稀土永磁材料物理性能測試方法第2部分力學性能的測定

PAGE4PAGE4稀土永磁材料物理性能測試方法第2部分：力學性能的測定編制說明（送審稿）二零一三年十一月稀土永磁材料物理性能測試方法第2部分：力學性能的測定任務來源及計劃要求根據(jù)標準化管理委員會2012年度第一批國家標準制修訂計劃（國標委綜合[2012]50號）的要求，針對國家標準未涉及的稀土永磁材料力學性能的測試方法，編制《稀土永磁材料物理性能測試方法第2部分：力學性能的測定》國家標準，計劃號：20120522-T-469。具體計劃按照全國稀土標準化委員會的稀土標委[2012]17號文“關于轉發(fā)2012年稀土國家、行業(yè)標準制、修訂計劃的通知”的安排進行。《稀土永磁材料物理性能測試方法第2部分：力學性能的測定》負責起草單位為鋼鐵研究總院，驗證單位為北京有色金屬研究總院、中國科學院寧波材料技術與工程研究所、和北京工業(yè)大學。二、編制過程編制原則項目的編制是為滿足稀土永磁材料的生產者、使用者、設計者定量地評估材料的力學特性，有利于稀土永磁材料的推廣應用，及服役安全性。本項目主要是為了規(guī)范稀土永磁材料的力學性能的測試方法。稀土磁性材料是二十一世紀信息、生物、能源、環(huán)保、空間和高技術領域的關鍵材料。近年來，綠色能源工業(yè)開始引起越來越多的重視，使用釹稀土永磁材料的直驅風力發(fā)電、變頻空調、混合動力和電動汽車都是向著新型能源和高效節(jié)能方向發(fā)展。釹鐵硼材料正在成為綠色能源建設過程和高端應用領域中的重要材料和手段。這些新型應用領域不僅對稀土永磁材料的磁能積、剩磁和矯頑力等傳統(tǒng)磁性能指標提出了更高的要求，還要求磁體材料具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性和服役性能：如對力學強度和斷裂韌性等力學指標提出新要求。由于稀土永磁為粉末燒結材料，其力學性能較差，易出現(xiàn)裂紋、掉渣的現(xiàn)象，使磁體自身存在著一定的不穩(wěn)定因素。但是，到目前為止，尚沒有針對稀土永磁材料的力學性能的測試方法標準。因此，制定專門針對稀土永磁材料的力學特性測試方法標準是很有必要的。編制本標準的原則是：制定《稀土永磁材料物理性能測試方法第2部分：力學性能的測定》方法標準，是為稀土永磁材料的生產者、使用者、設計者定量地評估材料的力學特性。本標準借鑒普通金屬材料的力學性能測試標準、脆性材料如陶瓷材料等的力學性能測試標準，結合稀土材料的實際情況，內容與范圍的制定是針對稀土永磁材料各項力學指標的確定、性能值的檢測內容、以及檢測方法。任務落實安排全國稀土標準化技術委員會于2012年7月16日至19日在哈爾濱召開了2012年第二次稀土標準工作會議。在本次會議上，討論了《稀土永磁材料物理性能測試方法第2部分：力學性能的測定》的任務落實情況，確定了本標準的起草單位為鋼鐵研究總院，第一驗證單位為北京有色金屬研究總院，第二驗證單位為中國科學院寧波材料技術與工程研究所、和北京工業(yè)大學。對本方法標準任務時間時間進行安排。工作分工及進度安排3.1標準起草及驗證3.1.1.負責起草單位編寫《稀土永磁材料的力學性能的測試方法標準》草案。3.1.2.負責起草單位完成試驗報告，將試驗報告及統(tǒng)一樣發(fā)送至其他起草單位及驗證單位。3.1.3驗證單位提出驗證報告，并將驗證報告發(fā)送至起草單位。3.1.4在試驗報告及驗證報告的基礎上，由起草單位提出標準預審稿、標準編制說明等。3.2召開預審會3.3主編單位提出標準送審稿、編制說明及意見處理匯總表3.3.1在預審會的基礎上，進行補充試驗，并由起草單位提出標準送審稿及補充試驗報告3.3.2稀土標委會負責將送審稿及編制說明掛網(wǎng)征求更廣泛的意見，召開標準審會。3.4召開標準審查會2014年4月召開標準審查會。三、主要技術內容的說明稀土永磁材料作為重要的金屬功能材料，在航天航海、信息電子、能源、交通、通訊、醫(yī)療衛(wèi)生等眾多領域有著廣泛的應用。