第十八章 塑料材料性能表征与测试-2.ppt
《第十八章 塑料材料性能表征与测试-2.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第十八章 塑料材料性能表征与测试-2.ppt(59页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第十八章 塑料性能表征与测试冲击韧性、疲劳、摩擦和磨损、蠕变118.2.2 18.2.2 材料的冲击韧性和低温脆性材料的冲击韧性和低温脆性2 3 4 5冲击吸收功冲击吸收功Ak,单位:单位:J冲冲击击韧韧性性:材材料料在在冲冲击击载载荷荷下下吸吸收收塑塑性性变变形形功功和和断裂功的能力。断裂功的能力。是材料强度和塑性的综合表现。是材料强度和塑性的综合表现。Fk:试样缺口处的横截面积:试样缺口处的横截面积冲击韧度冲击韧度ak(ak Ak/Fk,单位:单位:J/cm2)衡量指标:衡量指标:或称为或称为冲击强度冲击强度1.1.材料的冲击韧性材料的冲击韧性62.2.冲击试验冲击试验常温冲击常温冲击低温
2、冲击低温冲击高温冲击高温冲击l实验温度实验温度l l试样的试样的受力状态受力状态摆锤式摆锤式(包括简支梁、悬臂梁)(包括简支梁、悬臂梁)落球式落球式高速拉伸高速拉伸7不不同同材材料料或或不不同同用用途途可可选选择择不不同同的的冲冲击击试试验验方方法法,由由于于各各种种试试验验方方法法中中试试样样受受力力形形式式和和冲冲击击物物的的几几何何形形状状不不同同,不不同同的的试试验验方方法法所所测得的冲击强度结果不能相互比较。测得的冲击强度结果不能相互比较。l采用的采用的能量和冲能量和冲击次数击次数大能量的一次冲击大能量的一次冲击小能量的多次冲击实验小能量的多次冲击实验单次冲击不足以破坏材料。单次冲击
3、不足以破坏材料。冲击疲劳、断裂冲击疲劳、断裂8摆锤式弯曲冲击摆锤式弯曲冲击摆锤冲击试验中试样的安放方式摆锤冲击试验中试样的安放方式 (a)简支梁型)简支梁型(b)悬臂梁型)悬臂梁型9冲击性能冲击性能l冲击性能实验是在冲击负荷的作用下冲击性能实验是在冲击负荷的作用下测定材料的测定材料的冲击强度冲击强度。l在实验中,对试样施加一次冲击负荷在实验中,对试样施加一次冲击负荷使试样使试样破坏破坏,记录下试样破坏时或过程,记录下试样破坏时或过程中试样中试样单位截面积单位截面积所吸收的能量,即得所吸收的能量,即得到冲击强度。到冲击强度。l在工程应用上,冲击强度是一项重要在工程应用上,冲击强度是一项重要的性能
4、指标,通过抗冲击试验,可以评的性能指标,通过抗冲击试验,可以评价材料在价材料在高速冲击高速冲击状态下抵抗冲击的能状态下抵抗冲击的能力或判断材料的脆性和韧性程度。力或判断材料的脆性和韧性程度。10 仪器:仪器:简支梁冲击试验机简支梁冲击试验机,对试样施,对试样施加一次冲击弯曲负荷使之破坏,并用试加一次冲击弯曲负荷使之破坏,并用试样破坏时单位面积所吸收的能量表征该样破坏时单位面积所吸收的能量表征该材料的冲击韧性。材料的冲击韧性。简单易行,简单易行,在控制产品质量、比较结在控制产品质量、比较结构或制品的韧性时是一种经常使用的测构或制品的韧性时是一种经常使用的测试方法。试方法。简支梁式摆锤冲击试验方法
5、简支梁式摆锤冲击试验方法11试样试样为矩形截面的长条形,分无缺口试祥和缺口试样为矩形截面的长条形,分无缺口试祥和缺口试样缺口试样要求切口平整、表面光洁、无杂质及气泡等缺陷缺口试样要求切口平整、表面光洁、无杂质及气泡等缺陷12原理:原理:试样被冲断过试样被冲断过程中吸收的能量即冲程中吸收的能量即冲击吸收功(击吸收功(Ak)等于等于摆锤冲击试样前后的摆锤冲击试样前后的势能差。势能差。式中:式中:AK冲击功,试样断裂前吸收的能量;冲击功,试样断裂前吸收的能量;Fk 缺口处截面面积;缺口处截面面积;G摆锤重量;摆锤重量;hh1冲断试样前后摆锤的高度差冲断试样前后摆锤的高度差计算公式:计算公式:Ak=G
