炭素材料弹性模量测定方法 The test method for elastic modulus of carbon materials  ICS  29.050 CCS  Q 50   中华人民共和国国家标准 GB/T 3074.2—2024 代替 GB/T 3074.2—2008、GB/T 24210—2009 2024-09-2 9发布 2025-04-0 1实施     国家市场监督管理总局 国家标准化管理委员会 发 布前　　言 本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则　第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规 定起草。 本文件是GB/T 3074的第2部分，GB/T 3074已经发布了以下部分： 炭素材料抗折强度测定方法（GB/T 3074.1）； — 炭素材料弹性模量测定方法（GB/T 3074.2）； — 石墨电极氧化性测定方法（GB/T 3074.3）； — 石墨电极热膨胀系数（CTE）测定方法（GB/T 3074.4）。 — 本文件代替GB/T 3074.2—2008《石墨电极弹性模量测定方法》和GB/T 24210—2009《整体石墨 电极弹性模量试验　声速法》，本文件与GB/T 3074.2—2008和GB/T 24210—2009相比，除结构调 整和编辑性改动外，主要技术内容变化如下： 更改了标准的适用范围，适用于炭素材料弹性模量的测定（见第1章，GB/T 3074.2—2008的第 1章）；a） 增加了术语和定义（见第3章）； b） 增加了等静压石墨和其他炭素材料试样制备方法（见4.1.3.2和4.1.3.3）； c） 增加了脉冲激振法测定炭素材料弹性模量的方法（见4.3）。 d） 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国钢铁工业协会提出。 本文件由全国钢标准化技术委员会（SAC/TC 183）归口。 本文件起草单位：开封平煤新型炭材料科技有限公司、正镶白旗诺金炭素科技有限公司、江西宁新 新材料股份有限公司、河南首成科技新材料有限公司、山西聚贤石墨新材料有限公司、冶金工业信息标 准研究院。 本文件主要起草人：李欣平、路培中、郑建华、张向军、田家利、王占峰、乔亚东、王晓远、 康进才、董增亮、李海航、张晓明、马卫、余全豪、邓聪秀、姜斐、徐辉。 本文件所代替文件的历次版本发布情况为： ─ GB/T 3074.2—1982、GB/T 3074.2—2008； ─ GB/T 24210—2009。   GB/T 3074.2—2024     Ⅰ 引　　言 GB/T 3074旨在规范炭素材料相关技术指标的测定方法，拟由以下4个部分构成。 第1部分：炭素材料抗折强度测定方法。目的在于规范炭素材料抗折强度的测定。 — 第2部分：炭素材料弹性模量测定方法。目的在于规范炭素材料弹性模量的测定。 — 第3部分：炭素材料氧化性测定方法。目的在于规范炭素材料氧化性的测定。 — 第4部分：炭素材料热膨胀系数（CTE）测定方法。目的在于规范炭素材料热膨胀系数的 测定。—     GB/T 3074.2—2024     Ⅱ 炭素材料弹性模量测定方法 1　范围   本文件描述了炭素材料弹性模量的测定方法、试验报告。 本文件适用于室温下炭素材料弹性模量的测定。 2　规范性引用文件   下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文 件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用 于本文件。  GB/T 1427　炭素材料取样方法 GB/T 8170　数值修约规则与极限数值的表示和判定 GB/T 8718　炭素材料术语 3　术语和定义   GB/T 8718界定的术语和定义适用于本文件。 4　测定方法  4.1　方法一：共振法  4.1.1　原理   由发射传感器将电信号转换为振动信号驱动试样，再由接收传感器接收并转换为电信号，分析此信 号在示波器上形成的图形，得出试样的固有频率，计算得到试样弹性模量。 4.1.2　仪器和设备   4.1.2.1　激励器：电能/机械能，用以激发试样共振。 4.1.2.2　接收器：机械能/电能，用以接收试样共振讯号。 4.1.2.3　驱动回路：提供音频正弦电讯号。 4.1.2.4　检测回路：放大显示来自接收器的电讯号。 4.1.2.5　试样支架：安放试样。 4.1.2.6　游标卡尺：测量范围0 mm～200 mm，分度值0.02 mm。 4.1.2.7　鼓风干燥箱：室温～200 ℃。 4.1.2.8　天平：分度值0.01 g。 