DIN 51104-2010 Advanced technical ceramics - Mechanical properties of monolithic ceramics at room temperature - Determination of compressive strength《高级工业陶瓷 室温下单块陶瓷的机械性能 抗压强度的测定》.pdf

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1、August 2010DEUTSCHE NORM Normenausschuss Materialprfung (NMP) im DINPreisgruppe 8DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 81.060.30!$f12“1671415www.din.deDDIN 51104Hoc

2、hleistungskeramik Mechanische Eigenschaften monolithischer Keramik beiRaumtemperatur Bestimmung der DruckfestigkeitAdvanced technical ceramics Mechanical properties of monolithic ceramics at room temperature Determination of compressive strengthCramiques techniques avances Proprits mcaniques des cra

3、miques monolithiques temprature ambiante Dtermination de la rsistance en compressionAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 11 SeitenDIN 51104:2010-08 Inhalt Seite Vorwort . 3 1 Anwendungsbereich 4 2 Normative Verweisungen. 4 3 Begriffe 4 4 Bedeutung u

4、nd Anwendung 4 5 Gerte. 5 5.1 Prfmaschine 5 5.2 Belastungseinrichtung. 5 5.3 Lngenmessgert . 7 6 Probekrper. 7 6.1 Mae und Grenzabmae 7 6.2 Oberflchen-Endbearbeitung 7 6.2.1 Allgemeines. 7 6.2.2 Oberflchen-Endbearbeitung I: As-fired 8 6.2.3 Oberflchen-Endbearbeitung II: Bearbeitung durch Schleifen 8

5、 6.2.4 Oberflchen-Endbearbeitung III: Bearbeitung durch Lppen und/oder Polieren 8 6.2.5 Oberflchen-Endbearbeitung IV: Bearbeitung nach einem vereinbarten Verfahren. 9 6.2.6 Fasen 9 6.3 Anzahl der Probekrper . 9 7 Durchfhrung 9 8 Berechnung und Angabe der Ergebnisse 10 9 Prfbericht. 10 Literaturhinwe

6、ise . 11 Bilder Bild 1 Beispiel einer Belastungseinrichtung6 Bild 2 Schematische Darstellung eines Prfaufbaus mit Kalotte 6 2 DIN 51104:2010-08 Vorwort Dieses Dokument (DIN 51104:2010-08) wurde vom Arbeitsausschuss NA 062-02-91 AA Hochleistungs-keramik Monolithische Werkstoffe“ im Normenausschuss Ma

7、terialprfung (NMP) erarbeitet. 3 DIN 51104:2010-08 1 Anwendungsbereich Dieses Dokument legt ein Verfahren zur Bestimmung der Druckfestigkeit von monolithischen keramischen Hochleistungswerkstoffen bei Raumtemperatur fest. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendu

8、ng dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN EN 623-4, Hochleistungskeramik Monolithische Keramik Allgemeine und strukt

9、urelle Eigen-schaften Teil 4: Bestimmung der Oberflchenrauheit DIN EN 843-5, Hochleistungskeramik Mechanische Eigenschaften monolithischer Keramik bei Raum-temperatur Teil 5: Statistische Auswertung E DIN EN ISO 3611, Geometrische Produktspezifikation (GPS) Lngenmessgerte Bgelmess-schrauben; Konstru

10、ktionsmerkmale und messtechnische Merkmale DIN EN ISO 7500-1, Metallische Werkstoffe Prfung von statischen einachsigen Prfmaschinen Teil 1: Zug- und Druckprfmaschinen Prfung und Kalibrierung der Kraftmesseinrichtung DIN EN ISO 7500-1 Beiblatt 1, Metallische Werkstoffe Prfung von Prfmaschinen fr stat

11、ische einachsige Beanspruchung Teil 1: Zug- und Druckprfmaschinen; Prfung und Kalibrierung der Kraftmesseinrichtung; Allgemeines zu Anforderungen und zur Prfung und Kalibrierung von Zug-, Druck- und Biegeprfmaschinen DIN EN ISO/IEC 17025, Allgemeine Anforderungen an die Kompetenz von Prf- und Kalibr

12、ierlaboratorien 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gilt der folgende Begriff. 3.1 Druckfestigkeit c,mhchste Spannung, der der Werkstoff im Moment des Bruchversagens standhlt, wenn er einer linear-elastischen Druckbeanspruchung ausgesetzt wird 4 Bedeutung und Anwendung Hochleistungskeramike