6、h G h1=G(h h1)=AK/Fk (KJ/m2)1314AK是一个由是一个由强度和塑性强度和塑性共同决定的综合性力共同决定的综合性力学性能指标,零件设计时,虽不能直接计算,学性能指标,零件设计时,虽不能直接计算,但它是一个重要参考。但它是一个重要参考。评定材料对大能量冲击载荷的抵抗能力。评定材料对大能量冲击载荷的抵抗能力。评定材料的低温脆性情况,可以测定材料的评定材料的低温脆性情况,可以测定材料的韧脆转变温度范围。韧脆转变温度范围。3.3.冲击韧性的用途冲击韧性的用途154.4.低温脆性及韧脆转变温度低温脆性及韧脆转变温度(1 1)低温脆性现象)低温脆性现象 在低温下,材料的脆性急剧增
7、加。在低温下,材料的脆性急剧增加。对压力容器、桥梁、汽车、船舶的对压力容器、桥梁、汽车、船舶的影响较大。影响较大。实质为温度下降,屈服强度急剧增加实质为温度下降,屈服强度急剧增加16TTk,先达到先达到 s,韧韧性断裂性断裂17 通过测定材料在不同温度下的冲通过测定材料在不同温度下的冲击吸收功,就可测出某种材料冲击击吸收功,就可测出某种材料冲击吸收功与温度的关系曲线。吸收功与温度的关系曲线。不同温度下的冲击试验称为不同温度下的冲击试验称为系列系列冲击试验冲击试验18系列冲击试验系列冲击试验奥氏体钢低强度铁素体钢高强度钢冲击吸收功冲击吸收功 A Ak k温度温度T TT Tk k19l 温度对材
8、料的韧性影响很大,温度对材料的韧性影响很大,在某个在某个温度温度下下,冲击吸收功发生急剧下降,试,冲击吸收功发生急剧下降,试样断口由韧性断口过渡为脆性断口,样断口由韧性断口过渡为脆性断口,材材料由韧性状态转变为脆性状态,此温度料由韧性状态转变为脆性状态,此温度称为称为韧脆转变温度韧脆转变温度,Tk。l Ak越高,越高,Tk越低,材料的韧性越好。越低,材料的韧性越好。l 材料的使用温度应高于材料的使用温度应高于Tk(2)韧脆转变温度)韧脆转变温度20l Ak是对材料的成分和组织敏感的力学是对材料的成分和组织敏感的力学性能指标。性能指标。奥氏体钢韧性最高,无明显奥氏体钢韧性最高,无明显的的Tk,低
9、温韧性好;低强度铁素体钢,低温韧性好;低强度铁素体钢韧性次之,有明显的韧性次之,有明显的Tk,低温韧性差;,低温韧性差;高强度钢韧性最差,即使室温韧性也很高强度钢韧性最差,即使室温韧性也很低。低。211.疲劳疲劳指在指在交变的周期性应力或频繁的重复应力交变的周期性应力或频繁的重复应力(如振动)作用下,塑料力学性能衰减以致(如振动)作用下,塑料力学性能衰减以致最终破坏的现象。最终破坏的现象。18.2.3 18.2.3 疲劳性能疲劳性能n引起疲劳的载荷形式可以是拉伸、弯曲、压缩、扭转引起疲劳的载荷形式可以是拉伸、弯曲、压缩、扭转等,最初在试样上产生微小疲劳裂纹,裂纹逐渐增大,等,最初在试样上产生微
10、小疲劳裂纹,裂纹逐渐增大,最终导致完全破坏。最终导致完全破坏。22性能指标:性能指标:疲劳疲劳极限(强度)疲劳寿命极限(强度)疲劳寿命n材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大材料在规定次数应力循环后仍不发生断裂时的最大应力称为应力称为疲劳极限疲劳极限。用。用-1表示。表示。n钢铁材料规定次数为钢铁材料规定次数为107,有色金属合金为,有色金属合金为108。n 疲劳寿命:疲劳寿命:在某一给定的交变应力作用下,材料可在某一给定的交变应力作用下,材料可承受的应力次数。(图承受的应力次数。(图18-1)塑料疲劳的根本原因是由于塑料的粘弹性,在交变应力作用塑料疲劳的根本原因是由于塑料的粘弹性,在交
