ICS17.220.20;29.050;77.040.10 H 22
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T 38841—2020/IEC 61788-19:2013
力学性能测量 反应后的 Nb3Sn 复合超导线室温拉伸试验方法
Mechanicalproperties measurementRoomtemperature tensiletest of
reactedNb,Sncompositesuperconductors
(IEC 61788-19:2013,Superconductivity—Part 19:Mechanical properties
measurementRoomtemperaturetensiletestofreacted
Nb,Sncompositesuperconductors,IDT)
2020-12-01实施
2020-06-02发布
国家市场监督管理总局 发布国家标准化管理委员会 GB/T38841—2020/IEC61788-19:2013
目 次
前言引言
范围规范性引用文件术语和定义原理装置 5.1 总则 5.2 试验机 5.3 引伸计 6 试样制备 6.1 总则 6.2 试样长度 6.3 绝缘层去除 6.4 横截面积(S。）测量测试条件 7.1 试样夹持 7.2 引伸计安装 7.3 测试速度 7.4 测试结果计算
2
3 N
5
7
8
8.1 弹性模量（E） 8.20.2%规定塑性延伸强度（Rp0.2-o和Rpo.2-u）测量不确定度 10 测试报告 10.1 试样…. 10.2 结果.. 10.3 测试条件附录A（资料性附录） 第1章～第10章的相关附加信息附录B（资料性附录） 不确定度考虑附录C（资料性附录） 力学测试相关范例参考文献
9
22
29 GB/T38841—2020/IEC61788-19:2013
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准使用翻译法等同采用IEC61788-19：2013《超导电性第19部分：力学性能测量 反应后的
NbsSn复合超导线室温拉伸试验方法》。
与本标准中规范性引用文件有一致性对应关系的我国文件如下：
GB/T228.1—2010 金属材料 拉伸试验第1部分：室温试验方法（ISO6892-1：2009， MOD) GB/T2900.100- 一 -2017 电工术语 超导电性（IEC60050-815：2015，IDT) GB/T12160—2019 金属材料 单轴试验用引伸计系统的标定（ISO9513：2012，IDT） GB/T13634—2019 金属材料 单轴试验机检验用标准测力仪的校准（ISO376：2011，IDT) GB/T16825.1—2008 静力单轴试验机的检验 第1部分：拉伸和（或）压力试验机测力系
K
统的检验与校准（ISO7500-1：2004，IDT）本标准做了下列编辑性修改：
修改了标准名称。 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这些专利的责任。 本标准由中国科学院提出。 本标准由全国超导标准化技术委员会（SAC/TC265)归口本标准起草单位：西部超导材料科技股份有限公司、广东电网有限责任公司、中国科学院物理研究
所、中国科学院高能物理研究所、中国科学院电工研究所。
本标准主要起草人：郭强、宋萌、冯冉、李洁、李超、徐庆金、孙万硕。
I GB/T38841—2020/IEC61788-19:2013
引言
Cu/Nb:Sn超导线是多芯复合超导材料，可以采用不同的方法制备：第一种是青铜法，将Nb/Nb合金细丝嵌人青铜基体、阻隔层和铜稳定体中。第二种是内锡法，由含储锡层的多芯细丝、阻隔层和铜稳定体组成。第三种是粉末装管法，Nb/Nb合金管内填充富锡粉末，并嵌人铜稳定体中。
所有类型的Nb:Sn复合线的制备工艺共同点是，达到最终成品线尺寸后，需经过数天热处理形成 NbsSnA15相，热处理可以是一次或多次且最后一次热处理温度在640℃左右或以上。该超导相很脆，易导致芯丝断裂，并伴随着超导性能的降低。
商业复合超导线具有高电流密度和小横截面积的特点，其主要应用于制作超导磁体，可以将超导体
