工程陶瓷彈性模量試驗(yàn)方法

1主題內(nèi)容與適用范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測定工程陶瓷彈性模量的靜態(tài)模量和動(dòng)態(tài)模量兩種試驗(yàn)方法及試驗(yàn)用的試驗(yàn)設(shè)備、試樣的具體要求、試驗(yàn)步驟和試驗(yàn)結(jié)果的處理方法等。本標(biāo)準(zhǔn)適用于用作機(jī)器零部件、結(jié)構(gòu)材料等的高強(qiáng)度工程陶瓷在室溫下彈性模量的測定。功能陶瓷也可參照?qǐng)?zhí)行。 2引用標(biāo)準(zhǔn) GB 1031表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值 GB 1183形狀和位置公差術(shù)語及定義 GB 6569工程陶瓷彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)方法 3術(shù)語 31靜態(tài)彈性模量。s tatic elastic modulus以較低的位移速率在彎曲試樣上施加負(fù)荷，通過應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系測量的彈性模量。 32動(dòng)態(tài)彈性模量 dynamic elastic modulus使試樣振動(dòng)，測定試樣的基頻求得的彈性模量。 4靜態(tài)彈性模量試驗(yàn)方法 41試驗(yàn)設(shè)備 411試驗(yàn)機(jī)：應(yīng)難保證一定的位移速率，負(fù)荷示值相對(duì)誤差不大于±1%的材料試驗(yàn)機(jī)。 412應(yīng)變測量儀：靜態(tài)電阻應(yīng)變儀、動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀或其他能夠測量應(yīng)變信號(hào)的儀器，應(yīng)變示值相對(duì)誤差不大于±1%。 413位移測量裝置：能夠測量試樣跨中撓度的差動(dòng)變壓器、應(yīng)變片式位移計(jì)或其他能夠測量位移的裝置。 414夾具：基本構(gòu)造如圖1所示，試樣支座和壓頭在試驗(yàn)過程中應(yīng)不發(fā)生塑性變形，所用材料的彈性模量應(yīng)大于200GPa。支座和壓頭的曲率半徑和試驗(yàn)跨距如圖1所示，其長度應(yīng)大于試樣的寬度，按GB1031規(guī)定與試樣接觸部分的表面粗糙度Rz不大于160μm。 415量具：精度為002mm的游標(biāo)卡尺，精度為001mm的螺旋測微汁。 42試樣 421試樣從待測制品上切取或按與待測制品相同的工藝制成，其尺寸如圖2所示。按照 GB1183的規(guī)定試樣相對(duì)面的平行度不大于002mm，相鄰面的垂直度不大于002mm。 422按GB1031規(guī)定試樣上下面的表面粗糙度Rz不大于160μm。 43試驗(yàn)步驟 431測量試樣中部的寬度和厚度，精確至001mm。 432按圖1所示，測量支點(diǎn)與負(fù)荷點(diǎn)之間的尺寸，把試樣放在支座正中，使試樣與支承輥線垂直。 433按GB6569方法所測變曲強(qiáng)度的70%或以上的負(fù)荷作為加荷上限，燕應(yīng)在應(yīng)力-應(yīng)變曲線的直線范圍內(nèi)，以小于或等于05mm/min的位移速率加荷。 434應(yīng)變測量或位移測量 4341應(yīng)變測量：采用應(yīng)變測量裝置測量試樣應(yīng)變時(shí)，在三點(diǎn)彎曲時(shí)應(yīng)變片的長度不得大于1mm，在四點(diǎn)彎曲時(shí)的應(yīng)變片長度不得大于5mm。應(yīng)變片粘貼于試樣跨距的中央，記錄加荷過程負(fù)荷與應(yīng)變的變化值。 4442位移測量，采用位移測量裝置試樣跨中撓度或加荷點(diǎn)位移時(shí)，需預(yù)先用試樣相同的材料或彈性模量高于試樣的材料制成修正試樣。修正試樣的長和寬與試樣一致，厚度應(yīng)不小于試樣的46倍。也可采用相同跨距，寬度和厚度立方的乘積為原試樣100倍的修正試樣，在與試樣相同的負(fù)荷范圍內(nèi)測定修正試樣的跨中撓度，以此作為修正值。 44結(jié)果計(jì)算 441三點(diǎn)彎曲加荷方式測量的彈性模量 4411使用應(yīng)變片時(shí)，參照?qǐng)D3按式(1)計(jì)算： 3l(p2-p1) Eb3=———————×10-3……………………………(1) 2bh2(ε2-ε1)式中：Eb3——三點(diǎn)彎曲加荷方式測量的彈性模量，GPa； p1,p2——分別為直線段上所取的下點(diǎn)和一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的負(fù)荷，N； l——試樣支座間的距離，mm； b——試樣寬度，mm； h——試樣厚度，mm；ε2-ε1——分別為與p1和p2對(duì)應(yīng)的試樣應(yīng)變。 