稀土永磁材料物理性能測試方法第2部分力學(xué)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(xué)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(xué)性能的測定任務(wù)來源及計劃要求根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會2012年度第一批國家標(biāo)準(zhǔn)制修訂計劃（國標(biāo)委綜合[2012]50號）的要求，針對國家標(biāo)準(zhǔn)未涉及的稀土永磁材料力學(xué)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(xué)性能的測定》國家標(biāo)準(zhǔn)，計劃號：20120522-T-469。具體計劃按照全國稀土標(biāo)準(zhǔn)化委員會的稀土標(biāo)委[2012]17號文“關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)2012年稀土國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制、修訂計劃的通知”的安排進行?！断⊥劣来挪牧衔锢硇阅軠y試方法第2部分：力學(xué)性能的測定》負責(zé)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(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所、和北京工業(yè)大學(xué)。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(chǎn)者、使用者、設(shè)計者定量地評估材料的力學(xué)特性，有利于稀土永磁材料的推廣應(yīng)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(xué)性能的測試方法。稀土磁性材料是二十一世紀(jì)信息、生物、能源、環(huán)保、空間和高技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)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(qū)風(fēng)力發(fā)電、變頻空調(diào)、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(shè)過程和高端應(yīng)用領(lǐng)域中的重要材料和手段。這些新型應(yīng)用領(lǐng)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(biāo)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(xué)強度和斷裂韌性等力學(xué)指標(biāo)提出新要求。由于稀土永磁為粉末燒結(jié)材料，其力學(xué)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(xué)性能的測試方法標(biāo)準(zhǔn)。因此，制定專門針對稀土永磁材料的力學(xué)特性測試方法標(biāo)準(zhǔn)是很有必要的。編制本標(biāo)準(zhǔn)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(xué)性能的測定》方法標(biāo)準(zhǔn)，是為稀土永磁材料的生產(chǎn)者、使用者、設(shè)計者定量地評估材料的力學(xué)特性。本標(biāo)準(zhǔn)借鑒普通金屬材料的力學(xué)性能測試標(biāo)準(zhǔn)、脆性材料如陶瓷材料等的力學(xué)性能測試標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合稀土材料的實際情況，內(nèi)容與范圍的制定是針對稀土永磁材料各項力學(xué)指標(biāo)的確定、性能值的檢測內(nèi)容、以及檢測方法。任務(wù)落實安排全國稀土標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(xué)性能的測定》的任務(wù)落實情況，確定了本標(biāo)準(zhǔn)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(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所、和北京工業(yè)大學(xué)。對本方法標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)時間時間進行安排。工作分工及進度安排3.1標(biāo)準(zhǔn)起草及驗證3.1.1.負責(zé)起草單位編寫《稀土永磁材料的力學(xué)性能的測試方法標(biāo)準(zhǔn)》草案。3.1.2.負責(zé)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(chǔ)上，由起草單位提出標(biāo)準(zhǔn)預(yù)審稿、標(biāo)準(zhǔn)編制說明等。3.2召開預(yù)審會3.3主編單位提出標(biāo)準(zhǔn)送審稿、編制說明及意見處理匯總表3.3.1在預(yù)審會的基礎(chǔ)上，進行補充試驗，并由起草單位提出標(biāo)準(zhǔn)送審稿及補充試驗報告3.3.2稀土標(biāo)委會負責(zé)將送審稿及編制說明掛網(wǎng)征求更廣泛的意見，召開標(biāo)準(zhǔn)審會。3.4召開標(biāo)準(zhǔn)審查會2014年4月召開標(biāo)準(zhǔn)審查會。三、主要技術(shù)內(nèi)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(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但是稀土永磁材料的力學(xué)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(xué)性能的測試方法標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)制定主要是針對稀土永磁材料；相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的訂立，可以使材料的生產(chǎn)者、使用者、設(shè)計者定量地評估材料的力學(xué)特性，有利于稀土永磁材料的推廣應(yīng)用。強度和韌性是評價材料力學(xué)特性的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。對所有材料來說，抗拉強度是材料力學(xué)性能的第一個重要指標(biāo)。由于拉伸試驗要求試件內(nèi)的應(yīng)力是均勻拉應(yīng)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(yīng)材料的脆性，對于評價脆性材料的力學(xué)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(xué)性能的內(nèi)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(yīng)力作用下受拉一側(cè)斷裂時的最大拉應(yīng)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(yīng)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(nèi)外情況簡要說明稀土永磁材料力學(xué)性能，一直為人們所關(guān)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(shù)改善釤鈷永磁體的力學(xué)性能。在國內(nèi)，鋼鐵研究總院早在1979年就針對釤鈷輻向燒結(jié)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(xué)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(xué)性能與其磁性能之間的關(guān)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(xué)、上海大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、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(xué)性能的測試方法標(biāo)準(zhǔn)，研究者多采用普通金屬材料的力學(xué)性能測試標(biāo)準(zhǔn)，借鑒脆性材料如陶瓷材料等的力學(xué)性能測試標(biāo)準(zhǔn)，及參考相關(guān)文獻采用非標(biāo)的測試方面。因此，制定專門針對稀土永磁材料的力學(xué)特性測試方法標(biāo)準(zhǔn)是很有必要的。五、試驗及驗證的情況和結(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(biāo)準(zhǔn)差SL=21MPa表2.釹鐵硼永磁材料樣品斷裂韌性試驗及驗證結(jié)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(biāo)準(zhǔn)差SL=0.09MPa·m1/2六、與現(xiàn)行法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系稀土永磁材料的力學(xué)性能測試方法目前沒有國家標(biāo)準(zhǔn)；本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了稀土永磁材料力學(xué)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，