高温环境下材料的拉伸力学性能测试分析(课堂PPT).ppt

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1、高温环境下热障涂层材料的拉高温环境下热障涂层材料的拉伸力学性能测试分析伸力学性能测试分析 主讲教师：毛卫国主讲教师：毛卫国2024/7/81实验目的实验目的了解高温环境下材料拉伸试验的原理。了解高温环境下材料拉伸试验的原理。掌握金属材料常用力学性能指标的测量和计掌握金属材料常用力学性能指标的测量和计 算处理方法，加深对其物理意义的理解。算处理方法，加深对其物理意义的理解。熟悉试验方法的拉伸试样、试验步骤及试验熟悉试验方法的拉伸试样、试验步骤及试验 设备的使用。设备的使用。了解热障涂层材料系统及其界面拉伸破坏过了解热障涂层材料系统及其界面拉伸破坏过 程。程。2024/7/82介绍力学性能有关的数

2、据测量和计算方法及应用范围。介绍力学性能有关的数据测量和计算方法及应用范围。测量金属材料的屈服强度、抗拉强度、延伸率、断面收测量金属材料的屈服强度、抗拉强度、延伸率、断面收 缩率。缩率。熟悉氧乙炔加热和高温电炉加热装置，并利用热电偶监熟悉氧乙炔加热和高温电炉加热装置，并利用热电偶监 测温度梯度变化情况和记录历史温度。测温度梯度变化情况和记录历史温度。学会用图像采集仪器监视热障涂层界面拉伸破坏过程。学会用图像采集仪器监视热障涂层界面拉伸破坏过程。了解万能拉伸机的构造和工作原理，掌握其使用方法。了解万能拉伸机的构造和工作原理，掌握其使用方法。实验内容实验内容2024/7/83实验步骤与方法实验步骤

3、与方法 1、制备拉伸样品、制备拉伸样品样品成分设计：样品成分设计：基底材料：基底材料：SUS304，80102mm过渡层材料：过渡层材料：NiCrAlY，100m陶瓷涂层材料：陶瓷涂层材料：ZrO2-8wt%Y2O3，200 m，300 m，400 m2024/7/842、实验设备和仪器、实验设备和仪器T万能材料试验机一台；万能材料试验机一台；T拉力传感器和位移传感器各一个；拉力传感器和位移传感器各一个；T标定器一台，游标卡尺；标定器一台，游标卡尺；T6个测试点的热电偶测温装置及采集软件；个测试点的热电偶测温装置及采集软件；T视频监视设备及采集软件；视频监视设备及采集软件；T氧乙炔高温加热装置

4、及其配套工具等。氧乙炔高温加热装置及其配套工具等。2024/7/853、实验步骤与方法、实验步骤与方法 1)试样的准备试样的准备 首首先先用用线线切切割割方方法法制制备备标标准准的的镍镍基基高高温温合合金金拉拉伸伸样样品品，然然后后再再制制备备热热障障涂涂层层实实验验样样品品，即即设设计计合合理理的的双双层层热热障障涂涂层层实实验验样样品品尺尺寸寸，选选择择符符合合要要求求的的各各层层材材料料成成分分，选选用用等等离离子子喷喷涂涂工工艺艺制制备备陶陶瓷瓷涂涂层层和和过过渡渡层层，并并对对试试样样进进行行编编号号；用用游游标标卡尺测量试样横截面尺寸和有效长度。卡尺测量试样横截面尺寸和有效长度。2

5、024/7/862)试验设备和仪器的准备试验设备和仪器的准备 万万能能材材料料试试验验机机的的准准备备步步骤骤是是：首首先先打打开开仪仪器器的的总总电电源源和和启启动动计计算算机机，打打开开相相应应的的控控制制软软件件，等等待待5分分钟钟以以消消除除温温度度和和湿湿度度对对传传感感器器的的影影响响。然然后后进进行行联联机机操操作作，并并进进行行简简单单调调试试和和测测试试，如如仪仪器器正正常常，则则可可以以继继续续进进行行实实验验。小小心心安安装装拉拉伸伸夹夹具具，用用销销钉钉固固定定好好夹夹具具与与支支座座。然然后后在在软软件件控控制制界界面面上上清清除除载载荷荷栏栏内内的的数数值值，以以消

6、消除除上上拉拉伸伸夹夹具具的的重重量量对对拉拉伸伸试试样样的的影影响响。安安装装拉拉伸伸样样品品，具具体体方方法法是是先先把把样样品品一一端端安安装装在在下下面面的的拉拉伸伸夹夹具具，并并用用直直角角测测量量工工具具校校对对拉拉伸伸样样品品是是否否严严格格垂垂直直与与下下面面的的拉拉伸伸夹夹具具表表面面。然然后后在在移移动动万万能能试试验验机机的的横横梁梁，以以便便把把拉拉伸伸样样品品另另一一端端安安装装在在上上面面的的夹夹具具上上，这这个个过过程程建建议议在在较较慢慢的的速速度度下下进进行行。安安装装好好样样品品之之后后，通通过过计计算算机机控控制制采采集集软软件件，适适当当的的给给样样品品

