材料性能测试简介

二、磁性材料的分类 1) 永磁材料（硬磁）：经磁化后能长期保留其磁性的材料。 永磁材料（硬磁）：经磁化后能长期保留其磁性的材料。 ）：经磁化后能长期保留其磁性的材料 特征： 具有高的最大磁能积(BHm) ： 具有高的最大磁能积 特征： a)具有高的最大磁能积 永磁材料单位体积存储和可利用的最大磁能量密度的量度； 永磁材料单位体积存储和可利用的最大磁能量密度的量度； b)具有高的剩余磁化强度 r)和高的矫顽力 c)； 具有高的剩余磁化强度(M 和高的矫顽力 和高的矫顽力(H ； 具有高的剩余磁化强度 c)具有较高的稳定性。 具有较高的稳定性。 具有较高的稳定性 主要有：a) 稀土永磁材料 （钕铁硼 ）：当前磁能积最高的 ）：当前磁能积最高的 主要有： 一类永磁材料，为铁族元素和稀土元素的金属互化物； 一类永磁材料，为铁族元素和稀土元素的金属互化物； b) 金属永磁材料 ：分铝镍钴 铝镍钴(AlNiCo)系和铁铬钴 系和铁铬钴(FeCrCo) 系和铁铬钴 系成本中等， 系合金可以制成 系两大类 ，AlNiCo系成本中等，FeCrCo系合金可以制成 系成本中等 系合金 管状、片状或线状永磁材料而供多种特殊应用； 管状、片状或线状永磁材料而供多种特殊应用； c) 铁氧体永磁材料 ： ( BaO•6Fe2O3和SrO •6Fe2O3)等； 等 d) 其他：微粉永磁材料、纳米永磁材料、胶塑永磁材料等。 其他：微粉永磁材料、纳米永磁材料、胶塑永磁材料
3) 磁存储材料：电子计算机存储器所用的磁性材料， 磁存储材料：电子计算机存储器所用的磁性材料， 其磁滞回线近似于矩形。 其磁滞回线近似于矩形。 特征： 具有高的剩磁比 高的剩磁比B 特征：a) 具有高的剩磁比 r/Bm和低的 矫顽力H 矫顽力 c； b) 短的开关时间； 短的开关时间； c) 磁滞回线近似于矩形。 磁滞回线近似于矩形。 主要有： 主要有：a) 铁氧体矩磁材料 （ MnO•Fe2O3、MgO•Fe2O3）； 、 b) 金属磁膜材料（Fe-Ni系）等。 金属磁膜材料（ 系
二、力学性能的常规测试手段 （1）单向静拉伸实验 （2）压缩实验 （3）扭转实验 （4）弯曲实验 4 （5）冲击韧性实验 （6）断裂韧性实验 （7）疲劳性实验 （8）磨损性实验
第二节 常温单向拉伸性能及测试方法
一、 力–伸长曲线 F为拉力,∆L为绝对伸长 P点以下为直线 A点以下为弹性变形 AC为屈服阶段 CB为均匀塑性变形 Bk为非均匀塑性变形
第六节 硬度性能及测试方法 一、硬度性能基本概念 硬度反映材料抵抗局部变形特别是塑性变形和破裂的能力 硬度并非材料独立的力学性能， 硬度并非材料独立的力学性能，而是人为规定的 在某一特定试验条件下的一个综合性能指标。 在某一特定试验条件下的一个综合性能指标。
刻划法：摩氏硬度 硬度试验方法 静态试验法：布氏、洛氏、维氏硬度 压入法 动态试验法：肖氏、里氏硬度
试验原理
HV = 0.102
F S
136o 2 F sin d2 2 = 0.1891 F 将S = 代入得 HV = 0.102 × α d2 d2 2sin 2
优点：不存在F 优点：不存在F与D之间的约束、压痕测量精确、 之间的约束、压痕测量精确、 不存在标尺不统一的问题 缺点：测定较为麻烦， 缺点：测定较为麻烦，效率低
6) 多功能磁性材料：同时具有磁性和其他性能的材料 多功能磁性材料： 主要有： 同时具有铁磁性和铁电性的铁磁-铁电功能材 主要有：a) 同时具有铁磁性和铁电性的铁磁 铁电功能材 材料； 料，如BiFeO3(Ba,Pb)(Ti,Zr)O3系材料； b)同时具有铁磁性和半导体的铁磁 半导功能材料，具有 同时具有铁磁性和半导体的铁磁-半导功能材料 同时具有铁磁性和半导体的铁磁 半导功能材料， 高的磁导率和高的载流子迁移率，如铕-硫 高的磁导率和高的载流子迁移率，如铕 硫(Eu-S)系和铕 系和铕 -硒(Eu-Se)系材料； 系材料； 硒 系材料 c) 磁电材料，是一类由磁场可产生磁化强度和电极化强 磁电材料， 由电场可产生电极化强度和磁化强度的磁性材料， 度，由电场可产生电极化强度和磁化强度的磁性材料， 如DyAlO3和GaFeO3； d) 铁磁-有机材料，是一类不含磁性金属的纯有机化合 铁磁-有机材料， 物磁性材料。 物磁性材料。可以说多功能磁性材料是正在发展和扩大 的新型磁性材料。 的新型磁性材料。
