粗，橘皮越重，而粗晶粒本身就是退火过度的征兆。

接着是横向微裂纹，沿平行于折弯轴的方向横贯外表面。在镀层母排上，它们可能只表现为镀层的断裂。到这一步零件就报废了，因为裂纹是一个应力集中源，而它所处的位置恰恰是运行中疲劳载荷最高的地方。贯穿开裂是最后阶段，无需描述。

内侧面的失效模式则不同：受压失稳，表现为屈曲或起皱。在平弯上，它通常说明母排支撑不足；在立弯上，它是起支配作用的约束，而不是偶发现象。

立弯需要大得多的半径

以上全部内容都是针对平弯的——母排沿厚度方向折过来，由小尺寸控制应变。把同一根母排换成难折的那个方向、沿宽度方向折，几何关系就完全变了：外层纤维离中性层的距离从半个厚度变成半个宽度，而内层纤维在受压状态下有一段很长的无支撑跨距。

实证就在设备的加工能力表里。SMART-603CNC-S 的平弯能力标称 260 × 20 mm，立弯为 125 × 15 mm；两个尺寸都大致减半，这是母线折弯设备上普遍可见的规律。立弯的最小半径按母排宽度的倍数计，而不是按厚度，通常是平弯数值的好几倍。立弯与平弯母排折弯的对比一文讲了其中的力学机理和设计上的替代方案。

不要把平弯的半径规则搬到立弯上。那是让外侧边缘开裂最快的一条路。

晶粒方向

轧制和拉拔的铜带有与加工方向一致的晶体织构，成形性因此具有方向性。板料成形中的通用规则同样适用：折弯轴垂直于轧制方向是有利的取向，折弯轴平行于轧制方向的那一种才是会开裂的。

对普通母排来说，这一点不用费力就是对你有利的。母排是沿长度方向轧制或拉拔的，而通常的横向折弯把折弯轴放在母排的横向，与加工方向垂直。你本来就处在好的取向上。

不再自动成立的场合，是从宽板上切出或从卷料上纵剪分条得到的母排——成品母排的长度方向未必与原来的轧制方向一致。如果供应商用纵剪料替代拉拔母排，即使证明书上的强度数据完全一样，折弯表现也可能改变。这就是一个很好的理由，说明折弯工艺记录里要登记的不只是牌号和状态，还要有材料形式。

读材质证明书

一份对母排有用的证明书上，写有牌号与标准：按 EN 13601 的 Cu-ETP CW004A。轧材厂两种代号都给的时候，状态代号会以两种形式出现，如 R240 / H065。上面有按炉号或批号给出的实测抗拉强度、延伸率和硬度。还有以 IACS 百分数表示的导电率——退火材料应为 100% 或更高，硬拉材料至少 97%，因为冷加工要付出 2 至 3% 的导电率。

除非你提出要求，否则证明书上通常不会有的，是实测 0.2% 屈服强度。而这正是回弹计算所需要的那个数，并且在 R220 上它允许的离散范围最大。标准对软态材料的屈服强度设的是上限，不是下限，所以两根都合格的 R220 母排，回弹量可以相差两倍。如果生产中要用软态铜，就把实测 Rp0.2 写进采购订单。

另一件要核对的事，是证明书针对的是交货批次，而不是型式试验。型式试验证书很常见，而它不是同一种证据。

什么时候退火才是正确答案

确实有合理的情形。厚度超过 50 mm 的母排，成形前在折弯处做局部退火是唯一可行的路子。已经成形过的母排返工——折弯区被第一道工序加工硬化，在同一位置再折一次就会开裂。改造项目上的极小半径，母排已经下料，另一个选择就是当废料。

还有一种常见情形不构成合理理由：因为经销商手上只有硬态料就买了硬态母排，再把它退火好折。这个顺序先为冷加工付一次钱，再为去掉冷加工付一次钱，同时丢掉硬态本来提供的力学性能。硬态母排能抵抗长无支撑跨距上的下垂，也能抵抗短路电动力下的永久变形。把整根母排退火，你既没买到 R220 的成形性，也没买到 R290 的刚度。

决定退火之前有两条技术约束。Cu-ETP 在大约 150 °C 以上开始逐步软化，而完全再结晶退火一般在 400 °C 左右进行，在这个温度下再结晶几分钟内基本完成。保温时间更长会使晶粒粗化，粗晶粒会在下一次折弯时带来橘皮，所以长时间退火可能在让材料变软的同时让表面质量变差。

第二条约束是这个牌号特有的。Cu-ETP 含有残余氧。在含氢气氛中退火，氢会扩散进去、还原氧化物夹杂并在晶界处形成水蒸气，使材料发生不可逆的脆化。EN 13601 正是为此列有抗氢脆的要求。如果退火是你工艺的一部分，就要控制炉内气氛，或者改为指定无氧铜牌号。

写采购订单

母排订单的最小集合是：牌号与标准、状态代号、截面、材料形式，以及对证明书的要求。加上实测屈服强度这一项，对轧材厂不增加任何成本，却能消除折弯中最大的单一漂移来源。如果母排要上一台存有回弹补偿表的母线折弯机，那么状态代号正是那张表的索引键，状态不写明就意味着表里没有一条有效条目。

状态对载流量也没有影响——载流量由截面、布置方式和热环境决定；如果你要满足的是载流量这个约束，母排载流量计算器与母排经历过怎样的加工无关，可以独立处理。这两个决定是可以分开的，把它们分开，能防止成形性方面的争论渗进选型的争论里。