第十八章塑料材料性能表征与测试ppt课件.pptxVIP

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 1 2 3 4 5 冲击韧性： 材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和 断裂功的能力。 是材料强度和塑性的综合表现。 衡量指标： 冲击吸收功Ak ，单位： J 冲击韧度ak (ak ＝ Ak/Fk ，单位： J/cm2) 或称为冲击强度 Fk ：试样缺口处的横截面积 1.材料的冲击韧性 6 摆锤式 (包括简支梁、悬臂梁) 落球式 高速拉伸 常温冲击 低温冲击 高温冲击 2.冲击试验 l 试样的 受力状态 l实验温度 7 不同材料或不同用途可选择不同的冲击试验 方法，由于各种试验方法中试样受力形式和 冲击物的几何形状不同，不同的试验方法所 测得的冲击强度结果不能相互比较。 大能量的一次冲击 小能量的多次冲击实验 单次冲击不足以破坏材料。 冲击疲劳、断裂 l采用的 能量和冲 击次数 8 (a)简支梁型 (b)悬臂梁型 摆锤冲击试验中试样的安放方式 摆锤式弯曲冲击 9 l冲击性能实验是在冲击负荷的作用下 测定材料的冲击强度。 l在实验中，对试样施加一次冲击负荷 使试样破坏，记录下试样破坏时或过程 中试样单位截面积所吸收的能量，即得 到冲击强度。 l在工程应用上，冲击强度是一项重要 的性能指标，通过抗冲击试验，可以评 价材料在高速冲击状态下抵抗冲击的能 力或判断材料的脆性和韧性程度。 冲击性能 10 • 仪器： 简支梁冲击试验机，对试样施 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 材料的冲击韧性。 •简单易行， 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 试方法。 简支梁式摆锤冲击试验方法 11 缺口试样要求切口平整、表面光洁、无杂质及气泡等缺陷 • 试样为矩形截面的长条形，分无缺口试祥和缺口试样 12 原理： 试样被冲断过 程中吸收的能量即冲 击吸收功(Ak )等于 摆锤冲击试样前后的 势能差。 计算公式： Ak=Gh – G h1 =G (h – h1 ) K = AK/Fk (KJ/m2 ) 式中： AK——冲击功，试样断裂前吸收的能量； Fk ——缺口处截面面积； G——摆锤重量； h－h1 ——冲断试样前后摆锤的高度差 13 14 ☺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 韧脆转变温度范围。 AK是一个由强度和塑性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， 但它是一个重要参考。 3.冲击韧性的用途 15 (1)低温脆性现象 Ø 在低温下，材料的脆性急剧增加。 Ø 对压力容器、桥梁、汽车、船舶的 影响较大。 Ø实质为温度下降，屈服强度急剧增加 4.低温脆性及韧脆转变温度 16 T Tk, 先达到 Gs ，韧性断裂 TTk, 先达到Gs， 脆性断裂 17 Ø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 吸收功与温度的关系曲线。 Ø不同温度下的冲击试验称为系列 冲击试验 18 系列冲击试验 冲击吸收功 Ak 温度T Tk 19 (2)韧脆转变温度 l 温度对材料的韧性影响很大， 在某个 温度下，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， 材 料由韧性状态转变为脆性状态，此温度 称为韧脆转变温度，Tk。 lAk越高， Tk越低，材料的韧性越好。 l材料的使用温度应高于Tk 20 lAk是对材料的成分和组织敏感的力学 性能指标。 奥氏体钢韧性最高，无明显 的Tk ，低温韧性好；低强度铁素体钢 韧性次之，有明显的Tk ，低温韧性差； 高强度钢韧性最差，即使室温韧性也很 低。 21 1. 疲劳 指在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最 终破坏的现象。 n 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， 最终导致完全破坏。 18.2.3 疲劳性能 22 性能指标： 疲劳极限(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 应力称为疲劳极限。用G-1表示。 n 钢铁材料规定次数为107 ，有色金属合金为108。 n 疲劳寿命： 在某一给定的交变应力作用下，材料可 承受的应力次数。(图18-1) 23 ☺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及孔洞等处形成； ☺ 材料的 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 劳性 ☺实验数据分散性较大 2. 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 料的屈服强度，甚至低于材料的弹性极限 ☺断裂前没有明显的塑性变形，即