11、变应力作用下,分子链变形总是滞后于应力,产生内摩擦,生成大量的下,分子链变形总是滞后于应力,产生内摩擦,生成大量的热,但导热不良又可以使热量积累导致升温,引起材料局部热,但导热不良又可以使热量积累导致升温,引起材料局部软化、熔融或引起结晶型塑料内部再结晶、相变、链折叠点软化、熔融或引起结晶型塑料内部再结晶、相变、链折叠点的断裂等产生缺陷。的断裂等产生缺陷。232.疲劳断裂的特点疲劳断裂的特点疲劳断裂是一种低应力脆断,断裂应力低于材疲劳断裂是一种低应力脆断,断裂应力低于材料的屈服强度,甚至低于材料的弹性极料的屈服强度,甚至低于材料的弹性极限限断裂前没有明显的塑性变形,即使伸长率断裂前没有明显的塑
12、性变形,即使伸长率和和断面收缩率断面收缩率很高的塑性材料也是如此很高的塑性材料也是如此疲劳断裂对材料的表面和内部缺陷非常敏感,疲劳断裂对材料的表面和内部缺陷非常敏感,疲劳裂纹常在表面缺口疲劳裂纹常在表面缺口及及孔洞等处形成;孔洞等处形成;材料的材料的 结晶有利于改善疲劳强度,结晶度增结晶有利于改善疲劳强度,结晶度增大,晶粒越细,分子量越高,有利于提高抗疲大,晶粒越细,分子量越高,有利于提高抗疲劳性劳性实验数据分散性较大实验数据分散性较大243.3.零件疲劳失效的过程零件疲劳失效的过程零件疲劳失效的过程可分为疲劳裂纹产生、零件疲劳失效的过程可分为疲劳裂纹产生、疲劳裂纹扩展和瞬时断裂三个阶段。疲劳
13、裂纹扩展和瞬时断裂三个阶段。疲劳断口一般可明显地分成三个区域,即疲劳疲劳断口一般可明显地分成三个区域,即疲劳源、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区。源、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区。1-疲劳源疲劳源2-扩展区扩展区3-瞬时断裂瞬时断裂254.不同不同形式形式的疲劳的疲劳热疲劳:热疲劳:由周期变化的热应力或热应变引起由周期变化的热应力或热应变引起的材料破坏,如热压辊,汽轮机叶片的材料破坏,如热压辊,汽轮机叶片冲击疲劳:冲击疲劳:由周期变化的热应力或热应变引由周期变化的热应力或热应变引起的材料破坏,如小能量多次冲击试验起的材料破坏,如小能量多次冲击试验腐蚀疲劳:腐蚀疲劳:腐蚀性介质因使材料表面腐蚀产腐蚀性介
14、质因使材料表面腐蚀产生蚀坑而降低材料的疲劳强度生蚀坑而降低材料的疲劳强度2618.2.4 材料的磨损性能材料的磨损性能 磨损的基本概念与类型磨损的基本概念与类型磨损过程磨损过程耐磨性及其测量方法耐磨性及其测量方法提高材料磨损性能的途径提高材料磨损性能的途径27一、磨损的基本概念与类型一、磨损的基本概念与类型(1 1)摩擦)摩擦摩擦摩擦是接触物体间的一种阻碍运动的现象,这种阻是接触物体间的一种阻碍运动的现象,这种阻力为摩擦力。它同接触法向压力(力为摩擦力。它同接触法向压力(p p)和摩擦系数)和摩擦系数成正比。成正比。n1 1、摩擦与磨损的概念、摩擦与磨损的概念有动静区分,有动静区分,静静动动。
15、28金属材料:金属材料:与表面粗糙度、表面清洁度及润滑情况有关。塑料材料:塑料材料:还与接触面压力、运动速度、温度、湿度有关。2930313233坏处:坏处:使材料磨耗,发热,使材料磨耗,发热,导致接触表导致接触表面瞬时温度面瞬时温度,工件的机械效率,工件的机械效率,材料,材料磨耗磨耗,故生产中总是力图减少摩擦,降,故生产中总是力图减少摩擦,降低摩擦系数。低摩擦系数。好处:好处:某些情况需增大摩擦力,某些情况需增大摩擦力,车辆制动器、摩擦离合器车辆制动器、摩擦离合器等。等。34(2 2)磨损)磨损 磨损磨损是是在摩擦作用下物体相对运动时,表面逐渐分在摩擦作用下物体相对运动时,表面逐渐分离出磨屑
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第十八章 塑料材料性能表征与测试-2 第十八 塑料 材料 性能 表征 测试
限制150内