PAGE4PAGE4稀土永磁材料物理性能測(cè)試方法第2部分：力學(xué)性能的測(cè)定編制說(shuō)明（送審稿）二零一三年十一月稀土永磁材料物理性能測(cè)試方法第2部分：力學(xué)性能的測(cè)定任務(wù)來(lái)源及計(jì)劃要求根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)2012年度第一批國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃（國(guó)標(biāo)委綜合[2012]50號(hào)）的要求，針對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)未涉及的稀土永磁材料力學(xué)性能的測(cè)試方法，編制《稀土永磁材料物理性能測(cè)試方法第2部分：力學(xué)性能的測(cè)定》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)劃號(hào)：20120522-T-469。具體計(jì)劃按照全國(guó)稀土標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)的稀土標(biāo)委[2012]17號(hào)文“關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)2012年稀土國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制、修訂計(jì)劃的通知”的安排進(jìn)行。《稀土永磁材料物理性能測(cè)試方法第2部分：力學(xué)性能的測(cè)定》負(fù)責(zé)起草單位為鋼鐵研究總院，驗(yàn)證單位為北京有色金屬研究總院、中國(guó)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(guò)程編制原則項(xiàng)目的編制是為滿(mǎn)足稀土永磁材料的生產(chǎn)者、使用者、設(shè)計(jì)者定量地評(píng)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(xiàng)目主要是為了規(guī)范稀土永磁材料的力學(xué)性能的測(cè)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(lái)，綠色能源工業(yè)開(kāi)始引起越來(lái)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(dòng)力和電動(dòng)汽車(chē)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(guò)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(duì)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(duì)力學(xué)強(qiáng)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(méi)有針對(duì)稀土永磁材料的力學(xué)性能的測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)。因此，制定專(zhuān)門(mén)針對(duì)稀土永磁材料的力學(xué)特性測(cè)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(cè)試方法第2部分：力學(xué)性能的測(cè)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(jì)者定量地評(píng)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(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、脆性材料如陶瓷材料等的力學(xué)性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合稀土材料的實(shí)際情況，內(nèi)容與范圍的制定是針對(duì)稀土永磁材料各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)的確定、性能值的檢測(cè)內(nèi)容、以及檢測(cè)方法。任務(wù)落實(shí)安排全國(guó)稀土標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)于2012年7月16日至19日在哈爾濱召開(kāi)了2012年第二次稀土標(biāo)準(zhǔn)工作會(huì)議。在本次會(huì)議上，討論了《稀土永磁材料物理性能測(cè)試方法第2部分：力學(xué)性能的測(cè)定》的任務(wù)落實(shí)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(yàn)證單位為北京有色金屬研究總院，第二驗(yàn)證單位為中國(guó)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(duì)本方法標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)時(shí)間時(shí)間進(jìn)行安排。工作分工及進(jìn)度安排3.1標(biāo)準(zhǔn)起草及驗(yàn)證3.1.1.負(fù)責(zé)起草單位編寫(xiě)《稀土永磁材料的力學(xué)性能的測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)》草案。3.1.2.負(fù)責(zé)起草單位完成試驗(yàn)報(bào)告，將試驗(yàn)報(bào)告及統(tǒng)一樣發(fā)送至其他起草單位及驗(yàn)證單位。3.1.3驗(yàn)證單位提出驗(yàn)證報(bào)告，并將驗(yàn)證報(bào)告發(fā)送至起草單位。3.1.4在試驗(yàn)報(bào)告及驗(yàn)證報(bào)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(shuō)明等。3.2召開(kāi)預(yù)審會(huì)3.3主編單位提出標(biāo)準(zhǔn)送審稿、編制說(shuō)明及意見(jiàn)處理匯總表3.3.1在預(yù)審會(huì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行補(bǔ)充試驗(yàn)，并由起草單位提出標(biāo)準(zhǔn)送審稿及補(bǔ)充試驗(yàn)報(bào)告3.3.2稀土標(biāo)委會(huì)負(fù)責(zé)將送審稿及編制說(shuō)明掛網(wǎng)征求更廣泛的意見(jiàn)，召開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)審會(huì)。