绕制在骨架上，然后与骨架一起进行热处理（先绕制后反应），也可以先把超导体进行热处理，然后再绕制成磁体（先反应后绕制）。绕制磁体时，复杂的应力会施加在磁体绕组上，因此在实际制造过程中，较少采用先反应后绕制的方法。
如果需要测试反应之前的、尚未形成超导相的复合超导体的力学性能，也可以采用本标准，或者采用IEC61788-6。
当磁体通电励磁时，由于超导线的电流密度大，导线上会受到很大的电磁力。若采用先反应后绕制的磁体制备方法，绕组的应变和应力水平将受到很大的限制。
因此，确定反应后的处于超导相的Nb3Sn复合超导线的力学性能是制作超导磁体的先决条件。
I GB/T38841—2020/IEC61788-19:2013
力学性能测量反应后的 Nb3Sn 复合超导线室温拉伸试验方法
1范围
本标准规定了反应后的Cu/NbsSn复合超导线室温拉伸试验方法原理、装置、试样制备、测试条件、 结果计算、测量不确定度、测试报告。
本试验方法用于通过应力-应变曲线来测量弹性模量和规定塑性延伸强度（由复合体中铜和铜锡组分的屈服而产生）。
另外，弹性极限、抗拉强度、断后伸长率可由本方法测量。根据国际循环比对试验报告，弹性极限和断后伸长率的测量具有很大不确定度，因此，这些物理量为选测
本标准适用于测量横截面积在0.15mm~2.0mm，铜-非铜体积比在0.2~1.5之间的圆形或矩形截面的无绝缘覆层试样。
规范性引用文件
2
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是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。
ISO376金属材料单轴试验机检验用标准测力仪的校准（Metallicmaterials一Calibrationof force-proving instruments used for the verification of uniaxial testing machines)
ISO6892-1金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法（Metallicmaterials一Tensile testingPartl:Method of test atroom temperature)
ISO7500-1金属材料静力单轴试验机的检验 第1部分：拉伸和（或）压力试验机测力系统的检验与校准（Metallicmaterials—Verification of static uniaxial testingmachines-Part1：Tension/ compression testing machinesVerification and calibration of the force-measuring system)
ISO9513 金属材料 单轴试验用引伸计的标定（Metallicmaterials一Calibrationof extensometers used in uniaxial testing)
IEC60050（所有部分）国际电工术语（Internationalelectrotechnicalvocabulary）
3术语和定义
IEC60050-815和ISO6892-1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
拉伸应力 tensilestress R 试验期间任一时刻的拉力除以试样原始横截面积之商。
3.2
应变strain A 试验期间任一时刻的位移增量除以引伸计的初始标距之商。
1 GB/T38841—2020/IEC61788-19:2013
3.3
弹性模量 modulus of elasticity E 弹性形变区内应力-应变曲线线性部分的梯度。
3.4
引伸计标距 extensometer gauge length 用引伸计测量试样延伸时所使用引伸计初始标距长度
3.5
夹头间距 distance between grips Lg 夹头之间的长度，夹头用于在测试前固定被测试样，
3.6
0.2%规定塑性延伸强度 0.2% proof strength R p0.2 延性材料屈服为0.2%时的应力值注：指定届服强度，R吨2-和Reu分别对应于图1a)中点A和点C.点C为0.3%～0.4%之间卸载斜率线U平移至
