DIN EN ISO 18756-2005 Fine ceramics (advanced ceramics advanced technical ceramics) - Determination of fracture toughness of monolithic ceramics at room temperature by the surface .pdf

1、September 2005DEUTSCHE NORM Normenausschuss Materialpr fung (NMP) im DINPreisgruppe 15DIN Deutsches Institut f r Normung e.V. Jede Art der Vervielf ltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut f r Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 81.060.30F* 9643610www.din.deXDIN EN

2、 ISO 18756Hochleistungskeramik Bestimmung der Bruchz higkeit monolithischer Keramik bei Raumtemperatur f r Biegeproben mit Oberfl chenriss (KnoopRiss) (SCFVerfahren) (ISO 18756:2003);Deutsche Fassung EN ISO 18756:2005Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) Determination of fra

3、cture toughness of monolithic ceramics at room temperature by the surface crack in flexure (SCF) method (ISO 18756:2003);German version EN ISO 18756:2005Cramiques techniques Dtermination de la tnacit la rupture des cramiques monolithiques temprature ambiante par fissuration superficielle en flexion

4、(ISO 18756:2003);Version allemande EN ISO 18756:2005Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 36 SeitenDIN EN ISO 18756:2005-092Nationales VorwortDie Europische Norm EN ISO 18756 ist im Komitee CEN/TC 184 Hochleistungskeramik ausgearbeitetworden. Fr die

5、deutsche Mitarbeit ist der Arbeitsausschuss NMP 291 Prfung von Hochleistungskeramik Monolithische Werkstoffe des Normenausschusses Materialprfung (NMP) verantwortlich.Fr die im Abschnitt 2 zitierten Internationalen Normen wird im Folgenden auf die entsprechenden DeutschenNormen hingewiesen:ISO 3611

6、siehe DIN 863-1ISO 7500-1 siehe DIN EN ISO 7500-1ISO 14704 siehe DIN EN 843-1Nationaler Anhang NA(informativ)LiteraturhinweiseDIN 863-1, Prfen geometrischer Gren Messschrauben Teil 1: Bgelmessschrauben, Normalausfh-rung; Begriffe, Anforderungen, PrfungDIN EN 843-1, Hochleistungskeramik Monolithische

7、 Keramik Mechanische Eigenschaften bei Raum-temperatur Teil 1: Bestimmung der BiegefestigkeitDIN EN ISO 7500-1, Metallische Werkstoffe Prfung von statischen einachsigen Prfmaschinen Teil 1:Zug- und Druckprfmaschinen Prfung und Kalibrierung der KraftmesseinrichtungEUROPISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NO

8、RME EUROPENNE EN ISO 18756 Juli 2005 ICS 81.060.30 Deutsche Fassung Hochleistungskeramik Bestimmung der Bruchzhigkeit monolithischer Keramik bei Raumtemperatur fr Biegeproben mit Oberflchenriss (Knoop-Riss) (SCF-Verfahren) (ISO 18756:2003) Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramic

9、s) Determination of fracture toughness of monolithic ceramics at room temperature by the surface crack in flexure (SCF) method (ISO 18756:2003) Cramiques techniques Dtermination de la tnacit la rupture des cramiques monolithiques temprature ambiante par fissuration superficielle en flexion (ISO 1875

10、6:2003) Diese Europische Norm wurde vom CEN am 2. Juni 2005 angenommen. Die CEN-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denendieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem le

11、tzten Stand befindliche Listendieser nationalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind beim Management-Zentrum oder bei jedem CEN-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprach

12、e, die von einem CEN-Mitglied in eigener Verantwortung durch bersetzung in seine Landessprache gemacht und dem Management-Zentrum mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CEN-Mitglieder sind die nationalen Normungsinstitute von Belgien, Dnemark, Deutschland, Estl

13、and, Finnland, Frankreich, Griechenland,Irland, Island, Italien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Schweden, derSchweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. EUROPISCHES

14、KOMITEE FR NORMUNG EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION COMIT EUROPEN DE NORMALISATIONManagement-Zentrum: rue de Stassart, 36 B-1050 Brssel 2005 CEN Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den nationalen Mitgliedern von CEN vorbehalten.Ref. Nr. EN

