YST 485-2025 烧结双金属材料剪切强度测定方法标准立项发展报告

烧结双金属材料剪切强度测定方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:MethodforDeterminationofShearStrengthofSinteredBimetalMaterials摘要关键词：烧结双金属材料；剪切强度；测定方法；粉末冶金；有色金属；行业标准Keywords:Sinteredbimetalmaterials;Shearstrength;Determinationmethod;Powdermetallurgy;Non-ferrousmetals;Industrystandard1引言1.1标准制定背景烧结双金属材料是指通过粉末冶金烧结工艺将两种不同性能的金属材料复合而成的一类功能材料，典型代表包括钢-铜合金、钢-镍合金及钢-不锈钢等复合体系。其设计理念在于充分发挥基体材料的强韧性与覆层材料的功能性，实现单一材料难以兼顾的综合服役性能。近年来，随着液压柱塞泵、滑动轴承、阀板等关键零部件的技术指标不断提升，对烧结双金属材料界面结合质量的要求日益严苛。剪切强度是评价覆层与基体界面结合强度的直接力学指标。工程实践表明，界面失效是烧结双金属构件最主要的失效模式之一。因此，建立科学、统一、可重复性好的剪切强度测定方法，对于材料工艺优化、产品质量判定以及失效分析具有不可替代的作用。1.2国内外标准现状目前，国内外尚无专门针对烧结双金属材料剪切强度测定的统一方法标准。国际标准化组织（ISO）发布的ISO2747《烧结金属材料，不包括硬质合金——剪切强度的测定》主要针对单层烧结金属材料，未涉及双金属复合界面的剪切测试问题。美国材料与试验协会（ASTM）相关标准侧重于金属粉末及烧结制品的常规性能测试，亦未对此类复合材料的界面剪切强度给出明确规定。在国内，现行国家标准GB/T10422《烧结金属摩擦材料剪切强度的测定》主要适用于烧结金属摩擦材料，其试样形式与加载方式不完全适用于结构用烧结双金属材料。有色金属行业已有的部分产品标准虽提及剪切强度指标，但对测试条件的规定不尽一致，不同企业之间检测数据可比性差的问题较为突出。上述标准缺位状况导致各生产和应用单位在检测过程中各自为政，检测结果缺乏横向可比性，一定程度上影响了产品质量评价的科学性和贸易活动的顺畅性。因此，制定一部专门针对烧结双金属材料剪切强度测定方法的有色金属行业标准，具有迫切的现实需求。2标准编制原则与依据本标准的编制严格遵循以下原则：（1）科学性。试验方法的设计依据材料力学和粉末冶金学基本原理，确保所测定的物理量能够真实反映烧结双金属材料界面结合强度。（2）可操作性。在保证测试精度的前提下，尽量简化试样制备和试验操作流程，兼顾一般检测实验室的设备条件，降低标准实施门槛。（3）协调性。标准内容与现行有效的国家标准、行业标准保持协调一致，不产生冲突和矛盾。在术语定义、符号使用等方面与GB/T10623《金属材料力学性能试验术语》等基础标准保持一致。（4）规范性。标准编写格式符合GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定。（5）适用性。充分考虑不同类型烧结双金属材料的结构特点和性能差异，确保方法具有广泛的适用范围和良好的区分度。在技术依据方面，本标准在参考GB/T10422、ISO2747等国内外相关标准的基础上，结合近年来粉末冶金行业的技术进步和检测装备发展水平，对试样尺寸公差、加载速率控制、数据处理方法等技术环节进行了系统优化和明确规定。