烧结钕铁硼的动态压缩及断裂特性研究

发布时间：2020-04-02 04:00

【摘要】：本文研究了烧结钕铁硼的动态压缩及断裂特性。利用MTS万能材料试验机对不同型号及充磁与未充磁状态下的烧结Nd-Fe-B试样进行了准静态单轴压缩试验。试验结果表明,烧结Nd-Fe-B试样的压缩强度随Nd含量的增加而降低,且试样断裂时的破坏应变逐渐减小。添加重稀土元素比添加轻稀土元素的试样的压缩强度高,在同样的加载条件下使前者断裂吸收的能量较小,且试样断裂时的破坏应变增大。由于磁晶粒子磁致伸缩的各向异性,导致试样在充磁状态下的压缩强度弱于在未充磁状态下的压缩强度,且前者断裂时的破坏应变小于后者断裂时的破坏应变。利用分离式霍普金森压杆对烧结Nd-Fe-B试样进行了不同加载速度的动态单轴压缩试验。试验结果表明,烧结Nd-Fe-B试样在动态压缩载荷作用下的破坏过程具有应变率效应。随着应变率逐渐增加,试样的峰值应力逐渐增大,而峰值应变却逐渐减小,说明试样的压缩强度随着应变率的增加而逐渐增大。试样的应力-应变曲线所包围的面积也逐渐增大,表明试样的冲击压缩韧性也随着应变率的增加而逐渐增大。DIC分析表明,当作用于试样上的轴向压缩载荷接近于最大值时,试样表面的某些位置随机形成裂纹,并沿一定的方向向周围扩展。事实上,在试样表面发生损伤之前,由于边界效应会导致其单轴应力状态发生偏离。作用于试样上的拉伸环向应力、轴向应力和剪应力的多轴应力状态是导致试样表面产生裂纹的原因。当作用于试样上的轴向压缩载荷达到最大值时,此时作用于试样上单位体积的功可以用来表征试样的冲击稳定性,或者试样在变形和断裂过程中的应变能可以作为试样断裂的判据。利用MTS万能材料试验机对烧结Nd-Fe-B试样进行了不同加载速度的三点弯曲试验。试验结果表明,烧结Nd-Fe-B试样的抗弯强度与加载速度有关,加载速度越大,抗弯强度越大,而挠度则越小。不同加载速度下利用DIC方法得到的弹性模量与准静态下得到的弹性模量相近,并与相关文献记载的弹性模量一致,验证了DIC方法对该试验的有效性。DIC方法较好地呈现了烧结Nd-Fe-B试样在三点弯曲加载下的应变变化规律,试样呈现出明显的上压下拉的状态。其应变分布曲线表明,烧结Nd-Fe-B试样受弯曲载荷时,其应变并非是均匀的变形,这种不均匀性是由其晶体结构复杂,滑移系少造成的。烧结Nd-Fe-B试样在室温下表现出明显地脆性断裂特征,其断裂方式主要为沿晶断裂。磁体的断裂面上仅存在径向断裂模式,断口主要由“冰糖块状”的晶粒所组成,且晶粒表面光滑无特征。
【图文】：

图 1.1 稀土永磁材料的发展历程Fig. 1.1 The development process of rare earth permanent magnet material烧结钕铁硼（Nd-Fe-B）永磁材料主要由稀土元素钕（Nd）、金属元素铁（元素硼（B）组成的金属间化合物。金属间化合物根据其形成条件可将其分：第一种是间隙化合物，它主要由组成元素原子尺寸大小地较大差异发挥形成；第二种是电子化合物，它主要由组成元素地电子浓度发挥主要作第三种是正常价化合物，它主要由负电性因素起主要作用且服从原子价规金属间化合物的不同原子间有着复杂的组合形态，，其原子键间的组合形式复杂的问题，正是因为其原子键组合和晶体构造的多样性，才使得其具有物理特性和力学性能。 烧结钕铁硼的相组成结钕铁硼（Nd-Fe-B）具有复杂的晶体结构，它主要由以下几个部分所组成（1）基体 Nd2Fe14B 相基体 Nd2Fe14B 相是烧结 Nd-Fe-B 磁体中具有单轴各向异性的硬磁性相,是磁

图 1.2 Nd2Fe14B 化合物的晶体结构图Fig. 1.2 The crystal structure of Nd2Fe14B compound 相结 Nd-Fe-B 磁体中最重要的非磁性相，磁体中必须对磁体地性能至关重要。富 Nd 相主要以 Nd-Fe 化合物的密度。富 Nd 相的形态主要分为以下三种：第边界薄层均匀分布，其相结构通常为面心立方（fcc），对磁体地性能最有利；第二种是存在于晶界交耦何作用，要尽量避免它的存在；第三种形态为存在双六方（dhcp）结构，它是不好的存在形态，也应该薄层状富钕相可导致主相间地交换耦合作用，从而实 Nd-Fe-B 磁体中形成四方相晶体结构，B 元素是主相部分，是磁体获得永磁性能得必要条件。在烧结过程
【学位授予单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB302.3

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本文编号：2611419