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至陶瓷力学性能的测试方法

2021-09-08

陶瓷力学性能的测试方法

陶Thomas Swan公司将继续开发、测试和提高这些材料的性能瓷力学性能的测试方法
以材料受力的情况为主线,分别是材料的弹性变形、塑性变形和断裂

弹性变形----可逆、虎克定律

塑性变形----特点是不可逆、机制是滑移和孪晶,陶瓷中特点还有:蠕变和高温粘性活动

断裂----理论、强度、结构、方式和加载方式.

脆性材料的强度测试可能成为派生的应力源而致使测试结果的误差。要求对各种试样几何形状和各种加载方式下的应力散布运行安稳;有1定了解,对1些引入误差的本源亦应有公道的估计,由于陶瓷显微结构的微不匀性,标准化在我国城镇化进程中的作用愈来愈重要尚应斟酌到基于宏观连续介质的线弹性力学解来处理陶瓷力学性能问题时,所存在的实际与理论之间的差别.

抗张强度:

夹持试样的卡头应力集中效应:抗张试样装置到测试系统中去,需要采取夹具卡住试样的端部或肩部,致使接触点附近的应力集中,这类应力集中效应随着与加载区距离的增大而减弱,至工作段到达简单的静态平衡应力散布。解决的办法是用阶梯式试样

偏心度的影响:受卡端部所承受的载荷在端部截面上产生了非均匀的应力散布,直到工作段截面上应力趋于均匀.

在给定的外应力条件下,偏心效应系数随着试样截面积增大而减少,另外一方面,试样的截面积愈大,欲使试样破坏所需的载荷亦愈大,并愈有益于减少曲折致使的额外偏心应力.

测试原理:1)当1个矩形截面的梁承受曲折载荷,其截面上就出现应力,从3点抗弯和4点抗弯的弯矩散布和切力散布对比来看,4点抗弯法具有1定的恒弯矩范围,而且在这1范围内不存在截面的切应力,能较全面地反应纯曲折应力状态下的材料强度 .

2)支点的楔乃至有更多更新的媒介出现入作用:在梁处于承受载荷的状态下,支持的刃口或小圆棒与试样表面呈线接触,所构成的高度应力集中可能使试样局部受剪切或压碎,更严重的是支持点的楔入作用引发了半圆状散布的附加应力,脆性陶瓷材料抗弯试样的断面常常偏离弯矩最大的加载点就是这个原因.

3)扭曲作用:抗弯试样的支持点重心不处于同1Z面上,就将引发沿试样宽度方向的载荷不均匀散布,致使试样扭曲。

4)试样支持点处的磨擦效应:在抗弯实验中,试样中和面以下的受张力侧沿长度方向伸长,而中和面以上的受压力侧沿长度方向缩短,结果引发了两对磨擦作用力和相应的力矩,从而影响了原始的静态平衡应力散布.

5)曲折试样的影响

6)试样支持点的非对称散布:误差本源对4点抗弯加载情势的影响较为严重.

抗弯试样的公道选择1)几何形状:圆形截面的3点抗弯试样上的最大弯距仅在1点,而矩形截面试样的最大弯距处在1条线上;圆形截面的4点抗弯试样上的最大弯距处在1条线上,而矩形截面试样的最大弯距处在1条面上.因此矩形截面试样更能显示由最危险缺点所决定的材料强度本质.

2)试样高度:抗弯试样截面各点的正应力与该点至中和面的垂距成正比,因此一样的缺点尺度由于在试样中所处的位置不同而致使破坏的概率是不相等的,并且破坏概率随着缺点离表面层间距的增长而减少。减少试样的厚度可下降支点的楔入作用和原始试样曲折所致使的实际应力偏差.

3)试样长度:为了得到较大范围的最大应力等值面,4点抗弯试样的两个内支点间距L要求长1些,为了和缓支点非对称散布的影响,同侧的内外支点间距K亦需要大1点,因此抗弯试样应具有足够的长度。从国际上报导的资料来看,新型陶瓷材料研究领域中所采取的小型试样1般处于〔3~5) (3~5) (20~30)mm3,内支点间距为10~20mm的范围.

径向加载的张力破坏强度:径向加载的张力破坏强度测试法主要用于进行薄壁管状陶瓷的强度实验。薄壁管状试样承受了径向载荷,就在试样外表面与上下压头的接触处,和与之成正交的内壁处产生最大压应力;而在前1方位的内壁和后1方位的外壁产生最大的张应力。从而致使了试样沿垂直方向或水平方向断裂.

陶瓷材料的断裂韧性测试:

陶瓷材料力学行动的某些特点,要求进行断裂力学参数丈量时应斟酌某些特殊的问题:

1)陶瓷材料的塑性极为有限,在裂纹扩大之前不容易偏离线弹性力学关系,1般可以断裂的最大载荷代替开裂点的载荷来进行断裂韧性K1c的计算,免去在裂纹根部丈量张开位移的程序.

2)由于陶瓷材料的塑性很小,其屈服强度比值相应很低,因此断裂韧性测试样品的厚度边界条件b 2.5总是能够满足。但由于陶瓷显微结构方面的微不均性,仍需要试样截面有足够的范围以表征结构的特点

3)试样预制尖形裂纹是1种难度较大的技术,锯切缺口的方法比较容易掌握,但需力求缺口的曲率半径小于临界值,以保证测试结果的稳定性和精度.

4)陶瓷体内起始裂纹的尺度与mm级的显微结构尺度相当,但进行断裂力学参数测定所采取的却是mm级尺度的人工裂纹,这对丈量的精确难免有些影响

5)陶瓷高温测试进程中的应力传递、应变丈量和裂纹视察都有1定难度,因此对测试方程的选择更需慎重.

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