1 主題內(nèi)容與適用范圍
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測(cè)定工程陶瓷彈性模量的靜態(tài)模量和動(dòng)態(tài)模量?jī)煞N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(cè)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(yǔ)及定義
GB 6569 工程陶瓷彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)方法
3 術(shù)語(yǔ)
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(fù)荷，通過應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系測(cè)量的彈性模量。
3 動(dòng)態(tài)彈性模量 dynamic elastic modulus
使試樣振動(dòng)，測(cè)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 試驗(yàn)設(shè)備
4 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 應(yīng)變測(cè)量?jī)x：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(cè)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 位移測(cè)量裝置：能夠測(cè)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(cè)量位移的裝置。
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(zhǎng)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 量具：精度為0.02mm的游標(biāo)卡尺，精度為0.01mm的螺旋測(cè)微汁。
4 試樣
4 試樣從待測(cè)制品上切取或按與待測(cè)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 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(yàn)步驟
4 測(cè)量試樣中部的寬度和厚度，精確至0.01mm。
4 按圖1所示，測(cè)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 按GB6569方法所測(cè)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 應(yīng)變測(cè)量或位移測(cè)量
4 應(yīng)變測(cè)量：采用應(yīng)變測(cè)量裝置測(cè)量試樣應(yīng)變時(shí)，在三點(diǎn)彎曲時(shí)應(yīng)變片的長(zhǎng)度不得大于1mm，在四點(diǎn)彎曲時(shí)的應(yīng)變片長(zhǎng)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 位移測(cè)量，采用位移測(cè)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(zhǎng)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(cè)定修正試樣的跨中撓度，以此作為修正值。
4 結(jié)果計(jì)算
4 三點(diǎn)彎曲加荷方式測(cè)量的彈性模量
4 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(cè)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 測(cè)量試樣跨中撓度和加荷點(diǎn)位移時(shí)，以試樣位移測(cè)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 四點(diǎn)彎曲加荷方式測(cè)量的彈性模量
4 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(cè)量的彈性模量，GPa；
其余各項(xiàng)同式(1)。
4 測(cè)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 試驗(yàn)設(shè)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?jī)x器。
5 試驗(yàn)儀器：能夠測(cè)量試樣變曲振動(dòng)基頻的試驗(yàn)儀器，示值誤差為±1Hz。
5 量具同4 。
5 試樣
5 試樣從待測(cè)制品上切取或按待測(cè)制品相同工藝制成。試樣長(zhǎng)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(zhǎng)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 每組試樣的數(shù)量不少于5個(gè)。
5 試驗(yàn)步驟
5 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?/p>
5 稱量試樣，精確至10mg，測(cè)量試樣尺寸。
5 將試樣放在無(wú)約束支點(diǎn)上，注意觀察試樣的振動(dòng)狀態(tài)，找到基頻，測(cè)定基頻值，有效數(shù)字修約到四位。
5 結(jié)果計(jì)算
測(cè)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(cè)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(zhǎng)度，mm。
6 數(shù)據(jù)處理
6 彈性模量數(shù)據(jù)有效數(shù)字修約到三位。
6 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。
— ∑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(biāo)準(zhǔn)偏差，GPa；
E——每個(gè)試樣的彈性模量，GPa；
n——被測(cè)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(cè)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。