7、以以初初始始载载荷荷(一一般般为为1N)，并并进进行行相相关关详详细细拉拉伸伸设设置置(如如传传感感器器的的方方向向、控控制制方方式式(载载荷荷控控制制、速速度度控控制制和和位位置置控控制制)、停停机机条条件件)，至此拉伸样品安装完毕。，至此拉伸样品安装完毕。2024/7/87 组组装装好好热热电电偶偶测测温温装装置置，并并连连接接好好相相应应的的接接线线。通通过过其其它它夹夹具具轻轻轻轻地地把把热热电电偶偶测测温温探探头头接接触触在在拉拉伸伸样样品品的的各各个个测测试试点点，测测试试点点一一般般为为：陶陶瓷瓷表表面面、陶陶瓷瓷截截面面、样样品品的的横横截截面面以以及及基基底底底底部部。最最后

8、后利利用用计计算算机机控控制制温温度度采采集集软件，并做好相应的设置。软件，并做好相应的设置。组组装装好好氧氧乙乙炔炔加加热热装装置置，具具体体方方法法是是：连连接接好好氧氧气气管管和和乙乙炔炔管管，保保证证连连接接处处严严格格密密封封。然然后后打打开开氧氧气气瓶瓶和和乙乙炔炔瓶瓶的的总总阀阀，通通过过调调节节氧氧气气流流量量表表和和乙乙炔炔流流量量表表，保保证证其其混混合合气气体体比比例例接接近近为为1:2。然然后后调调试试氧氧乙乙炔炔喷喷枪枪的的火火焰焰，检查是否能正常加热。，检查是否能正常加热。组装好图像采集仪器和采集软件，并调试以保证图像清晰可见。组装好图像采集仪器和采集软件，并调试以

9、保证图像清晰可见。2024/7/88在在1000oC高温梯度下，热障涂层界面拉伸破坏过程高温梯度下，热障涂层界面拉伸破坏过程3)实验操作实验操作2024/7/89高温拉伸实验后，剥落部分下表面形貌观察高温拉伸实验后，剥落部分下表面形貌观察 通通过过EDX观观察察分分析析，其其材材料料成成分分主主要要为为过过渡渡层层材材料料(NiCrAlY)，没没有有发发现现陶陶瓷瓷涂涂层层材材料料成成分分。这这说说明明对对于于这这类类拉拉伸伸破破坏坏，其其界界面面断断裂裂位位置置位位于于过过渡渡层层内内。但但是是在在本本论论文文拉拉伸实验中，发生这类破坏情况的样品比例仅仅占伸实验中，发生这类破坏情况的样品比例

10、仅仅占5%。3、实验结果与分析、实验结果与分析2024/7/810其它类型拉伸破坏结果其它类型拉伸破坏结果2024/7/811表面形貌观察和成分确定表面形貌观察和成分确定热力联合作用下，热障涂层界面拉伸破坏后热力联合作用下，热障涂层界面拉伸破坏后SEM观察观察 EDX分分析析表表明明这这类类拉拉伸伸断断裂裂位位置置位位于于陶陶瓷瓷涂层内。涂层内。2024/7/812热力联合作用下涂层拉伸界面破坏过程中热力联合作用下涂层拉伸界面破坏过程中横向裂纹数量与位移的关系横向裂纹数量与位移的关系分析结论：分析结论：当当拉拉伸伸载载荷荷小小于于某某一一临临界界载载荷荷时时，涂涂层层可可以以通通过过自自身的身

11、的应变容限应变容限来调整；来调整；但但是是当当拉拉伸伸载载荷荷超超过过涂涂层层破破坏坏阈阈值值时时，在在涂涂层层内内就就会会产产生生第第一一条条横横向向裂裂纹纹，同同时时其其它它横横向向裂裂纹纹也也会会迅迅速速萌萌发发、扩扩展展，这这时时横横向向裂裂纹纹数数量会急剧增加；量会急剧增加；随随着着拉拉伸伸载载荷荷再再增增大大，超超过过了了基基底底材材料料的的屈屈服服极极限限时时，横横向向裂裂纹纹会会不不断断地地向向涂涂层层中中央央扩扩展展，形形成成很很大大的的贯贯穿宽度方向的横向裂纹；穿宽度方向的横向裂纹；但但是是这这时时裂裂纹纹数数量量已已经经增增加加缓缓慢慢，并并开开始始饱饱和和，曲曲线线随随

12、着着变变形形增增大大而而开开始始趋趋于于平缓。平缓。2024/7/813 1 1、说明本实验所用设备及仪器的型号与特性。、说明本实验所用设备及仪器的型号与特性。2 2、分分析析拉拉伸伸过过程程中中载载荷荷大大小小、应应变变大大小小、温温度度数数值值之之间间的的关关系系，建建立立应应力力-应应变变关关系系曲曲线线，并并对对关关键点的力学意义进行分析。键点的力学意义进行分析。3 3、利利用用图图像像采采集集软软件件得得到到的的图图片片，分分析析热热障障涂涂层在高温下的界面拉伸破坏过程。层在高温下的界面拉伸破坏过程。4 4、最最后后对对拉拉伸伸实实验验样样品品进进行行微微观观结结构构分分析析，主主要分析其端口形貌、界面破坏形貌。要分析其端口形貌、界面破坏形貌。实验报告要求实验报告要求2024/7/814谢谢大家谢谢大家2024/7/815