一種測試脆性材料抗彎強(qiáng)度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測試脆性材料抗彎強(qiáng)度的方法，尤其是測試釹鐵硼稀土永磁材料 及其它脆性合金抗彎強(qiáng)度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 稀土永磁材料作為一種重要的功能材料，其力學(xué)性能普遍較差，強(qiáng)韌性差使稀土 永磁體在加工過程中容易開裂、掉渣。這大大降低了磁體的成品率和加工精度，增加了磁體 的加工成本，限制了磁體在高精度儀器儀表行業(yè)的應(yīng)用。
[0003] 同時，由于稀土永磁材料的強(qiáng)韌性差，抗震、抗沖擊能力相應(yīng)也較差，使得材料在 對抗震、抗沖擊力要求較高的場合的應(yīng)用也受到限制，比如，航空儀表和高速電機(jī)等領(lǐng)域。
[0004] 目前評價釹鐵硼永磁體等脆性材料的力學(xué)性能的指標(biāo)大致有三種，即斷裂韌性、 抗沖擊韌性和抗彎強(qiáng)度。其中，抗彎強(qiáng)度由于其試樣加工容易，計(jì)算測量簡單，試驗(yàn)中所需 設(shè)備有限等諸多優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛的應(yīng)用于科研實(shí)踐當(dāng)中。
[0005] 抗彎強(qiáng)度的測試方法中最具代表性的就是三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)法，其通過特定的夾具、 壓頭或模具以及材料試驗(yàn)機(jī)測定出試樣被壓斷的瞬間所承受的最大應(yīng)力，再根據(jù)最大應(yīng) 力、試樣跨距、試樣高、試樣寬等數(shù)據(jù)，利用材料力學(xué)計(jì)算公式，得到材料的抗彎強(qiáng)度值。
[0006] 但是由于脆性材料本身的特點(diǎn)，測量結(jié)果存在分散性較大的弊端，斷面形貌也不 夠理想。所以我們需要在試驗(yàn)過程和試樣加工上加以改進(jìn)來減小實(shí)驗(yàn)誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種測試脆性材料抗彎強(qiáng)度的方法，尤其適用于測試釹鐵 硼稀土永磁材料及其它脆性合金的抗彎強(qiáng)度。
[0008] 利用所述測試脆性材料抗彎強(qiáng)度的方法測試時，所述脆性材料被加工成試樣，在 所述試樣上與測試裝置上的支撐輥棒進(jìn)行接觸的面上形成半圓柱形槽。
[0009] 優(yōu)選地，所述半圓柱形槽的中心線平行于兩個所述支撐輥棒和施壓部件，且在兩 個所述支撐輥棒的正中間、所述施壓部件正下方的位置。
[0010] 優(yōu)選地，通過以下公式計(jì)算所述脆性材料的抗彎強(qiáng)度，
[0011]
[0012] 其中，a為所述半圓柱形槽的半徑，b為所述半圓柱形槽的長度，其與所述試樣的 寬度相等，P是斷裂時的最大載荷，h是試樣的高度，L是測試裝置上兩個支撐輥棒之間的距 離，k是應(yīng)力集中系數(shù)。
[0013] 所述試樣的高度h和所述半圓柱形槽的半徑優(yōu)選滿足0. 2h < a < 0. 3h。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中試樣的示意圖。
[0015] 圖2是示出圖1所示試樣上切槽的圖。
[0016] 圖3是示出測試過程中試樣斷裂形成的斷面的圖，左側(cè)是未切槽的試樣，右側(cè)是 切槽的試樣。
[0017] 圖4是實(shí)施例中不同切槽工藝參數(shù)所對應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果的最大相對偏差。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說明。
[0019] 首先，將釹鐵硼永磁材料進(jìn)行切割、表面打磨、倒角等常規(guī)處理后，制備成標(biāo)準(zhǔn)試 樣，例如尺寸為5X5X35mm 3的試樣3(見圖1)，尺寸偏差在±0.1 mm以內(nèi)。
[0020] 然后用例如電火花線切割工藝在試樣的底面（即，用于接觸測試裝置上的支撐輥 棒1的面）切出一個半徑為a、長度等于試樣寬度b的半圓柱形槽（見圖1和圖2)。半圓 柱的中心線與兩個支撐輥棒1和施壓部件2 (例如，壓頭）平行，且處于兩個支撐輥棒1正 中間、施壓部件2正下方的位置，如圖1所示。
[0021] 然后將試樣放入測試裝置，例如型號為CMT4503的萬能材料試驗(yàn)機(jī)內(nèi)，設(shè)定跨距 為L，L小于試樣的長度，為減小應(yīng)變速率對測試結(jié)果的影響，在施壓部件2加載速度為低 速（例如0. lmm/min或更?。┑那闆r下進(jìn)行測試，測出斷裂時的最大載荷P，數(shù)值精確到 0.0 lN0
[0022] 接下來，通過以下抗彎強(qiáng)度公式（1)計(jì)算試樣的抗彎強(qiáng)度值。
[0023]
[0024] 在上述公式（1)中，Ob為抗彎強(qiáng)度，單位為兆帕（MPa);
[0025] P為試樣斷裂時的最大載荷，單位為牛頓（N);
[0026] b為試樣寬度，單位為毫米（mm);
[0027] h為試樣厚度，單位為毫米（mm);
[0028] a為試樣上的半圓柱形切槽半徑，單位為毫米（mm);
[0029] k是應(yīng)力集中系數(shù)，其僅與切槽的形狀和大?。╝/h)有關(guān)，與材料本身無關(guān)。
[0030] 材料力學(xué)理論計(jì)算公式對試樣的斷面要求比較嚴(yán)格，所形成的理想斷面優(yōu)選平行 于載荷P的方向，而且在兩個支撐輥棒之間正中心、施壓部件正下方的位置，形貌與該處截 面近似，這種情況被稱之為正斷，如圖3中右側(cè)試樣的斷裂形式，斷裂方式越接近正斷，測 試結(jié)果的可信程度越高。
