ICS 81.060.30 CCS Q 32
中华人民共和国国家标准
GB/T41605—2022
滚动轴承球用氮化硅材料
室温压痕断裂阻力试验方法 压痕法 Silicon nitride materials for rolling bearing balls-Test method for fracture
resistanceat room temperature-Indentationfracture(IF)method
[IS014627:2012,Fineceramics（advancedceramics，advancedtechnical ceramics)-Test method forfracture resistance of silicon nitride materials for
rolling bearing balls at room temperature by indentation fracture (IF)
method, MODJ
2023-02-01实施
2022-07-11发布
国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会
发布 中华人民共和国
国家标准滚动轴承球用氨化硅材料
室温压痕断裂阻力试验方法 压痕法
GB/T41605--2022
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中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号(100029) 北京市西城区三里河北街16号(100045)
网址www.spc.net.cn
总编室：(010)68533533发行中心：(010)51780238
读者服务部：(010)68523946 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷
各地新华书店经销
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开本880×12301/16 印张0.75 字数19千字 2022年7月第一版 2022年7月第一次印刷
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书号：155066·1-70260定价 20.00元
如有印装差错 由本社发行中心调换
版权专有 侵权必究举报电话：(010)68510107 GB/T41605—2022
前言
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件修改采用ISO14627：2012《精细陶瓷（先进陶瓷、高技术陶瓷）室温下用压痕断裂法测定滚动轴承球用氮化硅材料抗断裂性能的试验方法》。
本文件与ISO14627：2012相比，在结构上有较多调整。两个文件之间的结构编号变化对照一览表见附录A。
本文件与ISO14627：2012相比，存在较多技术差异，在所涉及的条款的外侧页边空白位置用垂直单线（I）进行了标示。这些技术差异及其原因一览表见附录B。
本文件做了下列编辑性修改：为与现有标准协调，将标准名称改为《滚动轴承球用氮化硅材料室温压痕断裂阻力试验方
法压痕法》； —对ISO14627:2012文件的“范围”进行调整，将“范围”中与K1.IFR相关的内容与定义3.1整合
并重新了定义术语“3.1”。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国建筑材料联合会提出。 本文件由全国工业陶瓷标准化技术委员会（SAC/TC194)归口。 本文件起草单位：中材高新氮化物陶瓷有限公司、山东工业陶瓷研究设计院有限公司、合肥汇智新
材料科技有限公司、深圳市昊擎科技有限公司、浙江精久轴承工业有限公司、江西工陶院精细陶瓷有限公司、江苏力星通用钢球股份有限公司、洛阳LYC轴承有限公司、泰晟新材料科技有限公司、山东国瓷功能材料股份有限公司、东阿海鸥钢球有限公司。
本文件主要起草人：张伟儒、孙峰、徐学敏、董廷霞、刘芸、宋健、徐玄、姚勇伟、张栋、陈常祝、杨勇、 莫雪魁、宋海涛、商雁青、张晓丽、赵高明、高礼文、徐金梦、张晶、刘明辉、李洪浩。
I GB/T41605—2022
滚动轴承球用氮化硅材料
室温压痕断裂阻力试验方法压痕法
1范围
本文件描述了在室温下用压痕法（IndentationFracture，IF）测试氮化硅陶瓷轴承球断裂阻力的试验方法。
本文件适用于轴承球用氮化硅材料。
2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
JC/T2172精细陶瓷弹性模量、剪切模量和泊松比试验方法脉冲激励法 ISO6507-2金属材料维氏硬度试验第2部分：硬度计的检验与校准（Metallicmaterials-
Vickers hardness test—Part 2:Verificationand calibration of testing machines)
注：GB/T4340.2—2012金属材料维氏硬度试验第2部分：硬度计的检验与校准(ISO6507-2：2005，MOD） ISO266022017精细陶瓷（先进陶瓷、先进技术陶瓷）滚动轴承球和滚子用氮化硅材料[Finece-
ramics (advanced ceramics,advanced technical ceramics)—Silicon nitride materials for rolling bearing balls and rollersj
注：GB/T31703—2015陶瓷球轴承氨化硅球（ISO26602：2009，NEQ）
