断裂韧性、冲击强度、抗弯强度——烧结钕铁硼的力学性能

烧结钕铁硼永磁体的应用主要是使用其磁性能，但是由于使用环境和条件的不同，对磁体除了有磁性能要求外，还有力学性能与化学性能的要求。例如，有些永磁体在高速转动机械中使用，要经受很大的离心力，或在震动环境、或承受极高加速度（3g~5g）条件下使用，或者在安装磁体时，受到应力的作用，磁体可能剥落、掉边、掉角或开裂等，所以对磁体的力学性能有要求是理所当然的。

什么是材料的力学性能？

材料的力学性能一般包括强度、硬度、塑性和韧性，这几个力学性能参量有不同的物理意义。

强度指材料抵抗外力破坏作用的最大能力。强度按外力作用形式的不同分为：

• 抗拉强度（抗张强度），指外力是拉力时的强度极限
• 抗压强度，指外力是压力时的强度极限
• 抗弯强度，指外力与材料轴线垂直，并在作用后使材料呈弯曲时的强度极限

硬度是指材料局部抵抗硬物压入其表面的能力，是比较各种材料软硬的指标，硬度越高表明金属抵抗塑性变形的能力越强。

塑性是指在一定外力下，固体物质抵抗变形的能力，是材料在外力作用下，永久变形而不被破坏的能力

韧性表示材料在塑性变形和破裂过程中吸收能量的能力。韧性越好，则发生脆性断裂的可能性越小。在材料科学及冶金学上，韧性是指材料受到使其发生形变的力时，对折断的抵抗能力，是材料在断裂前所能吸收的能量与体积的比值。

烧结钕铁硼的力学性能表现

烧结钕铁硼属于脆性材料，其力学性能特性是硬而脆，即强度大、韧性低，在断裂之前几乎没有塑性变形，也就是在弹性形变阶段就断裂了。

下图是各种永磁材料磁能积(BH)m和断裂韧性的比较。我们可以发现，烧结钕铁硼具有最高的磁能积(BH)m，而断裂韧性仍与Sm2Tm17、SmCo5、铁氧体永磁体相当，因为他们都是以金属间化合物为基体的永磁材料，属于脆性材料。粘结稀土永磁材料、Fe-Cr-Co、和磁钢的断裂韧性最好，但他们的磁能积(BH)m要比烧结钕铁硼低得多。

脆性材料常用三个指标来描述材料的力学性能：

1. 断裂韧性，通常反映材料中存在裂纹扩张时的强度，单位是MPa·m1/2。材料的断裂韧性的测试要用拉伸试验机、应力传感器、引伸计、信号放大动态应变仪等，另外试样要做成薄片状。
2. 冲击强度（冲击断裂韧性）反应材料在冲击应力作用下，材料断裂过程吸收的能量，单位是J/m2。冲击强度的测量值对试样的尺寸、形状、加工精度与试验环境等过于敏感，测量值分散性会比较大。
3. 抗弯强度是用三点弯曲法测量材料抗弯曲断裂强度，因试样加工容易、测量简单，最常用来描述烧结钕铁硼磁体的力学性能。

不同学者综合不同试验给出的烧结钕铁硼力学性能指标的大致波动范围，由于是脆性材料，所以试验数据分散性较大。

烧结钕铁硼永磁材料表现出的强度大、韧性低的特性是由其自身的晶体结构所决定的，此外以下两种因素会影响烧结钕铁硼的抗弯强度，也是提高其强度的途径。

• Nd含量对烧结钕铁硼的强度有一定的影响，实验结果表明，在一定条件下，Nd含量越高，材料强度越高。
• 添加其他金属元素对烧结钕铁硼的强度有一定的影响。添加一定量的Ti钛、Nb铌或Cu铜时，永磁体的冲击断裂韧性有提高；添加少量Co钴时，永磁体的抗弯强度提高。

烧结钕铁硼的综合力学性能不够高是限制其在更广领域应用的重要原因之一，如果在保证磁性能提高或不变的情况下，能够改善产品韧性，将会使烧结钕铁硼在军事、航天等领域发挥更大的作用，进入一个全新的发展时期。