[0031] 與一般的單邊切口梁工藝相比，本發(fā)明所選用的半圓柱形切槽工藝可以更好地控 制并減小應(yīng)力集中效應(yīng)給測試帶來的誤差。經(jīng)過上述處理的釹鐵硼永磁材料試樣的正斷比 得到了明顯提升，這就大幅減少了測試所需的時間和試樣的數(shù)量，從而節(jié)省了人力和財力。
[0032] 多次試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)a = 1~I. 5mm，即a/h = 0. 2~0. 3時，試樣全部接近正斷， 各組測試結(jié)果的最大相對偏差均控制在2%以內(nèi)，全部為可用數(shù)據(jù)（最大相對偏差< 10% 即為可用數(shù)據(jù)）。
[0033] 由于應(yīng)力集中系數(shù)k與試樣的材質(zhì)無關(guān)，因此可以用相同的工藝制備出同樣 規(guī)格的試樣，但是不經(jīng)過切槽處理，經(jīng)過三點(diǎn)彎曲試樣測試可以得到基準(zhǔn)應(yīng)力〇_， CN 105092389 A ^ 巾 Ti 3/3 貝
M為彎矩。利用以下公式（2)得出k，
[0034]
[0035] 其中σ _為有切槽試樣的最大應(yīng)力，利用此公式（2)可以繪出和a/h相關(guān)的曲線 圖。例如，利用多次試樣結(jié)果繪出的曲線圖可以查出當(dāng)a/h = 0. 2時，應(yīng)力集中系數(shù)k的取 值為2. 69,當(dāng)a/h = 0. 3時，k的取值為2. 54。
[0036] 實(shí)施例
[0037] 將申請人按照常規(guī)工藝生產(chǎn)的、未經(jīng)充磁的釹鐵硼稀土永磁材料坯塊制備成 5X5X35mm 3的標(biāo)準(zhǔn)試樣，尺寸偏差控制在±0.1 mm以內(nèi)。
[0038] 預(yù)制半圓柱形切槽的半徑分別為0mm、lmm(0. 2h)、I. 5mm(0. 3h)和2mm(0. 4h)。設(shè) 定型號為CMT4503的萬能材料試驗(yàn)機(jī)的跨距為25mm，加載速度為0. lmm/min，進(jìn)行測試。
[0039] 測試結(jié)果如表1所示。
[0040] 表 1
[0041]
[0042]
[0043] 試驗(yàn)結(jié)果表明，半圓柱形切槽的半徑為1mm~I. 5mm(0. 2h~0. 3h)時，正斷次數(shù) 接近100%，而且試驗(yàn)結(jié)果的最大相對偏差最小。
[0044] 圖4示出了不同切槽工藝參數(shù)對應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果最大相對偏差。半圓柱形切槽的半 徑在0. 2h~0. 3h范圍內(nèi)，試驗(yàn)結(jié)果最大相對偏差均在2%以內(nèi)，明顯小于未切槽試樣的最 大相對偏差15. 42%。當(dāng)半徑增加到0.4h時，試驗(yàn)結(jié)果最大相對偏差有增大的趨勢。因此， 半圓柱形切槽的半徑優(yōu)選控制在〇. 2h~0. 3h范圍內(nèi)。
[0045] 以上通過【具體實(shí)施方式】和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但本發(fā) 明并不受限于此。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明做出各種改 變和變形。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種測試脆性材料抗彎強(qiáng)度的方法，其特征在于，進(jìn)行測試時，所述脆性材料被加工 成試樣，在所述試樣上與測試裝置上的支撐輥棒進(jìn)行接觸的面上形成半圓柱形槽。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試脆性材料抗彎強(qiáng)度的方法，其特征在于，所述半圓柱形 槽的中心線與兩個所述支撐輥棒和施壓部件平行，且處于兩個所述支撐輥棒的正中間、所 述施壓部件正下方的位置。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試脆性材料抗彎強(qiáng)度的方法，其特征在于，通過以下公式 計(jì)算所述脆性材料的抗彎強(qiáng)度，其中，a為所述半圓柱形槽的半徑，b為所述半圓柱形槽的長度，其與所述試樣的寬度 相等，P是斷裂時的最大載荷，h是試樣的高度，L是測試裝置上兩個支撐輥棒之間的距離， k是應(yīng)力集中系數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的測試脆性材料抗彎強(qiáng)度的方法，其特征在于，所述試樣的高 度h和所述半圓柱形槽的半徑滿足0. 2h<a< 0. 3h。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種測試脆性材料抗彎強(qiáng)度的方法。測試時，所述脆性材料被加工成試樣，在所述試樣上與測試裝置上支撐輥接觸的面上形成半圓柱形槽。所述半圓柱形槽的中心線與兩個所述支撐輥棒和施壓部件平行，且處于兩個所述支撐輥棒的正中間、所述施壓部件正下方的位置。通過以下公式計(jì)算所述脆性材料的抗彎強(qiáng)度：其中，a為所述半圓柱形槽的半徑，b為所述半圓柱形槽的長度，其與所述試樣的寬度相等，p是斷裂時的最大載荷，h是試樣的高度，L是測試裝置上兩個支撐輥棒之間的距離，k是應(yīng)力集中系數(shù)。
【IPC分類】G01N3/20
【公開號】CN105092389
【申請?zhí)枴緾N201410221512
【發(fā)明人】李瑞春, 徐博
【申請人】天津三環(huán)樂喜新材料有限公司, 北京中科三環(huán)高技術(shù)股份有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2014年5月23日