1 主題內(nèi)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(shè)備、試樣的具體要求、試驗步驟和試驗結(jié)果的處理方法等。
本標準適用于用作機器零部件、結(jié)構(gòu)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(shù)及其數(shù)值
GB 1183 形狀和位置公差 術(shù)語及定義
GB 6569 工程陶瓷彎曲強度試驗方法
3 術(shù)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(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)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(shè)備
4 試驗機：應(yīng)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(yīng)變測量儀：靜態(tài)電阻應(yīng)變儀、動態(tài)電阻應(yīng)變儀或其他能夠測量應(yīng)變信號的儀器，應(yīng)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(yīng)變片式位移計或其他能夠測量位移的裝置。
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 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(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)變測量或位移測量
4 應(yīng)變測量：采用應(yīng)變測量裝置測量試樣應(yīng)變時，在三點彎曲時應(yīng)變片的長度不得大于1mm，在四點彎曲時的應(yīng)變片長度不得大于5mm。應(yīng)變片粘貼于試樣跨距的中央，記錄加荷過程負荷與應(yīng)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(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，在與試樣相同的負荷范圍內(nèi)測定修正試樣的跨中撓度，以此作為修正值。
4 結(jié)果計算
4 三點彎曲加荷方式測量的彈性模量
4 使用應(yīng)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(yīng)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(yīng)的試樣應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(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(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。
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?qū)⒃嚇雍娓芍梁阒亍?/p>
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(shù)字修約到四位。
5 結(jié)果計算
測量結(jié)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(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 彈性模量數(shù)據(jù)有效數(shù)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(shù)字修約至三位，標準偏差有
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——彈性模量標準偏差，GPa；
E——每個試樣的彈性模量，GPa；
n——被測試樣數(shù)量。
7 試驗報告
彈性模量試驗報告應(yīng)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(zhì)量)；
e.試驗結(jié)果(包括單值、平均值、標準偏差)；
f.試驗人員及試驗日期。
