陶瓷抗折强度实验方法(2)

2025-06-21

6.2.5.4 最后的研磨应用金刚石的细砂轮,模数在0.045 mm(320目)到0. 019 mm(800目)(例如D46或更细的),每次打磨的深度不应大于 0.0 02m m。总共应把材料表面至少磨掉 0.0 6m m。在样品的对面要进行同样的工序。

6.2.5.5 长棱边应像图3那样倒角45。最深为0.1 2m m士。.03m m。同时,也可以被倒成圆角,半径为0.1 2m m士0.0 5m m。倒角的表面应和最终陶瓷试样表面相当。加工方向应平行于试样的长度方向。

6.2.5.6 试样的最后尺寸应和图3和6.1.1保持一致。 6.2.6 试样的取放

试 样 应 小心拿放,以避免在试样加工后引人损伤。试样应被分隔储存,避免彼此碰撞。 6.2.7 试样的数f

弯 曲 强 度试验的试样不应少于十个。如果要进行一个统计强度分析(例如,Weibull统计分析),则至少要做30个试样。

注 :使 用 30个以上试样有助于获得可靠的强度分布参数,例如 Weibull模数.使用30个试样也有助于检测材料的含 缺 陷 概 率 。 试验步骤

7. 1用精度为。.002 mm的千分尺测量试样的宽度(b)和厚度(d)。试样的尺寸测量可以在测试前或测试后。如果试验前测量试样尺寸,应尽可能在接近中点的地方测量;如果试验后测量试样尺寸,应在试样的断裂处或接近断裂处测量试样尺寸。应小心操作避免测量时引人表面损伤。

7.2 选用合适的三点或四点弯曲夹具进行测试。推荐用四点弯曲。当试样的平行度不符合要求时,应使用全可调的夹具。

7.3 在测试中应保证上下辊棒的清洁,保证辊棒没有严重的划痕并能自由的滚动。 7.4 把试样放在测试夹具的两根下辊棒中间,将4 mm宽的那一面接触辊棒。如果试样只有两个长边被倒角,放试样的时候应确保倒角在受拉面。小b放置试样避免损伤。试样两端应伸出支撑辊棒的接触点大约相等的距离。前后距离误差小于0.1 m m,见图 5,

7.5 测试时,预压力不应大于强度预期值的10%。检查试样和所有辊棒的线接触情况以保证一个连续的线性载荷。如果加载曲线不是连续均匀的则卸载,并按要求调节夹具以达到连续均匀的加载。

7.6 必要的时候加载过程中可沿着辊棒画线来对试样做标记,以确定两个加压辊棒(四点弯曲)或中间的辊棒(三点弯曲)的位置是否变化。同时也可以判断断裂后残片的受压面或受拉面。画线可使用比较软的绘图铅笔或标签笔。

7.7 在试样的周围放一些棉、纱、泡沫或其他材料,防止试样在断裂时飞出碎片。这些材料不应影响加载结构或夹具调节以及辊棒的运动。

注 :上 面 的做法能避免不必要的二次碎裂,并且能收集第一次断裂时的碎片以便断口分析。

7.8 应在测试夹具周围放保护屏防止断裂碎片飞溅。 7.9 试验机横梁的速率应为。.5 mm/mine 7. 10 使用7.9中的横梁速率,假设试验夹具是刚性的,那么断裂的时间通常应在3s到30 s, 7. 11 对于时间因素的影响,例如慢裂纹扩展或环境侵蚀(来自实验室环境中的水蒸气),即使是在很短的测试时间内对某些材料的弯曲强度也有很大的影响。为了消除或减少环境因素的影响,可以选择下列方法:在试验夹具的表面增加一个环境隔离层(例如干净的聚乙烯薄膜);试验前用氮气冲洗试样;在流动的干燥氮气中进行试验;或者在试样的敏感面上祖盖一层石蜡(最好在170℃左右处理1 h-2 h),然后在实验室环境中进行测试。但是石蜡涂层会影响随后的裂纹现象的观察分析。 7. 12 确保试验载荷的均匀性,并记录试样断裂时的最大载荷。记录载荷的精度在士1%或更高。