4.1.3　试样  4.1.3.1　石墨电极试样   按GB/T 1427的规定取样、加工。 GB/T 3074.2—2024     1 4.1.3.2　等静压石墨试样   等静压石墨试样要求应按下列要求进行。 取样批量：按GB/T 1427的规定执行。 a） 取样工具：内径30 mm、长200 mm的空心钻头，或能保证试样要求的其他工具。 b） 取样位置及方法：在每块样品的端面中心处垂直钻取长180 mm的圆柱体一个。 c） 将圆柱体加工成尺寸为φ（20±0.1）mm×（160±0.1）mm或者φ（10±0.1）mm×（120±0.1）mm的 试样。d） 试样外观：棱角完整，无可见裂纹或瑕疵。 e） 试样两端面应垂直纵轴线。 f） 4.1.3.3　其他炭素材料试样   按相应产品标准规定或供需双方协商取样，加工成φ（30±0.1）mm×（180±0.1）mm或 φ（20±0.1）mm×（160±0.1）mm或φ（10±0.1）mm×（120±0.1）mm的试样。 4.1.4　试验步骤   4.1.4.1　试样在110 ℃±5 ℃干燥箱中烘干2 h，在干燥器中冷却至室温备用。 4.1.4.2　测量试样的直径d，长度l和质量m。直径测量要求沿试样轴向，分别在中间和两端三处测量， 每处测两次，两次对应的直径相互垂直，将测得的6个数据平均。长度测量沿试样圆周每隔120°对应测 量一次，共测量3次，取平均值。求出直径与长度的比值，按此比值查表1确定校正系数Cr。 表1　校正系数 Cr值   d/l Cr d/l Cr d/l Cr 0.081 0.082 0.083 0.084 0.085 3 127 3 015 2 908 2 809 2 713 0.123 0.124 0.125 0.126 0.127 930 909 889 869 8480.164 0.165 0.166 0.167 0.168 414 406 399 394 386 4.1.4.3　开启所有仪器，预热30 min，用已知共振频率的不锈钢棒检查仪器的灵敏度和稳定性是否正 常，试验装置如图1所示。 图1　共振法测定炭素材料弹性模量示意图 4.1.4.4　将试样两端悬挂（安放）在支架上，并保持水平，改变音频讯号输出频率（每次增加1 Hz）， 迫使试样在基频处共振，记录共振频率；再将试样绕轴向旋转90°后，重复上述操作；取两次测量结果 的平均值。两次测量数值不应超过10%，否则测量结果作废，重新测试。 GB/T 3074.2—2024     2   4.1.5　结果计算   试样的弹性模量E按公式（1）计算： E=Crm f2 d109…………………………（ 1） 式中： E─ 弹性模量，单位为吉帕 （GPa）； Cr ─ 共振法试样的校正系数 ； m─ 试样质量，单位为克 （g）； f─ 频率，单位为赫兹 （Hz）； d─ 试样直径，单位为毫米 （mm）。 计算结果精确至小数点后一位，数值修约按GB/T 8170的规定执行。该计算结果只针对单一样品。 4.2　方法二：声速法  4.2.1　原理   由信号发生器给出超声信号，测试信号在试样中的传播时间，得出该信号在试样中的传播速度，计 算得到试样弹性模量的方法。 4.2.2　仪器和设备   4.2.2.1　驱动电路：有一个能产生20 kHz～2.5 MHz的超声波脉冲发生器。 4.2.2.2　输入传感器。 4.2.2.3　输出传感器。 4.2.2.4　超声波传输时间自动显示器或双踪示波器。 4.2.3　试样   4.2.3.1　试样应为加工后的成品石墨电极，截面均匀无附加液体。试样端面对石墨电极轴线的垂直度偏 差不大于0.125 mm。 4.2.3.2　质量的称量和尺寸的测量应准确至±0.5%以内。 4.2.4　试验步骤   4.2.4.1　按图2连接装置，将仪器预热15 min。 4.2.4.2　在输入、输出传感器上涂抹甘油等适宜的耦合剂。 4.2.4.3　将输入、输出传感器对接，测定仪器和传感器的固有传播时间。 4.2.4.4　将输入、输出传感器分别压在石墨电极两端接头孔底的中心部位，测定超声波的传播时间。     GB/T 3074.2—2024     3 标引序号说明： 1 ─ 数字时间显示器； 2 ─ 超声波脉冲发生器； 3 ─ 输入传感器； 4 ─ 输出传感器； 5 ─ 双踪示波器。 图2　声速法测定石墨电极弹性模量示意图 4.2.5　结果计算   4.2.5.1　声速v按公式（2）计算： v=l (ttt0)…………………………（ 2） 式中： v─ 声速，单位为米每秒 （m/s）； l─ 试样长度，单位为米 （m）； tt ─ 超声波的传播时间，单位为秒 （s）； t0 ─ 仪器和传感器的固有传播时间，单位为秒 （