ICS77.120.99 H14 中华人民共和国国家标准 GB/T31967.2—2015 稀土永磁材料物理性能测试方法 第2部分:抗弯强度和断裂韧度的测定 Testmethodforphysicalpropertyofrareearthpermanentmagneticmaterials— Part2:Determinationofbendingstrengthandfracturetoughness 2015-09-11发布 2016-08-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 GB/T31967《稀土永磁材料物理性能测试方法》共分2个部分: ———第1部分:磁通温度特性的测定; ———第2部分:抗弯强度和断裂韧度的测定。 本部分为GB/T31967的第2部分。 本部分按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本部分由全国稀土标准化技术委员会(SAC/TC229)提出并归口。 本部分负责起草单位:钢铁研究总院。 本部分参加起草单位:北京有色金属研究总院、中国科学院宁波材料技术与工程研究所、北京工业 大学。 本部分主要起草人:李卫、朱明刚、李安华、冯海波、王会杰。 ⅠGB/T31967.2—2015 稀土永磁材料物理性能测试方法 第2部分:抗弯强度和断裂韧度的测定 1 范围 本部分规定了稀土永磁材料抗弯强度(σbb)和断裂韧度(KⅠC)的测定方法。 本部分适用于脆性断裂稀土永磁材料的抗弯强度和断裂韧度(KⅠC)的测定。抗弯强度的测定范 围:20MPa~2000MPa,断裂韧度(KⅠC)的测定范围:0.5MPa·m1/2~50MPa·m1/2。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T4161—2007 金属材料 平面应变断裂韧度KⅠC试验方法 GB/T16825.1 静力单轴试验机的检验 第1部分:拉力和(或)压力试验机 测力系统的检验与 校准 YB/T5349 金属材料 弯曲力学性能试验方法 3 术语和定义 GB/T4161—2007、YB/T5349界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 跨距 span Ls 弯曲试验装置上试样两支承点间的距离,单位为毫米(mm)。 3.2 最大弯曲力 themaximumforceinbending Fbb 抗弯试样断裂前所能承受的最大弯曲力,单位为牛顿(N)。 3.3 抗弯强度 bendingstrength σbb 试样弯曲至断裂,按弹性弯曲应力公式计算的最大弯曲应力,单位为兆帕(MPa)。 3.4 最大力 themaximumforce Fmax 断裂韧度试验时试样断裂前所能承受的最大力,单位为千牛顿(kN)。 3.5 断裂韧度 fracturetoughness KⅠC 测定的应力强度因子KⅠ的临界值,MPa·m1/2。其中罗马数字Ⅰ,指Ⅰ型裂纹及裂纹顶端处于平 1GB/T31967.2—2015 面应变状态。KⅠC表征材料抵抗裂纹扩展的能力,是度量材料韧性好坏的一个定量指标。 4 方法原理 4.1 抗弯强度方法原理 采用三点弯曲方式,对试样连续施加弯曲力,直至试样断裂,以其最大弯曲力计算抗弯强度。 4.2 断裂韧度方法原理 本部分采用单边切口梁三点弯曲试样,详细的试样尺寸见6.2。对试样连续施加弯曲力,直至试样 断裂,得到最大弯曲力Fmax,计算应力强度因子KⅠ的临界值KⅠC。 5 设备及装置 5.1 试验机 各类万能试验机和压力试验机均可使用。根据GB/T16825.1,试验机精确度为Ⅰ级或优于Ⅰ级。 试验机应能在本部分规定的速度范围内控制试验速度,加卸力应平稳、无振动、无冲击。 5.2 三点弯曲试验装置及要求 5.2.1 三点弯曲试验装置:由两根支承滚柱和一根施力滚柱构成。 5.2.2 滚柱的硬度应不低于试样的硬度,其表面粗糙度(Ra)值应不大于0.8μm。 5.2.3 两支承滚柱的直径应相同,施力滚柱的直径一般与支承滚柱的直径相同,本部分推荐滚柱直径 为5mm;滚柱的长度应大于试样宽度。 5.2.4 两支承滚柱的轴线应平行,施力滚柱的轴线应与支承滚柱的轴线平行。 5.2.5 试验时,滚柱可以绕其轴线转动,但不应发生相对移动。施力滚柱的轴线至两支承滚柱的轴线 的距离应相等,偏差不大于±0.5%。 5.2.6 力的作用方向应垂直于两支承滚柱的轴线所在平面。 5.3 安全防护罩 用于防止试样断裂碎片飞出伤害试验人员。 6 试样 6.1 抗弯强度试样:抗弯强度的测试采用机加工的矩形横截面试样,受力表面进行磨光处理(Ra值一 般不大于0.4μm)。