15、 ISO 18756:2005 DEN ISO 18756:2005 (D) 2 Inhalt Seite Vorwort 3 1 Anwendungsbereich .4 2 Normative Verweisungen4 3 Begriffe .4 4 Formelzeichen5 5 Kurzbeschreibung des Verfahrens 6 6 Prfgerte.7 7 Proben.9 7.1 Gre der Proben, Probenvorbereitung sowie Anfasen der Kanten .9 7.2 Anzahl der Proben .9 8 Du

16、rchfhrung 10 8.1 Einleitung des Anfangsanrisses durch einen Knoop-Hrteeindruck 10 8.2 Bruch der Probe 14 8.3 Messung der Rissgre . 15 8.4 Umgebungseinflsse . 16 8.5 Wahlweise: Bestimmung des R-Kurven-Verhaltens . 17 8.6 Wahlweise: Referenzmaterialien. 17 9 Berechnung. 18 10 Prfbericht. 19 Anhang A (

17、informativ) Umgebungseinflsse 20 Anhang B (normativ) Beschreibung des Anrisses. 21 Anhang C (informativ) Bestimmung der R-Kurve nach dem SCF-Verfahren. 28 Anhang D (normativ) Faktoren zur Berichtigung der Fase 31 Literaturhinweise . 33 EN ISO 18756:2005 (D) 3 Vorwort Der Text von ISO 18756:2003 wurd

18、e vom Technischen Komitee ISO/TC 206 Fine ceramics“ der Internationalen Organisation fr Normung (ISO) erarbeitet und als EN ISO 18756 durch das Technische Komitee CEN/TC 184 Hochleistungskeramik“ bernommen, dessen Sekretariat vom BSI gehalten wird. Diese Europische Norm muss den Status einer nationa

19、len Norm erhalten, entweder durch Verffentlichung eines identischen Textes oder durch Anerkennung bis Januar 2006, und etwaige entgegenstehende nationale Normen mssen bis Januar 2006 zurckgezogen werden. Diese Norm ist Teil einer Reihe: CEN/TS 14425-1, Hochleistungskeramik Prfverfahren zur Bestimmun

20、g der Bruchzhigkeit von monolithischer Keramik Teil 1: Leitlinie zur Auswahl des Prfverfahrens CEN/TS 14425-3, Hochleistungskeramik Prfverfahren zur Bestimmung der Bruchzhigkeit von monolithischer Keramik Teil 3: Verfahren fr Biegeproben mit Chevron-Kerb (CNB-Verfahren) CEN/TS 14425-5, Hochleistungs

21、keramik Prfverfahren zur Bestimmung der Bruchzhigkeit von monolithischer Keramik Teil 5: Verfahren fr Biegeproben mit V-Kerb (SEVNB-Verfahren) (verffentlicht) EN ISO 15732, Hochleistungskeramik Prfverfahren zur Bestimmung der Bruchzhigkeit monolithischer Keramik bei Raumtemperatur an einseitig geker

22、bten Biegeproben (SEPB-Verfahren) EN ISO 18756, Hochleistungskeramik Bestimmung der Bruchzhigkeit monolithischer Keramik bei Raumtemperatur fr Biegeproben mit Oberflchenriss (Knoop-Riss) (SCF-Verfahren) Entsprechend der CEN/CENELEC-Geschftsordnung sind die nationalen Normungsinstitute der folgenden

23、Lnder gehalten, diese Europische Norm zu bernehmen: Belgien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, Niederlande, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Schweden, Schweiz, Slowakei, Slowenien, Spanien, Tschechisc

24、he Republik, Ungarn, Vereinigtes Knigreich und Zypern. Anerkennungsnotiz Der Text von ISO 18756:2003 wurde vom CEN als EN ISO 18756:2005 ohne irgendeine Abnderung genehmigt. EN ISO 18756:2005 (D) 4 1 Anwendungsbereich Diese Internationale Norm legt ein Prfverfahren zur Bestimmung der Bruchzhigkeit m

25、onolithischer keramischer Werkstoffe fest, das bei Raumtemperatur an Biegeproben mit Oberflchenriss (Knoop-Riss) (SCF-Verfahren) durchgefhrt wird. Diese Internationale Norm ist fr die Anwendung auf monolithische Keramiken und durch Whisker oder Teilchen verstrkte Keramiken vorgesehen, die makroskopi