7.13 清理碎片并准备试验分析。

注 :只 有 少数碎片需要保留。很小的碎片通常不需要,因为它们是二次碎裂的结果,不包含原始断裂的信息。根据经 验 不 难 确 定 哪 些碎片是很重要的并应被保留下来.附录 C可以作为进一步的参考。在试验后应用镊子收拾碎 片 ,或 戴 着 手 套 以避免引人污染物影响随后的裂纹显微观察分析。

7. 14 如果断裂是发生在四点弯曲中的横梁内侧,那么先观察断裂起始点作为初步的观察。试样的断裂也可能发生在横梁的外侧或者在一个内侧加载点上。这些现象应包含在试验设定范围内。由附录C可以得到更多的关于弯曲试样的断裂示例的解释。 注 1: 附 录C是一个对于断裂源尺寸和位置以及强度离散性的一般推理。即断裂源处在内跨距之外的情况通常发生 在 强 度 离 散 性 比 较 高的材料,这会导致较低的Weibull模数 如 果 有 很 多 的 断 裂 发 生在内跨距之外,或者很多断裂直接发生在四点弯曲加载处,有可能测试仪器没有调试好 。 应 停 止 测 试 ,把 问 题解决后再继续。

注 2: 多 重碎裂对于高强度陶瓷来说很常见。在大多数情况下,二次碎裂会直接发生在一个加载压头处。这是正常的 ,而 且 得 到 的 强 度 结 果可能会非常高. 7.15 试验过程中应测量记录实验室湿度和温度。 计算

四点 弯曲的弯曲强度按式(1)计算:

式中:

Q;- 弯曲强度,单位兆帕(MPa) ; F— 最大载荷,单位牛顿(N);

a— 试样所受弯曲力臂的长度,单位毫米(mm); b— 是试样的宽度,单位毫米(mm);

d— 是平行于加载方向的试样高度(厚度),单位毫米(mm).

注1:本标准推荐a=10 mm,对于四点1/4弯曲,a=1/4L;对于四点1/3弯曲,a= 1/3L(见图2), 8.2 三点弯曲的弯曲强度按式(2)计算:

式 中 :

a( 弯 曲强度,单位兆帕(MPa); L— 夹 具的下跨距,单位毫米(mm), 其 他 同 公式(1).

注 1: 根 据本标准的规定,三点弯曲夹具的下支撑跨距是30m m或40m m.

注 2: 公 式1和公式2是传统和正规的弯曲强度计算公式。它们给出了在试样断裂时的最大应力。在某些情况下,

例 如 ,如 果 试 样 不 是 在 最大应力处断裂,强度计算公式就需要修正。 8.3 平均强度of和标准差、按式(3)、式(4)计算:

式中:

af,— 第z个试样的强度,单位兆帕(MPa) ; s— 标准差,单位兆帕(MPa); n— 试样总数。 测试报告

测试报告应包含以下信息:

a) 弯曲试验方法(三点或四点弯曲),夹具尺寸,关于使用全可调或半可调夹具的说明 h) 被测试样的数量(n),

c) 所有关于材料的数据包括生产日期,生产单位,材料标准编号。 注:如果材料是人造的则应注明人造材料。

d) 试样的加工工序,包括详细的机加工工序。如果经过加热处理或环境处理应注明。 e) 弯曲实验的环境,包括湿度和温度。

f) 横梁位移速率,单位(mm/min),达到断裂时经历的大致时间,单位se

B) 对于每一个被测试样af.,弯曲强度的值应保留三位有效数字(例如:537 MPa) h) 平均强度。;和标准差:。下面的这些符号用来报告平均强度。

i) acn,f)用来表示测量的(N=4或 3)点弯曲,(L=40m m或 30m m)跨距的弯曲强度。 例如:

- a(a.ao)=537 MPa表示用四点弯曲.跨距为40 mm时测得试样的平均强度为537 MPa - a0.ao)=580 MPa表示用三点弯曲,跨距为30 mm时测得试样的平均强度为580 MPa