3.4召開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)審查會(huì)2014年4月召開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)審查會(huì)。三、主要技術(shù)內(nèi)容的說(shuō)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(diǎn)。至今為止，尚沒(méi)有針對(duì)稀土永磁材料的力學(xué)性能的測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)制定主要是針對(duì)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(jì)者定量地評(píng)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(qiáng)度和韌性是評(píng)價(jià)材料力學(xué)特性的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。對(duì)所有材料來(lái)說(shuō)，抗拉強(qiáng)度是材料力學(xué)性能的第一個(gè)重要指標(biāo)。由于拉伸試驗(yàn)要求試件內(nèi)的應(yīng)力是均勻拉應(yīng)力，這對(duì)脆性材料很難實(shí)現(xiàn)。脆性材料的強(qiáng)度測(cè)試廣泛采用抗彎強(qiáng)度。斷裂韌性K1C表征材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力，可反應(yīng)材料的脆性，對(duì)于評(píng)價(jià)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(qiáng)度、硬度等?？箯潖?qiáng)度又叫彎曲強(qiáng)度，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(shí)的最大拉應(yīng)力。加載方式有三點(diǎn)彎曲和四點(diǎn)彎曲。三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度為：σ3＝3PL/(2bh2)式中：P為試樣斷裂時(shí)的最大負(fù)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(cè)定脆性材料KIC最常用的方法之，試樣加工比較簡(jiǎn)單，試樣為矩形棱柱形。用切割方法在試樣上切出一個(gè)切口，來(lái)代替疲勞裂紋，切口寬度≤0.2mm。KI的計(jì)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(zhǎng)度(即切口深度)，w為試樣高度。四、國(guó)內(nèi)外情況簡(jiǎn)要說(shuō)明稀土永磁材料力學(xué)性能，一直為人們所關(guān)注。在國(guó)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(guó)內(nèi)，鋼鐵研究總院早在1979年就針對(duì)釤鈷輻向燒結(jié)磁環(huán)的開(kāi)裂問(wèn)題進(jìn)行過(guò)研究，有效地抑制了磁環(huán)的開(kāi)裂。2000年以來(lái)，鋼鐵研究總院對(duì)稀土永磁材料的力學(xué)特性及其斷裂機(jī)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(guò)雙合金法及成分工藝優(yōu)化，明顯改善稀土永磁體的強(qiáng)度、韌性和抗沖擊性能，同時(shí)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(guó)防科大也進(jìn)行過(guò)這方面的研究工作。但是，因?yàn)闆](méi)有針對(duì)稀土永磁材料力學(xué)性能的測(cè)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(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，借鑒脆性材料如陶瓷材料等的力學(xué)性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，及參考相關(guān)文獻(xiàn)采用非標(biāo)的測(cè)試方面。因此，制定專(zhuān)門(mén)針對(duì)稀土永磁材料的力學(xué)特性測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)是很有必要的。五、試驗(yàn)及驗(yàn)證的情況和結(jié)果稀土永磁材料的抗彎強(qiáng)度的測(cè)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(guò)平面磨光。釹鐵硼永磁材料樣品的抗彎強(qiáng)度的試驗(yàn)及驗(yàn)證結(jié)果如表1，釹鐵硼永磁材料樣品的斷裂韌性的試驗(yàn)及驗(yàn)證結(jié)果如表2。表1.釹鐵硼永磁材料樣品的抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)及驗(yàn)證結(jié)果（單位：MPa）檢測(cè)單位樣品編號(hào)鋼研院有色院寧波所北工大（試驗(yàn)）（一驗(yàn)）（二驗(yàn)）（二驗(yàn)）1#2812712442682#2963122632903#3123162693284#3523193013505#352323308383平均值319308277324抗彎強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)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(yàn)及驗(yàn)證結(jié)果（單位：(MPa·m1/2)檢測(cè)單位樣品編號(hào)鋼研院有色院寧波所北工大（試驗(yàn)）（一驗(yàn)）（二驗(yàn)）（二驗(yàn)）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(shí)驗(yàn)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(cè)試方法目前沒(méi)有國(guó)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(qiáng)度和斷裂韌性）的測(cè)試方法。七、其他要說(shuō)明的事項(xiàng)稀土永磁材料為粉末冶金材料，