26、sch als homogen angesehen werden. Keramische Verbundstoffe mit Endlosfaserverstrkung werden nicht erfasst. Das Prfverfahren ist auf keramische Werkstoffe mit flachen oder ansteigenden Risswiderstandskurven (R-Kurven) anwendbar. Es ist mit dem in ISO 15732 festgelegten Verfahren vergleichbar, allerdi

27、ngs sind die Anrisse kleiner und werden auf andere Weise erzeugt. Beide Verfahren sollten fr Werkstoffe mit flacher Risswiderstandskurve hnliche oder identische Ergebnisse liefern. ANMERKUNG Das in dieser Norm festgelegte Prfverfahren ist im Allgemeinen auf keramische Werkstoffe anwendbar, die eine

28、Bruchzhigkeit von weniger als 10 MPa m1/2haben. In Werkstoffen mit grerer Bruchzhigkeit oder in besonders weichen keramischen Werkstoffen (mit geringer Hrte), z. B. einige Zirconiumoxide, oder auch in porsen keramischen Werkstoffen kann es schwierig sein, Anrisse mit einem Knoop-Eindringkrper zu erz

29、eugen. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Ver-weisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nder

30、ungen). ISO 3611:1978, Micrometer callipers for external measurement ISO 7500-1:1)N1), Metallic materials Verification of static uniaxial testing machines Part 1: Tension/compression testing machines Verification and calibration of the force-measuring system ISO 14704:2000, Fine ceramics (advanced c

31、eramics, advanced technical ceramics) Test method for flex-ural strength of monolithic ceramics at room temperature 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 3.1 Spannungsintensittsfaktor KIGre der Singularitt des elastischen Spannungsfeldes an der Spitze eines Riss

32、es, der einer Rissffnungs-verschiebung unterliegt ANMERKUNG Der Spannungsintensittsfaktor ist eine Funktion der aufgebrachten Kraft und hngt von der Gre der Probe sowie der Geometrie und Lnge des Risses ab; er hat die Einheit der Kraft, multipliziert mit der Lnge hoch 3/2. 3.2 Bruchzhigkeit Oberbegr

33、iff fr das Ma des Widerstandes gegen eine Rissverlngerung 1)In Vorbereitung (berarbeitung von ISO 7500-1:1999). N1)Nationale Funote: Inzwischen als ISO 7500-1:2004 verffentlicht. EN ISO 18756:2005 (D) 5 3.3 Bruchzhigkeitswert KIscder nach dem SCF-Verfahren gemessene Wert fr die Bruchzhigkeit ANMERKU

34、NG Dieser Bruchzhigkeitswert ist der durch Messung ermittelte Spannungsintensittsfaktor, der dem Widerstand gegen Rissverlngerung eines unterhalb eines Knoop-Hrteeindrucks gebildeten halbelliptischen kleinen Risses entspricht. Die Messung wird nach dem in dieser Norm beschriebenen Ablaufverfahren so

35、 durchgefhrt, dass alle an die Gltigkeit gestellten Anforderungen erfllt werden. 3.4 Anriss Riss, der in eine Probe vor Prfung der Probe bis zum Bruch knstlich eingebracht wird 3.5 Frontlinie des Risses Linie zur Anzeige der Position der Rissspitze 3.6 kritischer Spannungsintensittsfaktor KIc kritis

36、cher Wert fr KI, bei dem ein Sofortbruch auftritt 3.7 kritischer Riss Riss, der einen Bruch unter der grten Beanspruchung veranlasst und dessen Spannungsintensittsfaktor gerade den kritischen Spannungsintensittsfaktor erreicht 3.8 kritische Rissgre Gre des kritischen Risses beim Bruch ANMERKUNG Fall

37、s bedingt durch von der Umgebung untersttztes langsames Risswachstum oder durch ein der an-steigenden Risswiderstandskurve entsprechendes Werkstoffverhalten eine stabile Rissverlngerung erfolgt, ist der kriti-sche Riss grer als der Anriss. 3.9 Vier-Punkt-Biegung mit Beanspruchungsangriff bei 1/4 der

38、 Spannweite besondere Beanspruchungsanordnung fr die Vier-Punkt-Prfung der Biegefestigkeit, bei der die inneren Rollen (Belastungsrollen) in einem Abstand von den beiden ueren Rollen (Auflagerrollen) angeordnet sind, der einem Viertel der Spannweite entspricht 3.10 Vier-Punkt-Biegung mit Beanspruchu

