1 主題內容與適用范圍

本標準規(guī)定了測定工程陶瓷彈性模量的靜態(tài)模量和動態(tài)模量兩種試驗方法及試驗用的試驗設備、試樣的具體要求、試驗步驟和試驗結果的處理方法等。

本標準適用于用作機器零部件、結構材料等的高強度工程陶瓷在室溫下彈性模量的測定。功能陶瓷也可參照執(zhí)行。

2 引用標準

GB 1031 表面粗糙度參數及其數值

GB 1183 形狀和位置公差 術語及定義

GB 6569 工程陶瓷彎曲強度試驗方法

3 術語

3　　 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荷，通過應力和應變的關系測量的彈性模量。

3　　 動態(tài)彈性模量 dynamic elastic modulus

　　  使試樣振動，測定試樣的基頻求得的彈性模量。

4 靜態(tài)彈性模量試驗方法

4　　 試驗設備

4　　　　 試驗機：應難保證一定的位移速率，負荷示值相對誤差不大于±1%的材料試驗機。

4　　　　 應變測量儀：靜態(tài)電阻應變儀、動態(tài)電阻應變儀或其他能夠測量應變信號的儀器，應變示值相對誤差不大于±1%。

4　　　　 位移測量裝置：能夠測量試樣跨中撓度的差動變壓器、應變片式位移計或其他能夠測量位移的裝置。

4　　　　 夾具：基本構造如圖1所示，試樣支座和壓頭在試驗過程中應不發(fā)生塑性變形，所用材料的彈性模量應大于200GPa。支座和壓頭的曲率半徑和試驗跨距如圖1所示，其長度應大于試樣的寬度，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　　　　 量具：精度為0.02mm的游標卡尺，精度為0.01mm的螺旋測微汁。

4　　 試樣

4　　　　 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)定試樣相對面的平行度不大于0.02mm，相鄰面的垂直度不大于0.02mm。

4　　　　 按GB1031規(guī)定試樣上下面的表面粗糙度Rz不大于1.60μm。

4　　 試驗步驟

4　　　　 測量試樣中部的寬度和厚度，精確至0.01mm。

4　　　　 按圖1所示，測量支點與負荷點之間的尺寸，把試樣放在支座正中，使試樣與支承輥線垂直。

4　　　　 按GB6569方法所測變曲強度的70%或以上的負荷作為加荷上限，燕應在應力-應變曲線的直線范圍內，以小于或等于0.5mm/min的位移速率加荷。

4　　　　 應變測量或位移測量

4　　　　　　 應變測量：采用應變測量裝置測量試樣應變時，在三點彎曲時應變片的長度不得大于1mm，在四點彎曲時的應變片長度不得大于5mm。應變片粘貼于試樣跨距的中央，記錄加荷過程負荷與應變的變化值。

4　　　　　　 位移測量，采用位移測量裝置試樣跨中撓度或加荷點位移時，需預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，在與試樣相同的負荷范圍內測定修正試樣的跨中撓度，以此作為修正值。

4　　 結果計算

4　　　　 三點彎曲加荷方式測量的彈性模量

4　　　　　　 使用應變片時，參照圖3按式(1)計算：

3l(p2-p1)

Eb3=———————×10-3……………………………(1)

2bh2(ε2-ε1)

式中：Eb3——三點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和一點對應的負荷，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對應的試樣應變。

4　　　　　　 測量試樣跨中撓度和加荷點位移時，以試樣位移測量值Ym與修正試樣位移值Yc之差作為實際位移(撓度)Yt，參照圖4按式(2)計算：

l3(p2-p1)

Eb3=———————×10-3……………………………(2)

2bh3(Yt2-Yt1)

式中：Yt1,Yt2——分別為與P1和p2對應的試樣跨中實際撓度，mm；

其余各項同式(1)。

4　　　　 四點彎曲加荷方式測量的彈性模量

4　　　　　　 使用應變片時，參照圖3按式(3)計算：

l(p2-p1)

Eb4=———————×10-3……………………………(3)

bh2(ε2-ε1)

式中:Eb4——四點彎曲加荷方式測量的彈性模量，GPa；

其余各項同式(1)。

4　　　　　　 測量試樣跨中位移時，參照圖4按式(4)計算：

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)；

其余各項同式(1)。

5 動態(tài)彈性模量試驗方法

5　　 試驗設備

5　　　　 干燥裝置：能夠升溫至105～120℃的電熱恒溫箱。

5　　　　 天平：感量5mg，量程100～200g或同等以上精度的稱量儀器。

5　　　　 試驗儀器：能夠測量試樣變曲振動基頻的試驗儀器，示值誤差為±1Hz。

5　　　　 量具同4　　　　。

5　　 試樣

5　　　　 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。試樣相對面的平行度不大于0.02mm，端部應平整。試樣的質量不小于5g。

5　　　　 每組試樣的數量不少于5個。

5　　 試驗步驟

5　　　　 將試樣置于電熱恒溫箱中，在105～120℃條件下烘2h或將試樣烘干至恒重。

5　　　　 稱量試樣，精確至10mg，測量試樣尺寸。

5　　　　 將試樣放在無約束支點上，注意觀察試樣的振動狀態(tài)，找到基頻，測定基頻值，有效數字修約到四位。

5　　 結果計算

測量結果按式(6)計算：

h2 LT 3 mf2  

ED=0.9465(1+6.59———)×(———)×(——)×10-9………(6)

L2T h b

式中：ED——彎曲振動法測量的彈性模量，GPa；

m——試樣的質量，g；

f——基頻，Hz；

h,b——同式(1)；

LT——試樣的長度，mm。

6 數據處理

6　　 彈性模量數據有效數字修約到三位。

6　　 平均值和標準偏差分別按式(7)和(8)計算，平均值有效數字修約至三位，標準偏差有 

效數字修約到二位。

— ∑E

E=———…………………………………………(7)

n

∑E2-(∑E2/n )1/2

S=〔—————————〕………………………………(8)

n-1

—

式中：E——彈性模量平均值，GPa；

S——彈性模量標準偏差，GPa；

E——每個試樣的彈性模量，GPa；

n——被測試樣數量。

7 試驗報告

彈性模量試驗報告應包括：

a.委托單位；

b.試樣名稱及編號；

c.試驗條件(說明三點彎曲、四點彎曲、彎曲共振法及其具體的測量方式，環(huán)境條件，試驗量程等等)；

d.試樣狀態(tài)(包括試樣尺寸、質量)；

e.試驗結果(包括單值、平均值、標準偏差)；

f.試驗人員及試驗日期。