1. 材料性能分类
第二章
力学性能及测试方法
第一节 力学性能简介 一、力学性能的含义：材料在一定温度条件和外力作 用下，抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。 主要包括：强度、塑性、硬度等。 （1）强度：材料在外力作用下对变形或断裂的抗力。 常用的强度指标有屈服强度σS或σ0.2和抗拉强度σb （2）塑性：材料在断裂前发生塑性变形的能力。 塑性指标包括： 伸长率δ，即试样拉断后的相对伸长量； 断面收缩率φ，即试样拉断后，拉断处横截面积的相对缩 小量
二、材料的磁化 1) 磁化率和磁导率 a) 磁化率 χ =
M H
物质在磁场中表现出一定的磁性称为磁化
H 总 = H + H ' 其中H为外加磁场强度，单位为A/m 其中H为外加磁场强度 单位为A/m 为外加磁场强度，
二、布氏硬度(HB) 布氏硬度(HB) 1) 试验原理
HB = 0.102
F F = 0.102 S π Dh
将h =
D 1 − D2 − d 2 2 2
代入得 HB=0.102
π D D − D2 − d 2
(
2F
)
将 d = D sin 2 代入HB的计算式可得 根据大量试验结果有
F ϕ = A sin D2 2
3) 抗拉强度
Fb σb = S0
抗拉强度是试样拉断之前承受的最大拉伸应力， 由最大载荷Fb除以初始横截面积S0得到。
4）真实断裂强度 真实断裂强度等于试样拉断时的载荷Fk处以缩颈 处的横截面积Sk
5) 断后伸长率 δ =
S0 ∆L =α +β L0 L0
试样断裂后其标距长度的相对伸长量称为断后伸长率 断后伸长率除取决于材料本身的特性，还受试样形状 的影响。 为能比较不同材料的断后伸长率，必须使S01/2与L0保 持恒定比值。 通常的标准规定L0=11.3 S01/2或L0=5.65 S01/2
图2.1 低碳钢的力—伸长曲线
二、应力—应变曲线
F 工程应力 σ = S (Mpa) 0
∆L ε= 工程应变 L0
c ba
真应力 σ t = σ (1 + ε ) 真应变 ε t = ln L = ln (1 + ε ) L0

图2.1 低碳钢的应力应变曲线
e
d
k
四个阶段 1）弹性变形阶段： ob段，比例极限、弹性极限 2）屈服阶段： cd段，屈服强度 3）均匀塑性变形阶段： de段，抗拉强度 4）局部塑性变形阶段， ef段
4) 磁微波材料： 具有独特微波磁性的材料。 磁微波材料： 具有独特微波磁性的材料。 主要有： 旋磁材料， 主要有：a) 旋磁材料，高旋磁性高电阻率的旋磁铁氧体 材料， 铁氧体系统等； 材料，如BaO•6Fe2O3、3Y2O3• 5Fe2O3铁氧体系统等； 、 b) 磁微波吸收材料，具有高的电磁波吸收系数和宽的电 磁微波吸收材料， 磁波吸收频带， 磁波吸收频带，如以磁性金属粉末或薄膜为组元的复合 吸收材料、六角晶系复合铁氧体等。 吸收材料、六角晶系复合铁氧体等。 5) 磁光材料：激光、光电子学和正在发展的光子学中所 磁光材料：激光、 用多种磁光效应器件使用的磁性材料。 用多种磁光效应器件使用的磁性材料。 特征： 高的磁光效应； 低的磁光损耗； 特征： a) 高的磁光效应；b) 低的磁光损耗； c) 宽的磁光效应频带；d) 高的稳定性。 宽的磁光效应频带； 高的稳定性。 主要有： 金属磁光材料，如锰-铋 系合金等； 主要有：a) 金属磁光材料，如锰 铋(Mn-Bi)系合金等； 系合金等 (2)铁氧体磁光材料，如石榴石型铋 钆-铁-镓-氧(Bi-Gd铁氧体磁光材料， 铁氧体磁光材料 如石榴石型铋-钆 铁 镓 氧 Fe-Ga-O)系铁氧体等； 系铁氧体等； 系铁氧体等 (3)非晶态磁光材料，如钆 钴(Gd-Co)系非晶态合金等。 非晶态 系非晶态 非晶 磁光材料，如钆-钴 系非晶 合金等。
七种类型