39、ngsangriff bei 1/3 der Spannweite besondere Beanspruchungsanordnung fr die Vier-Punkt-Prfung der Biegefestigkeit, bei der die inneren Rollen (Belastungsrollen) in einem Abstand von den beiden ueren Rollen (Auflagerrollen) angeordnet sind, der einem Drittel der Spannweite entspricht 3.11 Biegefestigk

40、eit grte Nennspannung beim Bruch einer festgelegten Biegeprobe unter einer elastischen Biegebeanspru-chung 4 Formelzeichen a Risstiefe A Kraftarm der Biegeprfeinrichtung B Breite der Probe, Querschnittsma rechtwinklig zur Beanspruchungsrichtung beim Biegen EN ISO 18756:2005 (D) 6 c halbe Rissbreite

41、C Gre der Fase d Lnge der langen Diagonalen des Knoop-Hrteeindrucks h Tiefe des Knoop-Hrteeindrucks F Knoop-Prfkraft Fc Korrektionsfaktor zur Bercksichtigung der Fase H1(a/c, a/W) Polynom im Spannungsintensittsfaktor-Koeffizienten fr den Schnittpunkt der Rissbegren-zungslinie mit der Probenoberflche

42、 H2(a/c, a/W) Polynom im Spannungsintensittsfaktor-Koeffizienten fr den tiefsten Teil des Oberflchenris-ses KISpannungsintensittsfaktor, Modus I KIckritischer Spannungsintensittsfaktor, Modus I KIscBruchzhigkeitswert fr Biegeproben mit Oberflchenriss bei der Biegeprfung L untere Spannweite der Biege

43、prfeinrichtung (Abstand zwischen den Auflagerrollen) LT Lnge der Probe M (a/c, a/W) Polynom im Spannungsintensittsfaktor-Koeffizienten P Kraft beim Bruch der Probe Q (a/c) Polynominalfunktion fr die Elliptizitt des Oberflchenrisses S (a/c, a/W) Faktor fr den Spannungsintensittsfaktor-Koeffizienten W

44、 Hhe der Probe, Querschnittsma parallel zur Beanspruchungsrichtung beim Biegen Y Spannungsintensittsfaktor-Koeffizient Yd Spannungsintensittsfaktor am tiefsten Teil des Oberflchenrisses Ymax grter Spannungsintensittsfaktor-Koeffizient entlang der Grenze des Oberflchenrisses Ys Spannungsintensittsfak

45、tor-Koeffizient am Schnittpunkt Oberflchenriss/Probenoberflche 5 Kurzbeschreibung des Verfahrens Die vorliegende Internationale Norm ist zur Entwicklung von keramischen Werkstoffen, fr Vergleiche zwischen verschiedenen Keramiken, zur Qualittssicherung, fr Beschreibungen, fr die Zuverlssigkeit und di

46、e Gestaltung der ermittelten Daten anwendbar. Bei dem beschriebenen Verfahren wird der Bruchzhig-keitswert, KIsc, beim Bruch einer herkmmlichen Biegeprobe bestimmt, in deren Oberflche ein kleiner Anriss eingebracht wurde (siehe Bild 1). In die Biegeprobe wird ein Knoop-Eindringkrper eingedrckt, um e

47、inen kleinen, halbelliptischen Oberflchenriss zu erzeugen. Die Probe wird sorgfltig poliert oder geschliffen, bis der Eindruck und der zugehrige Restspannungsbereich beseitigt sind. Die Biegeprobe wird nach dem Verfahren der Vier-Punkt-Biegung gebrochen. Die Bruchzhigkeit, KIsc, wird aus der Bruchkr

48、aft und der gemessenen kritischen Rissgre berechnet. Zum Messen der Gre des Anrisses und um zu bestimmen, ob sich der Riss vergrert hat, mssen fraktographische Verfahren angewendet werden. Die Bruchzhigkeit kann als Funktion der Rissgre bewertet werden, indem die auf den Knoop-Eindringkrper zur Erzeugung des Anrisses aufgebrachte Prfkraft verndert wird. Hintergrundinformationen zu diesem Prfverfahren knnen in den Literaturhinweisen 1 und 2 gefunden werden. Ein internationaler Ringversuch (Round-Robin-Versuch) fr dieses Verfahren wird in den Literaturhinweisen 3, 4 und 5 besch