3术语和定义
ISO26602：2017界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
压痕断裂阻力indentationfractureresistance;IFR K1.IFR 材料抵抗压痕产生裂纹扩展的能力。 注：K1IPR与材料的耐磨性、轴承球滚动接触疲劳寿命以及氮化硅材料的加工工艺有关。K.FR不同于断裂韧性
Kic，Kc是材料的本征性能，与测试方法无关。 ［来源：ISO26602：2017,3.1，有修改］
3.2
毛坏球 preprocessedball 烧结后未经加工的氮化硅球。
4原理
K1.IFR的检测方法是将维氏硬度计的金刚石压头压人被测样品，压头移出后，测量两条压痕对角线
1 GB/T41605—2022
的长度及两条与之相关的裂纹长度（见图1），依据第8章公式计算得到压痕断裂阻力。
3
2c
标引序号说明： 2a1,2a2 压痕对角线长度； 2c1,2c2 裂纹对角线长度。
图1维氏压痕长度和裂纹对角线长度
5设备
维氏硬度计：最大载荷不小于294N，应符合ISO6507-2的要求。
6样品
6.1 通用要求
应将毛坏球或成品球加工出平面并抛光后，进行压痕法试验。 6.2厚度
样品厚度应大于裂纹长度的5倍，通常样品厚度宜大于3mm。 6.3 表面加工
测试面应平整、光洁。表面粗糙度(Ra)应不大于0.1μm。 注：如果样品测试区域不足以选取5个有效点（有效点的选取需要一定的间距，参见7.6)，如果为小尺寸样品，允许
使用同一批材料中尺寸更大的样件，或从同一批材料中随机选择几个轴承球进行测试。
7试验步骤
7.1样品放置
将样品放置在硬度计的样品台上，试验样品的测试面应与压头轴线垂直，保证测试过程中样品不会移动。放置时样品表面应保持清洁。
2 GB/T41605—2022
7.2检查和清洁压头
试验前应检验金刚石压头，如有松动、钝化或开裂，应当更换。试验前应清洁硬度计压头，可以用棉签蘸乙醇、甲醇或异丙醇进行清洁，也可采用压软铜的方法去除碎屑。 7.3试验载荷
试验条件：载荷196.1N，保压时间15s。 如果在196.1N载荷下测试，无法得到有效压痕（见图2），则可改用98.07N的载荷进行试验，并应
在试验报告中注明。
注1：对于具有上升阻力曲线行为的自增韧氮化硅陶瓷，在98.07N下测得的K1.FR数值可能低于在196.1N下的
测试值。 注2：小规格样品测试时，如果样品厚度不能满足6.2要求，或样品测试区域不能满足7.5要求，可以使用比98.07N
更小的载荷进行测试。
7.4.有效压痕
有效压痕的四条主裂纹应从压痕尖端呈正交直线延伸。图2所示的均为无效压痕。
2c
a) 不对称
b）不对称
c）严重分叉
d) 边缘崩裂或粗糙
图2无效压痕参考图
7.5 压痕数量
有效的压痕数量应不少于5个。如图3所示，压痕的间距应不小于裂纹对角线长度的5倍。压痕与样品边界的距离应不小于裂纹对角线长度的3倍。
l,>6c
,>10c
标引序号说明：
样品边界；压痕；
压痕之间的距离；压痕与边界的距离。
1
I1 12
2 2c 裂纹的对角线长度；
图3压痕间距及压痕与样品边界间的最小允许间距
3 GB/T41605—2022
7.6压痕尺寸的测量
在卸载后10min内用光学读数显微镜测量压痕对角线的长度"2a1、2a2”，精确至2μm。
7.7裂纹尺寸的测量
在卸载后10min内用光学读数显微镜测量裂纹对角线长度"2c1、2c2”，精确至10um。 注：裂纹尺寸测量的精度取决于材料的微观结构、表面光洁度和显微镜的放大倍数。依据公式（3)，裂纹长度的测
量精度影响压痕断裂阻力的数值，因此推荐使用大于100倍的倍数来读取数值。 应在测试报告中注明测量裂纹长度用放大倍数。
8计算
8.1计算单个压痕2a和2c的平均值，见公式(1)：
2a1+2a2和2c 2c1+2c2
2a:
·(1 )
2
2
8.2计算单个压痕维氏硬度值，见公式(2)：
P (2a) 2
HV=0.001854
·( 2 )
式中： HV 维氏硬度，单位为吉帕（GPa)； P
载荷，单位为牛顿(N)；压痕平均对角线半长，单位为毫米（mm）。
a
8.3计算单个压痕断裂阻力，见公式（3)：
K1.IFR=0.000978
·（3)
式中： K1.IFR 压痕断裂阻力，单位为兆帕米的二分之一次方（MPa·m1/2）；
弹性模量，单位为吉帕(GPa)；维氏硬度，单位为吉帕(GPa)；载荷，单位为牛顿(N)；裂纹的平均半长，单位为毫米（mm）。
E HV P c 注：因氮化硅陶瓷材料在98.07N及以上的载荷下，只会出现半月形裂纹，所以满足公式（3)的使用条件。 如能获得和一批轴承球相同材料的测试样品，应根据JC/T2172来测量该批氮化硅的弹性模量，
否则允许使用文献中给出的弹性模量数据。
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测试报告
9.1抗压痕断裂试验结果测试报告应包含以下内容：
a）实验室的名称和地址； b) 测试日期、客户名称和地址、报告人签名； c) 对本文件的引用； d) 测试材料的描述：弹性模量、批次代码、制造日期等信息； e) 测试样品尺寸； 4 GB/T41605—2022
f) 测试样品的制样和加工条件（例如样品需要热处理）； g) 试验设备的名称和型号； h) 试验观测裂纹的放大倍数； i) 试验载荷； i) 用来计算压痕断裂阻力的弹性模量以及测量方法，如JC/T2172；如使用文献数据，应提供数
据来源； k) 试验结果：有效压痕的数量、总的压痕数、平均压痕断裂阻力、标准差。
9.2 以下内容为可选项目：
a) 样品的添加剂种类与烧结方法； b) 样品的力学性能，如弯曲强度、维氏硬度等。
5