磨损高温力学性能.ppt

重点： 磨损过程，高温蠕变 难点： 高温蠕变曲线 1. 名词解释：摩擦，磨损，蠕变，应力松弛 2. 磨损有几种类型？说明产生的条件、磨损过程及表面损伤形貌。 3. 蠕变与温度和应力的关系如何？性能指标有哪些？ 聚合物材料 硬度小，柔性大，抗划伤能力较高 聚合物的化学组成、结构与金属相差较大，两者的粘着倾向很小，磨粒磨损时，聚合物对磨粒具有良好的适应性、就范性和埋嵌性。其特有的高弹性又可在接触表面产生变形面不发生切削犁沟式损伤，表现出较好的抗磨损性能。 就耐磨性而言，聚合物与金属配对的摩擦副优于金属与金属配对的摩擦副 PTFE：固体材料中摩擦系数最低 0.04 1.10 材料的高温力学性能 高温蠕变性能 其他高温力学性能 在航天航空、能源和化工等工业领域，许多机件在高温下长期服役 锅炉 炼油设备 温度对材料的力学性能影响很大。 时间：常温下，时间对材料的力学性能几乎没有影响(高分子材料除外），高温时，力学性能就表现出了时间效应。 所谓温度的高低，是相对于材料的熔点而言的， 约比温度(T／Tm)，T—试验温度，Tm—熔点，（热力学温度）。 当T／Tm＞0.4-0.5时为高温，反之则为低温。 材料在高温下力学行为的一个重要特点 蠕变：材料在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象。 蠕变断裂：由于蠕变而最后导致材料的断裂 蠕变可以发生在任何温度，在低温时，蠕变效应不明显；当约比温度大于0.3时，蠕变效应比较显著，此时必须考虑蠕变的影响，如碳钢超过300℃、合金钢超过400℃，就必须考虑蠕变效应。 1、蠕变 一、高温蠕变性能 蠕变过程可以用蠕变曲线来描述。 （1）金属材料和陶瓷材料 OA线段是施加载荷后，试样产生的瞬时应变εo，不属于蠕变。 2、蠕变的一般规律 I阶段：AB段：减速蠕变阶段(过渡蠕变阶段) II阶段：BC段：恒速蠕变阶段(稳态蠕变阶段） III阶段：CD段：加速蠕变阶段(失稳蠕变阶段)。 曲线上任一点的斜率，表示该点的蠕变速率(ε=dε/dt）按照蠕变速率的变化，可将蠕变过程分为3个阶段。 · 蠕变曲线随应力的大小和温度的高低而变化 减小应力或降低温度，蠕变第Ⅱ阶段延长，甚至不出现第Ⅲ阶段。 增加应力或提高温度，蠕变第Ⅱ阶段缩短，甚至消失，试样经过减速蠕变后很快进入第Ⅲ阶段而断裂。 （2）高分子材料 可分为3个阶段。 第Ⅰ阶段：AB段，可逆形变阶段，普弹变形，应力和应变成正比； 第Ⅱ阶段：BC段，推迟弹性变形阶段，也称高弹性变形发展阶段； 第Ⅲ阶段：CD段，不可逆变形阶段，是以较小的恒定应变速率产生变形，到后期，会产生缩颈，发生蠕变断裂。 A B C D 弹性变形引起的蠕变，当载荷去除后，可以发生回复，称为蠕变回复，这是高分子材料的蠕变与其他材料的不同之一。 材料不同或试验条件不同时，蠕变曲线的3个阶段的相对比例会发生变化，但总的特征是相似的。 A B C D 粘弹性机理 高分子材料在恒定应力的作用下，分子链由卷曲状态逐渐伸展，发生蠕变变形。当外力减小或去除后，体系自发地趋向熵值增大的状态，分子链由伸展状态向卷曲状态回复，表现为高分子材料的蠕变回复特性。 高温抗折蠕变仪 （1）蠕变极限 表示材料对高温蠕变变形的抗力，是选用高温材料、设计高温下服役机件的主要性能依据之一。 3、蠕变性能指标 表示方法 在给定的温度下，使试样在蠕变第二阶段产生规定稳态蠕变速率的最大应力 在给定温度和时间的条件下，使试样产生规定的蠕变应变的最大应力 （2）持久强度 某些在高温下工作的机件，蠕变变形很小或对变形要求不严格，只要求机件在使用期内不发生断裂。在这种情况下，要用持久强度作为评价材料、设计机件的主要依据。 持久强度是材料在一定的温度下和规定的时间内，不发生蠕变断裂的最大应力。 材料的持久强度是实验测定的，试验时间通常比蠕变极限试验要长得多，可达几万至几十万h。 （3）松弛稳定性 应力松弛：材料在恒定变形的条件下，随着时间的延长，弹性应力逐渐降低的现象 松弛稳定性：材料抵抗应力松弛的能力 松弛稳定性可以通过松弛试验测定的应力松弛曲线来评定，曲线是在规定温度下，对试样施加载荷，保持初始变形量恒定，测定试样上的应力随时间而下降的曲线。 高温拉伸试验的拉伸速率对性能的影响比室温时大得多，要求试样在屈服前的应变速率在0.003-0.007m/min。 1、高温短时拉伸性能 二、其他高温力学性能 在特殊情况下，如火箭、导弹上的零件工作时间很短，蠕变现象不起决定的作用。 材料在外力的作用下，首先发生弹性变形，随后出现屈服现象，发生塑性变形，到一定程度以后，发生断裂。 有些材料在高温时，其不可逆的永久变形没有屈服现象，通常把这种高温下产生的不可逆永久性变