3标准主要内容3.1范围本标准规定了烧结双金属材料剪切强度测定方法的术语和定义、试验原理、试样制备、试验设备、试验步骤、结果计算和试验报告等内容。本标准适用于以粉末冶金烧结工艺制备的烧结双金属材料在室温大气环境条件下的剪切强度测定。3.2方法原理本标准所采用的剪切强度测定方法原理如下：将特制的剪切试验装置安装于材料试验机上，将带有规定形状切割刃的冲头以规定的速度垂直压入固定在支撑模具中的矩形或圆形试样，使冲头沿试样覆层与基体结合面将覆层部分从基体上剪切剥离，记录试验过程中的最大剪切力，通过最大剪切力与有效剪切面积的比值计算得出剪切强度值。该方法能够直接反映覆层与基体结合面上的剪切抗力，对界面结合质量的变化具有较高的敏感度。3.3试样制备试样从烧结双金属板材或制品的规定部位截取。推荐的试样形式为矩形试样，其推荐尺寸为：长度30mm±0.5mm，宽度20mm±0.5mm，厚度为材料原始厚度（不大于10mm）。对于形状特殊的制品，允许采用相应形状和尺寸的试样，但应在试验报告中注明。试样制备过程中应保证覆层厚度均匀，剪切面平整光洁。试样表面不应有明显缺陷，如裂纹、气孔、划痕等。每个试验条件下应制备不少于5个试样。试样制备方法可采用线切割、电火花或机加工等，在保证试样原始组织和界面结合状态不受影响的前提下，选取适当方法制取试样。切割面不应存在影响试验结果的毛刺、热影响区等缺陷。3.4试验设备试验设备主要包括材料试验机和剪切试验装置两部分。材料试验机应具有足够大的量程，能够满足最大破坏载荷的测定要求，其力值示值误差不超过±1%。试验机应能以规定的恒定速率施加试验力。剪切试验装置由冲头和支撑模具组成。冲头的工作端面为矩形平面切割刃，切割刃宽度应与试样宽度匹配，推荐刃口宽度为20mm±0.05mm。冲头材料应具有足够的硬度和耐磨性，热处理后硬度不低于60HRC。支撑模具用于固定试样，其内腔尺寸允许试样在垂直方向自由移动，但在水平方向应限制试样的位移。3.5试验步骤试验在室温（10℃～35℃）条件下进行。将试样置于支撑模具内，使试验面朝上，覆层朝上，调整位置使冲头刃口与剪切面对准，其中心线与预定剪切面一致，偏差不超过0.1mm。启动试验机，设定加载速率为1mm/min～5mm/min，对试样平稳施加剪切力，直至覆层部分从基体上完全剥离或载荷出现明显下降，记录最大剪切力值。3.6结果计算按以下公式计算每个试样的剪切强度：\[\tau=\frac{F}{S}\]式中：-τ——剪切强度，单位为兆帕（MPa）；-F——最大剪切力，单位为牛顿（N）；-S——有效剪切面积，即冲头刃口宽度与试样厚度方向剪切长度的乘积，单位为平方毫米（mm²）。试验结果以所有测试试样剪切强度的算术平均值表示，精确至0.1MPa。同时应给出标准差和变异系数。3.7试验报告试验报告应包括以下内容：标准编号及标准名称；试样名称、材料牌号及规格；试样制备方法及取样位置；试验设备型号及主要参数；试验条件（温度、加载速率等）；单个试样剪切强度值及平均值；试验中观察到的异常现象；试验日期和试验人员等信息。4国内外标准比对分析为便于理解和对比，下表汇总了本标准与国内外相关标准的主要差异：|比对项目|本标准（YS/T485-2025）|GB/T10422|ISO2747||---------|------------------------|------------|----------||适用对象|烧结双金属材料（覆层/基体界面）|烧结金属摩擦材料|烧结金属材料（不含硬质合金）||试样形式|矩形板状试样（30mm×20mm）|规定尺寸的圆片/矩形试样|规定尺寸的矩形试样||加载方式|冲头垂直压入剪切|冲头压入剪切|冲头压入剪切||剪切面|覆层与基体结合界面|材料整体截面|材料整体截面||加载速率|1mm/min～5mm/min|规定恒定速率|规定恒定速率||数据表达|平均值+标准差+变异系数|平均值+标准差|平均值||试样数量|≥5个|≥3个|≥3个|由上表可见，本标准在适用对象上更具针对性，在数据表达上更加完善，体现了对检测结果可靠性评价的更高要求。