1 主题内容与适用范围

本标准规定了测定工程陶瓷弹性模量的静态模量和动态模量两种试验方法及试验用的试验设备、试样的具体要求、试验步骤和试验结果的处理方法等。

本标准适用于用作机器零部件、结构材料等的高强度工程陶瓷在室温下弹性模量的测定。功能陶瓷也可参照执行。

2 引用标准

GB 1031 表面粗糙度参数及其数值

GB 1183 形状和位置公差 术语及定义

GB 6569 工程陶瓷弯曲强度试验方法

3 术语

3　　 静态弹性模量。s tatic elastic modulus

以较低的位移速率在弯曲试样上施加负荷，通过应力和应变的关系测量的弹性模量。

3　　 动态弹性模量 dynamic elastic modulus

　　  使试样振动，测定试样的基频求得的弹性模量。

4 静态弹性模量试验方法

4　　 试验设备

4　　　　 试验机：应难保证一定的位移速率，负荷示值相对误差不大于±1%的材料试验机。

4　　　　 应变测量仪：静态电阻应变仪、动态电阻应变仪或其他能够测量应变信号的仪器，应变示值相对误差不大于±1%。

4　　　　 位移测量装置：能够测量试样跨中挠度的差动变压器、应变片式位移计或其他能够测量位移的装置。

4　　　　 夹具：基本构造如图1所示，试样支座和压头在试验过程中应不发生塑性变形，所用材料的弹性模量应大于200GPa。支座和压头的曲率半径和试验跨距如图1所示，其长度应大于试样的宽度，按GB1031规定与试样接触部分的表面粗糙度Rz不大于1.60μm。

4　　　　 量具：精度为0.02mm的游标卡尺，精度为0.01mm的螺旋测微汁。

4　　 试样

4　　　　 试样从待测制品上切取或按与待测制品相同的工艺制成，其尺寸如图2所示。按照GB1183的规定试样相对面的平行度不大于0.02mm，相邻面的垂直度不大于0.02mm。

4　　　　 按GB1031规定试样上下面的表面粗糙度Rz不大于1.60μm。

4　　 试验步骤

4　　　　 测量试样中部的宽度和厚度，精确至0.01mm。

4　　　　 按图1所示，测量支点与负荷点之间的尺寸，把试样放在支座正中，使试样与支承辊线垂直。

4　　　　 按GB6569方法所测变曲强度的70%或以上的负荷作为加荷上限，燕应在应力-应变曲线的直线范围内，以小于或等于0.5mm/min的位移速率加荷。

4　　　　 应变测量或位移测量

4　　　　　　 应变测量：采用应变测量装置测量试样应变时，在三点弯曲时应变片的长度不得大于1mm，在四点弯曲时的应变片长度不得大于5mm。应变片粘贴于试样跨距的中央，记录加荷过程负荷与应变的变化值。

4　　　　　　 位移测量，采用位移测量装置试样跨中挠度或加荷点位移时，需预先用试样相同的材料或弹性模量高于试样的材料制成修正试样。修正试样的长和宽与试样一致，厚度应不小于试样的4.6倍。也可采用相同跨距，宽度和厚度立方的乘积为原试样100倍的修正试样，在与试样相同的负荷范围内测定修正试样的跨中挠度，以此作为修正值。

4　　 结果计算

4　　　　 三点弯曲加荷方式测量的弹性模量

4　　　　　　 使用应变片时，参照图3按式(1)计算：

3l(p2-p1)

Eb3=———————×10-3……………………………(1)

2bh2(ε2-ε1)

式中：Eb3——三点弯曲加荷方式测量的弹性模量，GPa；

p1,p2——分别为直线段上所取的下点和一点对应的负荷，N；

l——试样支座间的距离，mm；

b——试样宽度，mm；

h——试样厚度，mm；

ε2-ε1——分别为与p1和p2对应的试样应变。

4　　　　　　 测量试样跨中挠度和加荷点位移时，以试样位移测量值Ym与修正试样位移值Yc之差作为实际位移(挠度)Yt，参照图4按式(2)计算：

l3(p2-p1)

Eb3=———————×10-3……………………………(2)

2bh3(Yt2-Yt1)

式中：Yt1,Yt2——分别为与P1和p2对应的试样跨中实际挠度，mm；

其余各项同式(1)。

4　　　　 四点弯曲加荷方式测量的弹性模量

4　　　　　　 使用应变片时，参照图3按式(3)计算：

l(p2-p1)

Eb4=———————×10-3……………………………(3)

bh2(ε2-ε1)

式中:Eb4——四点弯曲加荷方式测量的弹性模量，GPa；

其余各项同式(1)。

4　　　　　　 测量试样跨中位移时，参照图4按式(4)计算：

23l3(p2-p1)

Eb4=———————×10-3……………………………(4)

108bh3(Yt2-Yt1)

式中:Eb4——同式(3)；

Yt1,Yt2——同式(2)；

其余各项同式(1)。

5l3(p2-p1)

Eb4=———————×10-3……………………………(5)

27bh3(Yt2-Yt1)

式中:Eb4——同式(3)；

Yt1,Yt2——同式(2)；

其余各项同式(1)。

5 动态弹性模量试验方法

5　　 试验设备

5　　　　 干燥装置：能够升温至105～120℃的电热恒温箱。

5　　　　 天平：感量5mg，量程100～200g或同等以上精度的称量仪器。

5　　　　 试验仪器：能够测量试样变曲振动基频的试验仪器，示值误差为±1Hz。

5　　　　 量具同4　　　　。

5　　 试样

5　　　　 试样从待测制品上切取或按待测制品相同工艺制成。试样长度LT不得小于40mm，宽度b不得小于4mm，厚度h不得小于1mm，试样长度与厚度之比LT/h不小于20。试样相对面的平行度不大于0.02mm，端部应平整。试样的质量不小于5g。

5　　　　 每组试样的数量不少于5个。

5　　 试验步骤

5　　　　 将试样置于电热恒温箱中，在105～120℃条件下烘2h或将试样烘干至恒重。

5　　　　 称量试样，精确至10mg，测量试样尺寸。

5　　　　 将试样放在无约束支点上，注意观察试样的振动状态，找到基频，测定基频值，有效数字修约到四位。

5　　 结果计算

测量结果按式(6)计算：

h2 LT 3 mf2  

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

L2T h b

式中：ED——弯曲振动法测量的弹性模量，GPa；

m——试样的质量，g；

f——基频，Hz；

h,b——同式(1)；

LT——试样的长度，mm。

6 数据处理

6　　 弹性模量数据有效数字修约到三位。

6　　 平均值和标准偏差分别按式(7)和(8)计算，平均值有效数字修约至三位，标准偏差有 

效数字修约到二位。

— ∑E

E=———…………………………………………(7)

n

∑E2-(∑E2/n )1/2

S=〔—————————〕………………………………(8)

n-1

—

式中：E——弹性模量平均值，GPa；

S——弹性模量标准偏差，GPa；

E——每个试样的弹性模量，GPa；

n——被测试样数量。

7 试验报告

弹性模量试验报告应包括：

a.委托单位；

b.试样名称及编号；

c.试验条件(说明三点弯曲、四点弯曲、弯曲共振法及其具体的测量方式，环境条件，试验量程等等)；

d.试样状态(包括试样尺寸、质量)；

e.试验结果(包括单值、平均值、标准偏差)；

f.试验人员及试验日期。