陶瓷材料具備高硬度、高耐磨、耐腐蝕但脆性大的特性,抗彎強(qiáng)度是衡量陶瓷結(jié)構(gòu)材料力學(xué)性能的核心指標(biāo),可有效反映材料抵抗彎曲載荷、抗斷裂的能力,為陶瓷產(chǎn)品選型、工藝優(yōu)化、質(zhì)量管控提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。本次測(cè)試嚴(yán)格遵循GB/T 4740-2024《陶瓷材料強(qiáng)度試驗(yàn)方法》國家標(biāo)準(zhǔn),采用室溫靜態(tài)彎曲試驗(yàn)方式,適配常規(guī)結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷及其輔助材料的抗彎性能檢測(cè),包含三點(diǎn)彎曲、四點(diǎn)彎曲兩種主流測(cè)試模式。
本次測(cè)試采用高精度電子萬能試驗(yàn)機(jī),設(shè)備搭載專用陶瓷彎曲測(cè)試工裝,整體加載精度高、運(yùn)行穩(wěn)定性強(qiáng),可實(shí)現(xiàn)勻速平穩(wěn)加載,精準(zhǔn)采集試驗(yàn)過程中的載荷、位移數(shù)據(jù),國標(biāo)對(duì)陶瓷脆性材料測(cè)試的精度要求。設(shè)備載荷示值誤差、位移控制精度均符合測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)限值,可穩(wěn)定適配小載荷、高精度的陶瓷力學(xué)檢測(cè)場(chǎng)景。
配套輔助器具包含:標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)/四點(diǎn)彎曲支座與壓頭、游標(biāo)卡尺(精度0.01mm)、干燥箱、無塵存放托盤、防靜電擦拭布等。所有工裝表面光滑無毛刺,避免測(cè)試過程中劃傷試樣表面,杜絕因工裝缺陷引發(fā)的試樣應(yīng)力集中、提前斷裂等問題。
采用國標(biāo)規(guī)定的矩形長條狀試樣,常規(guī)測(cè)試試樣尺寸為長80mm、寬10mm、厚4mm,也可根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品工況適配對(duì)應(yīng)規(guī)格尺寸。試樣長寬比、厚度偏差嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)要求,保證受力均勻性。
試樣需采用精密切割、打磨工藝制備,表面平整光滑,無裂紋、缺口、劃痕、氣孔等肉眼可見缺陷,棱邊需輕微倒角處理,杜絕尖銳邊角造成的應(yīng)力集中。測(cè)試前將試樣置于干燥箱內(nèi)恒溫干燥處理,去除試樣表面吸附水分,消除濕度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響,干燥后放置于無塵環(huán)境自然冷卻至室溫備用。
為保證測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與代表性,每組有效測(cè)試試樣不少于5個(gè),若測(cè)試過程中出現(xiàn)試樣非正常斷裂、設(shè)備異常等情況,需作廢該組數(shù)據(jù)并補(bǔ)充試樣重新測(cè)試。
測(cè)試在常溫常壓環(huán)境下進(jìn)行,環(huán)境溫度控制在(23±2)℃,相對(duì)濕度保持在50%±10%,測(cè)試區(qū)域無振動(dòng)、無強(qiáng)氣流干擾,避免環(huán)境因素影響設(shè)備加載穩(wěn)定性與試樣受力狀態(tài),符合國標(biāo)室溫抗彎測(cè)試的環(huán)境要求。
開機(jī)后預(yù)熱試驗(yàn)機(jī)15~20分鐘,確保設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定。調(diào)試設(shè)備參數(shù),校準(zhǔn)載荷、位移零點(diǎn),根據(jù)測(cè)試模式(三點(diǎn)彎曲/四點(diǎn)彎曲)安裝對(duì)應(yīng)工裝,調(diào)整支座間距、壓頭位置,保證壓頭與支座平行對(duì)中,無偏移、傾斜問題。按照國標(biāo)要求設(shè)定測(cè)試加載速率,常規(guī)陶瓷材料加載速率設(shè)定為0.5mm/min,全程勻速位移加載。