1) 任何与标准中的测试方法不同的地方,说明采用特殊方法的原因 k) 测试的实验室名称,测试人,测试时间,试验机型号 附 录 A

(资料性附录) 概 迷

陶 瓷 的弯 曲强度取决于本身固有的抵抗断裂的能力以及陶瓷本身的特点。由于这些因素造成了陶瓷强度的离散性,需要进行抽样测试。尽管对断裂表面的显微观测超出了本标准的范围,但是必要的时候应进行这项工作,尤其是测试数据要应用于设计时。

弯 曲 强 度同样受许多测试工序条件的影响。包括加载速率,测试环境,试样尺寸,测试夹具以及试样的表面处理。表面处理尤为重要,因为最大断裂应力是作用在试样表面的。通过仔细的观测和合适的分析,可以获得材料本征缺陷的情况。本标准允许有多种试样加工方法,并且推荐一个比较通用的加

工方法(基本加工方法见6.2.5),对大多数的陶瓷适用。这个通用的加工方法使用日益完善的纵向研磨来减少表面微裂纹的影响。纵向研磨使得大多数微裂纹平行于试样的张力作用方向。这能够尽可能测量到材料的真实强度。相反,横向的研磨可导致垂直于试样的划痕,试样很容易在划痕处发生断裂。纵向研磨的试样在许多场合下可以提供一个更真实的强度 本 标 准 倾向于提供一种在环境误差、试验操作的方便性和测量有效性之间维持平衡方法。如果遵守本标准中提供的方法,估计每一个试样的弯曲强度的测量值误差小于20o 本 标 准 提供两种四点弯曲夹具以及相应的试样尺寸。较大的夹具(上跨距一下跨距为:20m m-40 mm)已经在美国和欧洲作为标准使用。较小的夹具(上跨距一下跨距为:10 mm-30 mm)已经在日本、韩国、中国作为标准使用。较大的跨距使得试样受力范围更大,常常会得到更小的强度值。这样的结果对于内部和表面分布着各种尺寸和大小不同的缺陷的陶瓷是很正常的。Weibull统计常常与强度密切相关。

三 点 弯 曲有以下优点:结构简单.容易在高温实验和断裂韧性测试中使用,并且对

Weibull统计研究有帮助。但是三点弯曲试验只能测得试样的一小部分局部应力。因此,测得的强度经常比四点弯曲强度大得多。在大多数的材料性能表征工作中提倡用四点弯曲如 需 要 更多的关于弯曲强度测试和设计信息,参考巨1];如需要更多关于陶瓷弯曲强度试验误差分析,以及超大尺寸试样测量的试验因素的修正,参考「2], 附 录 B

(规范性附录) 测 试夹具

一 个 经 过良好加工的平整试样可以采用半可调的夹具。半可调夹具有可以自由滚动的轴承,三点弯曲中间的上辊棒不能自由滚动。下面的一对支撑辊棒可以自由滚动。

全 可 调 的夹具适用于不符合条款 6.1.1和图 3规定的平行度要求的试样。也同样能用于经过良好加工并符合平行度要求的试样。每个辊棒可以自由滚动来适合试样的表面接触。全可调夹具的辊棒两端也能上下调整来适应试样的翘曲。 图 B. 1 和图B.2 描述了全可调和半可调夹具的运动情况。

注1:一对支律辊棒彼此平行能自由向外滚动. 注2:内侧的上压辊棒彼此平行能自由向内滚动。 注3:一对上辊棒可绕中点转动以适应试样的表面。 (a ) 半 可 调 夹 具

注1:两根内侧的压辊棒可以向内滚动,并且可以独立调整水平度来适应试样表面 注2:一根支撑辊棒不能移动和调节但能滚动。

注3 另一根支撑根辊棒既能移动并调节轴线的水平度也能滚动。 (b ) 全 可 调 夹 具

图 B .1 四 点 弯 曲 夹 具


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