三、重要拉伸性能指标 1) 弹性模量 E =
σ (Gpa) ε
弹性模量是表征材料对弹性变形的抗力指标，其数 值等于应力-应变曲线上直线段的斜率。 弹性模量越大，在相同应力下产生的弹性形变越小。 弹性模量表征材料内部原子间结合力的大小，即键 的强弱。 在多晶体中，它取决于组成材料的原子结构，晶格 类型和点阵参数。
ϕ
HB = 0.102
F D2
2 2 ϕ π 1 − 1 − sin 2
三、洛氏硬度(HR) 洛氏硬度 试验原理
金刚石压头
HR = k −e ( k = 0.2mm ) 0.002
淬火钢球压头
HR = k −e ( k = 0.26mm ) 0.002
四、维氏硬度(HV) 维氏硬度
影响因素： 1、键合方式及原子结构 共价、离子及金属键弹性模量较大 2、晶体结构 非晶态材料的弹性模量呈各向同性 多晶态材料为各向同性 单晶材料为各项异性 3、化学成分
2）屈服强度 屈服是材料产生塑性变形，即应力不增加或在某一应 力水平波动，试样继续产生应变的现象。应力下降的 最低值称为下屈服强度（σsl），应力首次下降前的 最大值称为上屈服强度（σsu） 。 对于没有明显屈服现象的材料，通常用规定非比例伸 长应力，即产生0.2%非比例伸长率的应力（ σ0.2 ）来 表达。
图2.4 铸铁压缩应力-应变曲线
图2.5 低碳钢压缩应力-应变曲线
二、压缩性能参量 压缩弹性模量 压缩屈服强度 相对压缩率 相对断面扩展率 抗压强度
Ec =
σc ε
σ 0.2 c
εc =
φc =
F0.2 c = S0
h0 − h1 ×100% h0
S1 − S0 × 100% S0
σ bc =
Fbc S0
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2) 软磁材料：既容易磁化又容易退磁的磁性材料。 软磁材料：既容易磁化又容易退磁的磁性材料。 特征： 高的磁导率。磁导率(符号为 是对磁场灵敏度的量度； 符号为µ)是对磁场灵敏度的量度 特征：a) 高的磁导率。磁导率 符号为 是对磁场灵敏度的量度； b) 具有高的饱和磁化强度 s)和低的矫顽力 c)； 具有高的饱和磁化强度(M 和低的矫顽力(H ； c) 具有较高的稳定性。 具有较高的稳定性。 主要有：a) 铁-硅(Fe-Si)系软磁材料，俗称硅钢片； 主要有： 硅 系软磁材料， 称硅钢片； b) 铁-镍(Fe-Ni)系软磁材料，具有低矫顽力的一类材料； 镍 系软磁材料，具有低矫顽力的一类材料； c) 铁氧体软磁材料，可在高频或超高频使用； 铁氧体软磁材料，可在高频或超高频使用； d) 非晶态软磁材料和纳米晶软磁材料，制造工艺简单； 非晶态软磁材料和纳米晶软磁材料，制造工艺简单； e) 其他软磁材料：高能和高磁化强度的铁-钴(Fe-Co)系合金， 其他软磁材料：高能和高磁化强度的 钴 系合金， 系合金 高电阻率的 铝 系合金， 高电阻率的铁-铝(Fe-Al)系合金， 系合金 磁晶各向异性和磁致伸缩都趋近于零的 硅 铝 磁晶各向异性和磁致伸缩都趋近于零的铁-硅-铝(Fe-Si-Al)系 系 合金等 合金等。
S0 − S1 6) 断面收缩率 φ = S ×100% 0
试样断裂后其横截面积的相对缩减值称为断面收缩率
c) 数据处理 弹性模量
E= ∆F L0 S 0 ∆L
断面收缩率 φ =
S0 − S1 ×100% S0
屈服强度σsu、 σsl
屈服强度σ0.2
第三节 常温压缩性能及测试方法
一、压缩试验的应力-应变曲线及特点
（3）硬度：衡量材料软硬程度的一个性能指标。 硬度试验的方法较多，原理也不相同，测得的硬度值和 含义也不完全一样。 最常用的是静负荷压入法硬度试验，即布氏硬度（HB）、 洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）、维氏硬度（HV）， 其值表示材料表面抵抗坚硬物体压入的能力。 因此，硬度不是一个单纯的物理量，而是反映材料的弹 性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标。