但是稀土永磁材料的力學性能差，已成為其致命弱點。至今為止，尚沒有針對稀土永磁材料的力學性能的測試方法標準。本標準制定主要是針對稀土永磁材料；相關標準的訂立，可以使材料的生產者、使用者、設計者定量地評估材料的力學特性，有利于稀土永磁材料的推廣應用。強度和韌性是評價材料力學特性的關鍵技術指標。對所有材料來說，抗拉強度是材料力學性能的第一個重要指標。由于拉伸試驗要求試件內的應力是均勻拉應力，這對脆性材料很難實現(xiàn)。脆性材料的強度測試廣泛采用抗彎強度。斷裂韌性K1C表征材料抵抗裂紋擴展的能力，可反應材料的脆性，對于評價脆性材料的力學性能有重要意義。具體情況下，可根據(jù)不同的使用要求，選定其它常規(guī)力學性能的內容如抗壓強度、硬度等?？箯潖姸扔纸袕澢鷱姸?，它反映的是矩形截面梁在彎曲應力作用下受拉一側斷裂時的最大拉應力。加載方式有三點彎曲和四點彎曲。三點彎曲強度為：σ3＝3PL/(2bh2)式中：P為試樣斷裂時的最大負荷；L為試樣支座間距；b為試樣寬度；h為試樣高度。單邊切口梁法是測定脆性材料KIC最常用的方法之，試樣加工比較簡單，試樣為矩形棱柱形。用切割方法在試樣上切出一個切口，來代替疲勞裂紋，切口寬度≤0.2mm。KI的計算公式為，KI＝σ··式中KⅠ的量綱為MPa·m1/2；σ為最大彎曲拉應力(MPa)；為試樣的形狀因子，其中α為裂紋長度(即切口深度)，w為試樣高度。四、國內外情況簡要說明稀土永磁材料力學性能，一直為人們所關注。在國外1978年瑞士人R.Glardon,W.Kurz等人研究采用定向凝固技術改善釤鈷永磁體的力學性能。在國內，鋼鐵研究總院早在1979年就針對釤鈷輻向燒結磁環(huán)的開裂問題進行過研究，有效地抑制了磁環(huán)的開裂。2000年以來，鋼鐵研究總院對稀土永磁材料的力學特性及其斷裂機理做了系統(tǒng)研究，研究并闡明稀土永磁材料力學性能與其磁性能之間的關系，通過雙合金法及成分工藝優(yōu)化，明顯改善稀土永磁體的強度、韌性和抗沖擊性能，同時保持其較高的磁性能。另外：西北工業(yè)大學、上海大學、北京工業(yè)大學、國防科大也進行過這方面的研究工作。但是，因為沒有針對稀土永磁材料力學性能的測試方法標準，研究者多采用普通金屬材料的力學性能測試標準，借鑒脆性材料如陶瓷材料等的力學性能測試標準，及參考相關文獻采用非標的測試方面。因此，制定專門針對稀土永磁材料的力學特性測試方法標準是很有必要的。五、試驗及驗證的情況和結果稀土永磁材料的抗彎強度的測試采用矩形橫截面試樣，斷裂韌性式樣采用單邊切口梁式樣。所有樣品采用電火花線切割的方法從尺寸為45mm×45mm×90mm大塊釹鐵硼磁體上加工得到，試樣受力表面經(jīng)過平面磨光。釹鐵硼永磁材料樣品的抗彎強度的試驗及驗證結果如表1，釹鐵硼永磁材料樣品的斷裂韌性的試驗及驗證結果如表2。表1.釹鐵硼永磁材料樣品的抗彎強度試驗及驗證結果（單位：MPa）檢測單位樣品編號鋼研院有色院寧波所北工大（試驗）（一驗）（二驗）（二驗）1#2812712442682#2963122632903#3123162693284#3523193013505#352323308383平均值319308277324抗彎強度實驗室間標準差SL=21MPa表2.釹鐵硼永磁材料樣品斷裂韌性試驗及驗證結果（單位：(MPa·m1/2)檢測單位樣品編號鋼研院有色院寧波所北工大（試驗）（一驗）（二驗）（二驗）1#3.5103.663.59×2#3.5623.683.623.693#3.7023.703.633.854#3.7133.713.633.865#3.8423.923.653.91平均值3.673.733.623.83斷裂韌性實驗室間標準差SL=0.09MPa·m1/2六、與現(xiàn)行法規(guī)、標準的關系稀土永磁材料的力學性能測試方法目前沒有國家標準；本標準規(guī)定了稀土永磁材料力學性能（包括抗彎強度和斷裂韌性）的測試方法。七、其他要說明的事項稀土永磁材料為粉末冶金材料，