试样的形状、尺寸、公差应根据材料的实际使用情况按有关标准或协议的规定。如 无规定,宜采用表1和表2的试样尺寸及公差。 表1 抗弯强度的测试采用的矩形横截面试样 单位为毫米 试样矩形横截面尺寸h(高度)×b(宽度) L(长度) 5×6 20(>17) 2GB/T31967.2—2015 表2 试样的尺寸公差和形状公差 单位为毫米 试样横截面 尺寸范围尺寸公差 形状公差 >3~5 ±0.05 0.03 >5~10 ±0.10 0.05 >10~20 ±0.15 0.08 >20~45 ±0.20 0.10 注:形状公差为跨距范围内同一横截面尺寸的最大值与最小值之差。 6.2 断裂韧度(KⅠC)试样:断裂韧度(KⅠC)的测定采用机加工的矩形横截面单边切口梁试样,受力表面 进行磨光处理(Ra值一般不大于0.4μm)。试样的形状、尺寸、公差应根据材料的实际使用情况按有关 标准或协议的规定。如无规定,宜采用表2和表3的试样尺寸及公差。 表3 断裂韧度(KⅠC)的测试采用的单边切口梁试样 单位为毫米 试 样W(高度)/B(厚度)=2 B×WL(长度) a(切口深度) f(切口宽度) 矩形横截面 (稀土永磁材料用)5×10 45 5 <0.2 6.3 试样取向方向:稀土永磁材料多为取向成型材料,力学性能具有各向异性。试样的取向方向应根 据材料的实际使用情况按供需双方的协议的规定,或由委托人自行确定。委托人在提供力学试样时,应 同时标注试样的取向方向。试验报告中应注明试样的取向方向。 6.4 进行对比试验时,试样横截面形状、尺寸和跨距应相同,试样的取向方向应相同。 6.5 切取样坯和机加工试样时不应改变材料的力学性能。 7 抗弯强度(σbb)的测定 7.1 试样的数量 抗弯强度试样(6.1)一般不应少于5个。 7.2 试样尺寸测量 取试样(6.1)靠近中间处测量其高度和宽度,测试3次,记录每次测试结果,同时计算并记录平 均值。 7.3 试验温度 试验应在室温10℃~35℃下进行。 7.4 跨距 7.4.1 抗弯强度的测试采用矩形截面试样时,跨距(LS)为14.5mm。 7.4.2 断裂韧度的测试采用单边切口梁试样时,跨距(S)为高度的4倍,即为40mm。 3GB/T31967.2—2015 7.5 试验速率 采用三点弯曲试验方法,加载采用位移控制(由于脆性材料断裂之前变形量很小,宜用应力控制避 免发生“过冲”现象)。抗弯强度测定时压头位移速率应控制在0.1mm/min~0.5mm/min范围内某个 恒定值。 7.6 性能测定 三点弯曲抗弯强度试验示意图见图1。将试样(6.1)对称地安放于弯曲试验装置(见图1)上,采用 合适的安全防护罩进行防护(5.3),对试样(6.1)连续施加弯曲力,直至试样断裂。从试验机测力度盘上 或从记录仪(5.1)的力-位移曲线上记录最大弯曲力Fbb。 说明: 1———试样; F———弯曲力; 2———施力滚柱; L———试样长度; 3———支承滚柱; LS/2———两支承点间距离的一半; b———试样宽度; h———试样高度。 图1 三点弯曲抗弯强度试验示意图 7.7 测定结果的计算与表述 按式(1)计算稀土永磁材料的抗弯强度: σbb=3FbbLS 2bh2…………………………(1) 式中: σbb———稀土永磁材料的抗弯强度,单位为兆帕(MPa); Fbb———最大弯曲力,单位为牛顿(N); LS———跨距,单位为毫米(mm); b———试样宽度,单位为毫米(mm); h———试样高度,单位为毫米(mm)。 7.8 精密度 7.8.1 重复性 在重复性条件下获得的两次独立测试结果的测定值,在表4给出的平均值范围内,这两个测试结果 4GB/T31967.2—2015 的绝对差值不超过重复性限(r),超过重复性限(r)的情况不超过5%。 表4 抗弯强度测试结果的重复性限 抗弯强度/MPa 重复性限r/% 100~400 20 >400 28 注:重复性限(r)为2.8×Sr,Sr为重复性标准差。 7.8.2 允许差 实验室之间测试结果的差值应不大于表5所列允许差。 表5 抗弯强度实验室间测试结果的允许差 抗弯强度/MPa 相对允许差/% 100~400 20 >400 28 8 断裂韧度(KⅠC)的测定 8.1 试样(6.2)的数量 断裂韧度(KⅠC)试样(6.2)一般不应少于3个。 8.2 试样(6.2)尺寸测量 取试样(6.2)靠近中间处测量其高度和宽度,测试3次,记录每次测试结果,同时计算并记录平 均值。 8.3 试验温度 试验应在室温10℃~35℃下进行。 8.4 试验速率 采用三点弯曲试验方法,加载采用位移控制,断裂韧度(KⅠC)测定时压头位移速率应控制在 0.1mm/min~0.2