4412測量試樣跨中撓度和加荷點(diǎn)位移時(shí)，以試樣位移測量值Ym與修正試樣位移值Yc之差作為實(shí)際位移(撓度)Yt，參照?qǐng)D4按式(2)計(jì)算： l3(p2-p1) Eb3=———————×10-3……………………………(2) 2bh3(Yt2-Yt1)式中：Yt1,Yt2——分別為與P1和p2對(duì)應(yīng)的試樣跨中實(shí)際撓度，mm；其余各項(xiàng)同式(1)。 442四點(diǎn)彎曲加荷方式測量的彈性模量 4421使用應(yīng)變片時(shí)，參照?qǐng)D3按式(3)計(jì)算： l(p2-p1) Eb4=———————×10-3……………………………(3) bh2(ε2-ε1)式中:Eb4——四點(diǎn)彎曲加荷方式測量的彈性模量，GPa；其余各項(xiàng)同式(1)。 4422測量試樣跨中位移時(shí)，參照?qǐng)D4按式(4)計(jì)算： 23l3(p2-p1) Eb4=———————×10-3……………………………(4) 108bh3(Yt2-Yt1)式中:Eb4——同式(3)； Yt1,Yt2——同式(2)；其余各項(xiàng)同式(1)。 5l3(p2-p1) Eb4=———————×10-3……………………………(5) 27bh3(Yt2-Yt1)式中:Eb4——同式(3)； Yt1,Yt2——同式(2)；其余各項(xiàng)同式(1)。 5動(dòng)態(tài)彈性模量試驗(yàn)方法 51試驗(yàn)設(shè)備 511干燥裝置：能夠升溫至105～120℃的電熱恒溫箱。 512天平：感量5mg，量程100～200g或同等以上精度的稱量儀器。 513試驗(yàn)儀器：能夠測量試樣變曲振動(dòng)基頻的試驗(yàn)儀器，示值誤差為±1Hz。 514量具同415。 52試樣 521試樣從待測制品上切取或按待測制品相同工藝制成。試樣長度LT不得小于40mm，寬度b不得小于4mm，厚度h不得小于1mm，試樣長度與厚度之比LT/h不小于20。試樣相對(duì)面的平行度不大于002mm，端部應(yīng)平整。試樣的質(zhì)量不小于5g。 522每組試樣的數(shù)量不少于5個(gè)。 53試驗(yàn)步驟 531將試樣置于電熱恒溫箱中，在105～120℃條件下烘2h或?qū)⒃嚇雍娓芍梁阒亍?532稱量試樣，精確至10mg，測量試樣尺寸。 533將試樣放在無約束支點(diǎn)上，注意觀察試樣的振動(dòng)狀態(tài)，找到基頻，測定基頻值，有效數(shù)字修約到四位。 54結(jié)果計(jì)算測量結(jié)果按式(6)計(jì)算： h2 LT 3 mf2 ED=0.9465(1+6.59———)×(———)×(——)×10-9………(6) L2T h b式中：ED——彎曲振動(dòng)法測量的彈性模量，GPa； m——試樣的質(zhì)量，g； f——基頻，Hz； h,b——同式(1)； LT——試樣的長度，mm。 6數(shù)據(jù)處理 61彈性模量數(shù)據(jù)有效數(shù)字修約到三位。 62平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差分別按式(7)和(8)計(jì)算，平均值有效數(shù)字修約至三位，標(biāo)準(zhǔn)偏差有效數(shù)字修約到二位?！艵 E=———…………………………………………(7) n∑E2-(∑E2/n )1/2 S=〔—————————〕………………………………(8) n-1—式中：E——彈性模量平均值，GPa； S——彈性模量標(biāo)準(zhǔn)偏差，GPa； E——每個(gè)試樣的彈性模量，GPa； n——被測試樣數(shù)量。 7試驗(yàn)報(bào)告彈性模量試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括： a.委托單位； b.試樣名稱及編號(hào)； c.試驗(yàn)條件(說明三點(diǎn)彎曲、四點(diǎn)彎曲、彎曲共振法及其具體的測量方式，環(huán)境條件，試驗(yàn)量程等等)； d.試樣狀態(tài)(包括試樣尺寸、質(zhì)量)； e.試驗(yàn)結(jié)果(包括單值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差)； f.試驗(yàn)人員及試驗(yàn)日期?！郊诱f明：本標(biāo)準(zhǔn)由中國建筑材料科學(xué)院負(fù)責(zé)起草。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人馬眷榮、仇沱。