用無塵擦拭布清理試樣表面與工裝接觸面,去除粉塵、雜質(zhì)。將試樣平穩(wěn)放置于彎曲支座中心位置,保證試樣受力段與壓頭垂直對(duì)中,受力區(qū)域無偏移、無懸空,確保測(cè)試過程中試樣承受純彎曲載荷,規(guī)避偏心受力導(dǎo)致的測(cè)試數(shù)據(jù)偏差。裝夾完成后檢查試樣狀態(tài),確認(rèn)無松動(dòng)、歪斜后方可開始測(cè)試。
啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)開始勻速加載,設(shè)備實(shí)時(shí)同步采集試驗(yàn)過程中的載荷、位移、時(shí)間數(shù)據(jù),全程記錄載荷-位移變化曲線。持續(xù)加載直至試樣發(fā)生脆性斷裂,設(shè)備自動(dòng)終止加載并記錄試樣斷裂瞬間的最大載荷值。測(cè)試過程中全程觀察試樣狀態(tài),若出現(xiàn)試樣未在受力段斷裂、提前崩裂等異常情況,判定該試樣測(cè)試無效,需重新取樣測(cè)試。
單組試樣測(cè)試完成后,清理工裝表面殘留碎屑,檢查工裝無變形、磨損后,依次完成剩余試樣的裝夾與測(cè)試,全程保持設(shè)備參數(shù)、工裝位置、環(huán)境條件一致,保證組內(nèi)測(cè)試條件統(tǒng)一。
根據(jù)不同彎曲模式采用對(duì)應(yīng)國標(biāo)計(jì)算公式:
三點(diǎn)彎曲抗彎強(qiáng)度公式:σ=3FL/(2bh2)
四點(diǎn)彎曲抗彎強(qiáng)度公式:σ=3FL/(4bh2)
式中:σ為陶瓷抗彎強(qiáng)度(MPa);F為試樣斷裂最大載荷(N);L為支座跨距(mm);b為試樣寬度(mm);h為試樣厚度(mm)。
對(duì)每組測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性篩選,剔除異常偏差數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)最大相對(duì)偏差超過10%時(shí),舍去偏差最大值后重新核算,直至數(shù)據(jù)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。最終取有效試樣測(cè)試數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值作為該批次材料的抗彎強(qiáng)度結(jié)果,數(shù)據(jù)修約保留1位小數(shù),單位為MPa。若作廢試樣數(shù)量達(dá)到總試樣數(shù)4%,需重新制樣開展完整測(cè)試。
1. 試樣加工精度直接影響測(cè)試結(jié)果,嚴(yán)禁使用存在裂紋、缺角、厚度偏差超標(biāo)的試樣,棱邊倒角需均勻,避免應(yīng)力集中導(dǎo)致試樣提前斷裂。
2. 工裝安裝必須保證對(duì)中平行,壓頭、支座無磨損變形,每次測(cè)試前需清理工裝碎屑,防止雜質(zhì)影響受力精度。
3. 嚴(yán)格控制加載速率,速率過快易導(dǎo)致試樣沖擊斷裂、強(qiáng)度數(shù)值偏高,速率過慢易受環(huán)境干擾,需全程保持勻速穩(wěn)定加載。
4. 陶瓷為脆性材料,斷裂瞬間易產(chǎn)生碎屑飛濺,測(cè)試過程中關(guān)閉設(shè)備防護(hù)門,操作人員遠(yuǎn)離測(cè)試區(qū)域,做好安全防護(hù)。
5. 測(cè)試環(huán)境需保持恒溫恒濕、無振動(dòng)干擾,避免溫濕度波動(dòng)、設(shè)備振動(dòng)導(dǎo)致載荷數(shù)據(jù)采集失真。
6. 所有測(cè)試需嚴(yán)格遵循GB/T 4740-2024新標(biāo)準(zhǔn)要求,2025年6月1日起正式替代舊版GB/T 4741-1999標(biāo)準(zhǔn),參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)處理均按新版標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
7. 測(cè)試完成后及時(shí)保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)與載荷-位移曲線,清理設(shè)備與試驗(yàn)臺(tái)面,做好設(shè)備歸零、斷電養(yǎng)護(hù),延長設(shè)備使用壽命。
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