13、n werden in Anwendungen eingesetzt, bei denen ihre Korrosionsbestndigkeit, ihre Hochtemperaturfestigkeit, ihr Leichtbaupotential und die sehr hohe Druckfestigkeit optimal ausgenutzt werden knnen. Bei der Anwendung von keramischen Bauteilen muss darauf geachtet werden, dass diese ber-wiegend unter Dr

14、uckspannungen stehen, da solch eine Beanspruchung fr keramische Werkstoffe wesentlich unkritischer ist als eventuell auftretende Zugbeanspruchungen. Dieses Dokument stellt eine Grundlage fr eine gezielte Werkstoffentwicklung, Qualittskontrolle und fr bauteilgerechte Anwendungen dar und stellt die Er

15、mittlung vergleichbarer Druckfestigkeitsdaten sicher. 4 DIN 51104:2010-08 Das mit einer Druckprfung erhaltene Ergebnis wird von einer Vielzahl von Faktoren wie der Mikrostruktur des Werkstoffes, dem bei der Vorbereitung der Probekrper angewendeten Oberflchen-Bearbeitungsverfahren, der Gre und Form d

16、es Probekrpers, der Beanspruchungsrate und der relativen Luftfeuchte der Prf-atmosphre beeinflusst. Darber hinaus wird das Ergebnis der Prfung von einer mglicherweise vorhandenen Fehlpassung von Stempel- und Probekrper-Querschnitt sowie den elastischen Konstanten beeinflusst. Diese Einflussfaktoren

17、werden in ASTM C 1424-04 (siehe Literaturhinweise) durch einen komplizierten Prfaufbau minimiert. Unter dem Gesichtspunkt einer anwendungsorientierten, reprodu-zierbaren Durchfhrung der Prfung wurde auf die bernahme dieses Prfaufbaus bewusst verzichtet. Der in diesem Dokument festgelegte Prfaufbau s

18、tellt eine in der industriellen Praxis bewhrte und praktikable Alternative zu der o. g. ASTM-Norm dar. Wegen des Sprdbruchverhaltens keramischer Werkstoffe tritt im Allgemeinen bei der Charakterisierung einer Reihe von an sich gleichen Probekrpern eine deutliche Streuung der Einzelergebnisse auf. Da

19、s Zusammen-wirken der Einflussfaktoren erfordert Vorsicht bei der Interpretation der Prfergebnisse. Fr viele Anwen-dungen und nach den Festlegungen in diesem Dokument knnen die Ergebnisse von Festigkeitsprfungen in Form des Mittelwertes und der Standardabweichung angegeben werden. Eine darber hinaus

20、gehende statistische Auswertung der Ergebnisse ist fr die Gewinnung von konstruktiven Daten erforderlich und kann auch fr andere Anwendungen wnschenswert sein (siehe DIN EN 843-5). Dieses Dokument legt eng vorgegebene Grenzen zur Form und Gre der Probekrper und Funktionsweise der Prfeinrichtung fest

21、, um Fehlermglichkeiten bei der Durchfhrung der Prfung zu minimieren. 5 Gerte 5.1 Prfmaschine Es ist eine Prfmaschine zu verwenden, die den sicherheitstechnischen Festlegungen von DIN EN ISO 7500-1 Beiblatt 1 entspricht. In der Umgebung der Belastungseinrichtung sind geeignete Splitterschutzvorricht

22、ungen anzubringen. Die Prfmaschine muss in der Lage sein, eine Kraft mit einer konstanten Beanspruchungsrate auf den Probe-krper in der Belastungseinrichtung aufzubringen. Die Prfmaschine muss mit einer Einrichtung zur kontinuierlichen Aufzeichnung der auf die Belastungseinrichtung aufgebrachten Kra

23、ft versehen sein. Die Genauigkeit der Prfmaschine muss in bereinstimmung mit DIN EN ISO 7500-1, Klasse 1, sein. 5.2 Belastungseinrichtung Die Belastungseinrichtung muss die Durchfhrung einer Druckprfung ermglichen und sicherstellen, dass die nachstehend beschriebenen Bedingungen erfllt sind. Im Bild

24、 1 ist ein Beispiel einer Belastungseinrichtung und im Bild 2 ein schematischer Prfaufbau mit Kalotte dargestellt. 5 DIN 51104:2010-08 Bild 1 Beispiel einer Belastungseinrichtung Legende 1 Stempel 2 Druckplatte 3 Zwischenplatte 4 Probe 5 Druckplatte mit Kalotte Bild 2 Schematische Darstellung eines

25、Prfaufbaus mit Kalotte 6 DIN 51104:2010-08 Zwei Druckplatten sind axial in der Prfmaschine derart auszurichten, dass die Druckflchen parallel zueinander und im rechten Winkel zur Krafteinleitungsrichtung angeordnet sind. Die Planparallelitt muss auf 10 mm Kantenlnge 10 m sein. ANMERKUNG Zur Ausricht

