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目的:1.通过动疲劳实验测定IPS e.max Press材料的力学性能,对破坏的标准试件进行失效分析,初步建立材料力学性能与失效概率间的定量关系;
2.获取材料疲劳性能参数为后期的数值模拟提供建模依据;预测分析材料的寿命,为后期的数值模拟预测修复体寿命提供实验验证。
方法:按操作手册制作IPS e.max Press标准试件150个(25mm×4mm×1.2mm),随机分为5组。A组试件在硅油浴环境中以三点弯曲方法获取材料的惰性强度,Weibull统计分析获取材料的特征参数m和σ0。B、C、D、E组试件在水环境中以三点弯曲方法进行动疲劳实验,载荷速率分别为10 MPa/s、1 MPa/s、0-1 MPa/s、0.05 MPa/s,获取亚临界裂纹生长参数n、A和B。使用SPSS13.0统计软件对5组试件的抗折强度进行非参数检验,检验水准α定为双侧0.05。绘制材料的强度—概率—时间(SPT)分析图,预测10年内特定时间点时的材料强度值。采用光学显微镜初步观察所有失效试件断面,选取断面平整的部分试件用扫描电子显微镜进行断口形貌特征观察。
结果:
1.A、B、C、D、E组IPS e.max Press材料的平均抗折强度值和标准差分别为425.7±69.2 MPa、340.6±22.7 MPa、317.4±29.7 MPa、282.3±32.0 Mpa和269.8±30.3 MPa。经Kruskal—Wallis检验分析和Mann—Whitney检验进行组间两两比较,除D组和E组抗折强度值的差异无统计学意义(P=0.171)外,其余各组抗折强度值两两之间的差异均有统计学意义。
2.Weibull统计分析结果显示IPS e.max Press材料的Weibull模数m和Weibull特征强度σ0分别为7.4和453.8 MPa;动疲劳实验获得的材料亚临界裂纹生长参数n、A、B分别为23.1、3.4×10-15、857.2。
3.SPT分析图显示IPS e.max Press材料的特征强度值σ63.2%和σ5%分别由初始的453.8 MPa和304.5 MPa下降至10年后的238.7 MPa和159.6 MPa,下降幅度达47%。
4.对IPS e.max Press标准试件进行断口形貌观察分析,其破坏呈现典型的脆性破坏模式,无塑性形变。扫描电子显微镜低倍镜下观察可见断面具有“压缩卷曲线”、“止裂线”和“针排状尾迹”等特征形貌;高倍镜下可见经氢氟酸处理的断面呈现大小相近的细针状晶体相,微裂纹在晶体间蜿蜒穿行并发生偏转和分支。未经酸处理的断面呈典型的冰糖状花样,可见沿晶断裂。
结论:
1.水环境和载荷速率对IPS e.max Press标准试件的抗折强度值有影响,在水环境中载荷速率越低,则受载时间越长,材料的抗折强度值越低;失效试件的断面呈现典型的脆性破环模式。
2.动载荷实验获得IPS e.max Press材料的疲劳性能参数n、A、B值及寿命分析图,材料的抗折强度预测值随时间推移逐渐下降。