5主要参与单位介绍5.1标准起草单位概况本标准由有色金属行业主要的粉末冶金材料科研与检测机构联合起草。其中，西北有色金属研究院（以下简称"西北院"）作为起草工作的核心单位，承担了标准方法论研究、试验验证及草案编制等主要技术工作。5.2单位基本情况西北有色金属研究院创建于1965年，是中国有色金属领域规模最大的综合性研究机构之一，是我国稀有金属材料与粉末冶金技术的重要研发基地。研究院下设粉末冶金研究所、材料分析测试中心等十余个专业研究机构，拥有"金属多孔材料国家重点实验室"和"稀有金属材料陕西省实验室"等高水平科研平台。5.3技术实力与人才队伍西北院现有科研人员2000余人，其中中国工程院院士2人，高级职称以上科研人员500余人，形成了一支以中青年学术带头人为骨干、专业结构合理、创新能力突出的科研团队。研究院在粉末冶金材料、金属复合材料、烧结金属多孔材料等方向具有深厚的技术积累，先后承担国家"863"计划、"973"计划及国家重点研发计划项目数十项，获得国家及省部级科技奖励百余项。5.4标准化工作基础西北院长期致力于有色金属领域标准化工作，是全国有色金属标准化技术委员会粉末冶金分技术委员会的依托单位之一。研究院主持或参与制修订国家标准和行业标准百余项，涵盖粉末冶金材料、稀有金属加工材、分析方法等多个领域，积累了丰富的标准化工作经验。其下属的材料分析测试中心具备中国合格评定国家认可委员会（CNAS）认可和中国计量认证（CMA）资质，为开展标准试验验证提供了高水平的检测条件保障。5.5在本标准编制中的贡献在本标准的编制过程中，西北院负责完成了以下主要工作：一是系统调研国内外相关标准和文献，形成了翔实的技术研究报告；二是设计并开展了系统的试验验证工作，对试样尺寸、加载速率等关键参数进行了优化；三是牵头起草了标准征求意见稿和送审稿，并根据各方意见进行了多轮修改完善；四是组织召开了多次专家讨论会和技术审查会，为标准的技术合理性提供了有力保障。6结论与展望本标准作为我国有色金属行业首项专门针对烧结双金属材料剪切强度测定方法的标准，填补了该领域方法标准的空白，具有重要的技术意义和应用价值。标准的发布实施将产生以下几个方面的积极影响：第一，统一检测方法，提升数据可比性。本标准的实施将消除不同单位之间因测试条件不一致导致的结果差异，使材料性能的评价具有统一的尺度和基准，有利于行业内的技术交流与贸易活动。第二，服务质量控制，保障服役安全。标准为烧结双金属材料生产企业的出厂检验和用户单位的进货验收提供了明确的方法依据，有助于及时发现界面结合质量缺陷，降低构件服役过程中的失效风险。第三，支撑技术研发，推动材料创新。统一的测试方法为新材料、新工艺的开发提供了可靠的性能评价工具，有利于缩短研发周期、加速成果转化，推动烧结双金属材料向更高性能、更广应用的方向发展。展望未来，随着烧结双金属材料应用领域的不断拓展，对测试方法的需求将更加多元化和精细化。建议后续在以下方向持续开展标准化工作：一是研究开发适用于高温环境下的剪切强度测定方法；二是探索适用于薄覆层、异种金属组合等特殊结构材料的微区剪切测试技术；三是推动本标准向更高层面的国家标准乃至国际标准转化，提升我国在该领域标准制定中的话语权和影响力。参考文献[1]GB/T1.1—2020标准化工作导则第