26、ung sollte eine der Druckplatten mit einer Kalotte fr die Selbstausrichtung versehen sein. Die Hrte und der E-Modul der Druckplatten mssen grer oder gleich der Hrte bzw. des E-Moduls ( 400 GPa, z. B. Siliciumcarbid oder Hartmetall) des Probekrpers sein. Um Fehlpassungen zwischen Stempel und Probekrp

27、er zu minimieren und die Druckplatte zu schtzen, sind Zwischenplatten, auch Opferplatten genannt, aus vorzugsweise dem gleichen Werkstoff wie dem des Probekrpers zwischen den Druckplatten und dem Probekrper anzuordnen. Die die Zwischenplatten berhrenden Flchen der Druckplatten mssen grer sein als di

28、e Flchen der Zwischenplatten, die in Kontakt mit den Druckplatten stehen. Der Querschnitt der Berhrungsflchen der Zwischenplatten muss mindestens fnfmal so gro sein wie der Querschnitt der Kontaktflchen (Stirnflchen) des Probekrpers. Die Zwischenplatten mssen eine solche Dicke besitzen, dass sie der

29、 Prfung ohne Bruchversagen standhalten. Die Zwischenplatten drfen nur einmal verwendet werden. Nach jeder Prfung sind die Druckplatten auf Beschdigungen zu berprfen. Beschdigte Druckplatten mssen ersetzt oder nachgearbeitet werden. Die Zwischenplatte ist etwa mittig auf die untere Druckplatte, und d

30、er Probekrper ist etwa mittig auf die untere Zwischenplatte zu setzen. Anschlieend muss auf die obere Stirnflche des Probekrpers ebenfalls eine Zwischenplatte aufgelegt und die obere Druckplatte bis zum Kraftschluss an die obere Zwischenplatte bewegt werden. Zur mittigen Ausrichtung von Probekrper u

31、nd Zwischenplatten in Beanspruchungsrichtung sind optische Markierungen oder andere geeignete Hilfsmittel einzusetzen. 5.3 Lngenmessgert Eine Messschraube nach E DIN EN ISO 3611 und mit einer Auflsung 0,1 % des jeweils zu messenden Maes oder eine alternative kalibrierte Einrichtung mit der genannten

32、 Auflsung ist fr die Messung der Mae des Probekrpers zu verwenden. 6 Probekrper 6.1 Mae und Grenzabmae Standardmig sind quadratische Probekrper mit einer Kantenlnge von (4 0,1) mm oder zylindrische Probekrper mit einem Durchmesser von (4,5 0,1) mm zu verwenden. Der Probekrper muss eine Hhe von (8 0,

33、2) mm aufweisen, und seine Stirnflchen mssen auf 0,2 %, bezogen auf die Kantenlnge bzw. den Probendurchmesser, planparallel sein. Die Lngskanten des Probekrpers sind zu fasen. Die Fase muss einen Winkel von etwa 45 aufweisen, und ihre Breite muss (0,25 0,05) mm betragen. Andere Formen und Mae von Pr

34、obekrpern drfen zwischen den Vertragspartnern vereinbart werden und sind im Prfbericht anzugeben. 6.2 Oberflchen-Endbearbeitung 6.2.1 Allgemeines Nach diesem Dokument darf jede relevante Oberflchen-Endbearbeitung durchgefhrt werden, die in den folgenden vier Kategorien beschrieben wird: I: as-fired,

35、 II: bearbeitet durch Schleifen, III: Lppen/Polieren, IV: vereinbartes Verfahren. 7 DIN 51104:2010-08 ANMERKUNG Wenn fr die Prfung kein anderes Verfahren festgelegt ist, werden die Kategorien II und III empfohlen. Ziel der Bearbeitungsverfahren II und III ist die Minimierung der Beschdigung, die dur

36、ch das Bearbeitungsverfahren verursacht wird, und somit in erster Linie die Charakterisierung der Festigkeit des Werkstoffes und nicht des Bearbeitungsverfahrens. Diese empfohlenen Verfahren knnen wegen der Unterschiede der Schleifmaschinen und dem unterschiedlichen Bearbeitungsverhalten beim Schlei

37、fen von unterschiedlichen Werkstoffarten nicht im herkmmlichen Sinn genormt werden. Deshalb sollten die nachstehend festgelegten Bearbeitungsverfahren als Leitlinie verstanden werden. Auerdem sollte, solange es noch keine Verfahren zur exakten Messung der Parameter fr die Oberflchen-Endbearbeitung k