0.2%处，与应力应变曲线的交点。认为这个强度代表复合材料的0.2%规定塑性延伸强度
3.7
抗拉强度 tensile strength Rm 最大测试拉力所对应的拉伸应力。
3.8
弹性极限应力 tensile stress at elastic limit R elasicmax 弹性变形向塑性变形转变时拉力除以原始横截面积之商
3.9
弹性极限应变 strain at elastic limit A elasticmax 弹性变形向塑性变形转变时的应变。 注：弹性极限应力Relaxiemx和相应的弹性极限应变Aclaxiemux指附录A中图A.6的弹塑性转变点G点。
4原理
试验是用超过弹性变形区域的拉力拉伸试样，以测定弹性模量（E)和规定塑性延伸强度Rp0.2。
5 装置
5.1 总则
试验机和引伸计应分别符合ISO7500-1和ISO9513。标定工作应符合ISO376。本标准的特殊
要求见5.2~5.3。 5.2试验机
应使用可提供恒定横梁位移速率控制系统的拉伸机。夹头应具有适用于试样的结构和强度，并且
2 GB/T 38841—2020/IEC61788-19:2013
应能和试验机有效地连接。夹头应具有采用挫、滚花或其他方式产生的粗糙表面，保证试样在测试过程中不会滑动。夹头可以是螺纹型、气动型或者液压型驱动。 5.3引伸计
根据线材直径，引伸计的质量应小于或等于30g，从而不会影响到反应后变脆的超导线的力学性能。引伸计的质量应相对超导线对称平衡，从而避免任何偏中心线力（参见附录A中A.2）。应注意不要在试样上引入弯曲力矩。
本测试方法能测量的物理量取决于所选用的应变测量方法。当采用传统的单引伸计系统时，推荐
测量Eu和Rp.2-U。而当采用双引伸计系统取平均值时，能够对反应后样品的弯曲效应进行补偿并准确测量弹性模量E。，因此可以测量本标准描述的所有物理量。
注：更多的信息参见A.2和A.3。
6试样制备
6.1总则
线材试样在热处理前应矫直，并装人内径比线径略大的陶瓷或石英管中，热处理炉恒温区长度应大于6.2规定的总长度。 将反应后的试样从陶瓷和石英管中人工取出和装样时，应注意避免引人弯曲或预载。
6.2试样长度
试样总长度应为夹头间距加上两个夹头的夹持长度。夹头间距应大于或等于60mm，以便安装引伸计。 6.3绝缘层去除
如果测试试样表面覆有绝缘材料，应在热处理前去除。可采用化学方法或机械方法，但应注意不要
破坏试样表面（参见A.7）。 6.4横截面积（S。）测量
绝缘层去除后，应使用千分尺或其他测量尺寸的装置来确定其横截面积。圆导线横截面积应采用两个正交直径的算术平均值计算。矩形导线横截面积从厚度和宽度之积得出，横截面积导角部分的修正则需经相关方商讨确定（参见A.8）。
7测试条件
7.1试样夹持
试样安装在拉伸机的夹头上，安装时应使试样和拉力加载轴在一条直线上。试样夹持方法参见A.9。 7.2 引伸计安装
安装引伸计时，应小心防止试样发生变形。引伸计应安装在两个夹头间距的中部，调节测量方向与试样轴向一致。
在安装过程中应注意不要预加载试样。安装完毕后，应进行物理归零。
3 GB/T38841—2020/IEC61788-19:2013
双引伸计应相对横截面对称安装，使得应变均匀化以抵消弯曲效应为保证矩形线获得最佳应力-应变曲线特性，引伸计的安装应保证可在线材的窄边上对称测量
应变。 7.3 测试速度
拉伸试验采用位移控制。推荐拉伸机横梁位移速率设置为0.1mm/min～0.5mm/min。 7.4测试
横梁位移速率设定为规定值后，启动拉伸机。将来自引伸计和载荷传感器的数据记录、保存并分别绘制在坐标纸的横、纵坐标上，如图1a)和图1b)所示。当总应变达到0.3%～0.4%之间时，在横梁位移速率保持不变的条件下减小30%～40%拉力。然后再次增加拉力直到试样最终断裂，
在任何材料的试验程序开始之前，建议用相似尺寸的已知弹性性能的线材核查全套实验设备（参见 A.14)。
Tu Eo
U 1 /
300
G 0. 2%
H
250
0. 2%
200 150
/4
100
50 -
-
0卡 0. 0
0. 3 Au 0. 4 0. 5 0. 6 0. 7 0. 8
0. 2
0.1
应变/%
a) 应力-应变曲线全视图
图1 Cu/NbsSn线的应力-应变曲线、弹性模量和0.2%规定塑性延伸强度的定义
4