4.1.2.1　抗弯强度

抗弯强度是指被施加外力的材料抵抗自身弯曲使之不会断裂的能力，用来检验陶瓷、铸铁等脆性材料强度的大小。受其化学键的性质影响，陶瓷材料在室温下几乎不能产生位移或滑移运动，很难发生塑性变形。因而陶瓷材料的破坏方式为脆性断裂，其室温强度是指在材料到弹性变形极限而发生断裂时的应力。鉴于陶瓷材料的脆性特点，一般情况下测定其抗弯强度。在电子万能材料试验机上对微织构陶瓷刀具材料进行三点弯曲强度测试，其原理如图4-2所示，图中P为加载载荷（N），L为跨距，选为20mm，b和h分别为试样的宽度和高度（mm）。根据国家标准GB/T 6569—2006《精细陶瓷弯曲强度试验方法》，本测试所用设备为济南试金集团有限公司制造的WDW-50E型微机控制电子式万能试验机。测试时位移加载速度设定为0.5mm/min，当位移加载到一定值时试样断裂，记录下此时加载载荷的最大值P，试样的抗弯强度σf（MPa）即可求出，计算公式如式（4-1）所示。

图4-2　抗弯强度测试示意图

测试时加载方向垂直于条状试样光滑平面，为降低测量误差，确保测量的准确性，对每种材料进行5次测试，其算术平均值即为该刀具材料的抗弯强度值。

4.1.2.2　硬度测试

材料的表面硬度是指材料阻止其他硬物进入从而引起材料凹陷变形的能力。常用的硬度单位有努氏硬度（HK或KHN）、洛氏硬度（HRA、HRC或RHN）、维氏硬度（HV或VHN）以及布氏硬度（HB或BHN）。根据国家标准GB/T 16534—2009《精细陶瓷室温硬度试验方法》，本试验采用的单位为维氏硬度，刀具材料的硬度测试所用仪器为HV-120型硬度计，采用压痕法进行测量。硬度计采用相对面夹角为136°的金刚石四棱体压头，压痕载荷P设定为196N，压力保持15s后开始卸载。金刚石压头压入试样表面后会在其表面留下一个压痕，压痕如图4-3所示。

图4-3　表面压痕示意图

利用硬度计配备的光学显微镜测量压痕两条对角线d1和d2的长度（μm），试样的硬度HV（MPa）即可求出，计算公式如式（4-2）所示：(www.daowen.com)

式中，HV为维氏硬度值；P为加载载荷；2a为压痕对角线长度d1和d2的算术平均值。

为降低测量误差，确保测量的准确性，对每种材料进行5次测量，其算术平均值即为该刀具材料的硬度。

4.1.2.3　断裂韧性

材料的断裂韧性是指材料受到外界的载荷作用，本身产生的抵抗表面裂纹扩展断裂的能力。目前测量材料断裂韧性的方法有压痕法、单边切口梁法、山形切口法、双扭法等。由于压痕法具有测量简便、误差范围小和重复性好等优点，本研究与材料的表面硬度测试方法相同，材料的断裂韧性也是采用维氏硬度计进行测量，在金刚石压头打点之后，测量凹坑四个角上的裂纹扩展长度，以最长的裂纹作为采集数据进行计算，材料的断裂韧性计算公式采用式（4-3）。

式中，HV为自润滑陶瓷刀具材料的硬度值；a表示压痕对角线长度d1和d2之和的算术平均值的一半；c为图4-3中c1、c2、c3和c4之和的算术平均值。

为降低测量误差，确保测量的准确性，对每种材料进行5次测量，其算术平均值即为该刀具材料的断裂韧性。