38、eramischer Werkstoffe gibt, der Bearbeitungsqualitt besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden. 6.2.2 Oberflchen-Endbearbeitung I: As-fired Die im Zustand as-fired“ (d. h. unmittelbar so, wie dem Brennofen entnommen) zu prfenden Probekrper mssen, ohne dass eine weitere Oberflchenbearbeitung vorausgese

39、tzt wird, die nach 6.1 festgelegten Mae aufweisen. Das Abfasen oder Abrunden der Lngskanten bei quadratischen Probekrpern muss vor dem Brennen erfolgen. 6.2.3 Oberflchen-Endbearbeitung II: Bearbeitung durch Schleifen Die Probekrper sind der folgenden Abfolge von Schleifvorgngen zu unterziehen: a) Gr

40、obschleifen mit einer Umfangs-Diamantscheibe mit einer Rundungsabweichung von hchstens 0,03 mm und einer Korngre von 120 m (D126) bei einer Zustellung von hchstens 0,03 mm je Schliff. Schleifscheiben mit unterbrochenen Stirnseiten drfen nicht verwendet werden; b) Feinschleifen mit einer Umfangs-Schl

41、eifscheibe mit einer Korngre zwischen 320 m und 500 m (z. B. D46 oder feiner) bei einer Zustellung von hchstens 0,002 mm je Schliff, wobei mindestens 0,06 mm Werkstoff abzutragen sind. Beim letzten Schliff darf keine Zustellung mehr erfolgen. Smtliche Schleifvorgnge sind parallel zur Lngsachse des P

42、robekrpers durchzufhren, wobei jederzeit eine ausreichende Menge an Khlmittel zu verwenden ist. Von den Stirnflchen des Probekrpers sind annhernd gleiche Mengen an Material abzutragen. Alternativ darf ein geeignetes Tiefschleifverfahren angewendet werden, wobei, wie in a) festgelegt, unter Verwendun

43、g derselben Umfangs-Diamantscheibe und des Feinschleifverfahrens nach b), einschlielich der Werkstoffabtragung von 0,06 mm und beim letzten Schliff mit Zustellung von 0,002 mm und 0 mm, vorzugehen ist. Bei Bedarf ist die Oberflchenrauheit Rt, die kleiner als 2 m sein muss, nach DIN EN 623-4 ohne Ber

44、ck-sichtigung von eindeutig erkennbaren Poren mit einem Oberflchenrauheits-Messgert mit einer Messspitze zu messen, die kleiner 5 m ist. 6.2.4 Oberflchen-Endbearbeitung III: Bearbeitung durch Lppen und/oder Polieren Die Prfflchen und die angrenzenden gefasten Kanten sind mit Lpp- oder Polierpulvern

45、mit einer Korngre kleiner 30 m zu lppen und/oder zu polieren, wobei nach jedem Bearbeitungsschritt die Korngre zu verringern ist. Whrend dieser Bearbeitung ist eine Schicht mit einer Mindestdicke von 50 m von der Prfflche abzutragen, um Beschdigungen zu beseitigen, die durch den vorangegangenen Grob

46、schliff- oder Trennvorgang hervorgerufen wurden. Mit Schleifmitteln mit einer Korngre kleiner 6 m sind mindestens 5 m abzutragen. ANMERKUNG Die festgelegte Werkstoffabtragstiefe ist nicht immer so wesentlich; sie hngt von der Art des Werkstoffes und besonders von dessen Bruchzhigkeit ab. Jede Abweic

47、hung von der festgelegten Werkstoffabtragstiefe und oben beschriebenen Verfahrensweise ist zwischen den Vertragspartnern zu vereinbaren und im Prfbericht zu dokumentieren. Die polierten Probekrper drfen keine sichtbaren Kratzer haben, dies ist z. B. mit einem Lichtmikroskop mit 100facher Vergrerung

48、zu berprfen. Auerdem ist bei Bedarf die Oberflchenrauheit Rt, die kleiner 1 m sein muss, nach DIN EN 623-4 ohne Bercksichtigung von eindeutig erkennbaren Poren mit einem Ober-flchenrauheits-Messgert mit einer Messspitze zu messen, deren Radius kleiner 5 m ist. 8 DIN 51104:2010-08 6.2.5 Oberflchen-Endbearbeitung IV: Bearbeitung nach einem vereinbarten Verfahren Wenn Probekrper aus einem Materialblock herauszuarbeiten und im Zustand wie geschnitten“ zu prfen sind, mssen sie sorgfltig mit einer Diamantsge (Diamantkorngre D151: etwa 125 m bis 150 m) ges