Experimental setup for testing and mapping of high temperature abrasion and oxidation synergy

Performance and lifetime of engineering materials at high temperature are affected by degradation of a material under wear and corrosion to a great extent. To assess the material performance at high temperature, the most detrimental processes and their interactions should be known and understood for materials selection and design of new advanced materials. The present study introduces an experimental setup for testing and mapping of high temperature abrasion taking into consideration the process of oxidation. A new design of a test rig has been developed at Tallinn University of Technology to provide synergy study of wear and oxidation and to improve the effectiveness of control and monitoring the mechanisms of materials failure at room and high temperatures (up to 1000 °C). Methodology for assessment and mapping of the effects of abrasion and corrosion on materials performance are presented along with some results obtained for high temperature abrasion of titanium carbide- and chromium carbide-based cermets as well as for steel.     

耐高温磨损的合金钢导辊及高温耐磨性能研究

研究了一种具有奥氏体基体及碳化物硬质点的合金钢 ,并用于制造高速线材轧制生产线上的导辊 ,使用温度在 5 6 0℃下 ,合金钢导辊具有良好的耐磨性。分析了时效温度对奥氏体基体硬度及合金钢耐磨性的影响 ,研究表明提高奥氏体基体的硬度对改善合金钢高温耐磨性具有明显的作用。     

低温状态下的材料法向发射率测量

研究了在-60~50℃条件下准确测量材料法向发射率的方法。基于发射率定义建立了材料法向发射率测量模型。为屏蔽环境杂散辐射与大气吸收的影响,利用真空液氮背景通道搭建了低温状态下材料发射率测量装置。测量了氧化铜与高发射率陶瓷两种样品的法向发射率随温度、波长的变化情况。结果表明:两种样品的法向光谱发射率均随波长增加而降低;随温度的升高,氧化铜样品法向积分发射率稳定为0.850±0.012,陶瓷样品的法向积分发射率降低了0.124。最后,实现了低温状态下红外光谱辐射的高精度采集,对低温状态下材料法向光谱发射率测量结果的不确定度进行了评定,得到的结果显示其相对扩展不确定度小于6.0%。     

新型两级压缩热泵中高温工况循环性能分析

中高温热泵系统中在工业领域有广泛的应用,但其排气温度偏高。本文从降低压缩机排气温度角度,设计一种双级压缩新型热泵系统。系统由高低级压缩机、分凝器、两个节流机构等组成。以循环性能较好的两种工质R134a和R152a为系统循环工质,理论分析结果表明:在中高温工况下,新系统工质R152a循环性能系数COP优于R134a,在相同工况下工质R152a循环性能COP比R134a高7%⁸%;高温级压缩机排气温度均随中间压比的升高而降低;排气温度与传统单级压缩系统相比有38%;高温级压缩机排气温度均随中间压比的升高而降低;排气温度与传统单级压缩系统相比有3¹2℃的降幅。     

“服役条件—持久强度”(SCRI)干涉模型及其在持久寿命可靠性预测中的应用

对于高温构件持久寿命的可靠性预测而言,材料持久性能的分散以及服役条件如温度和应力的波动对可靠性评估结果有直接的影响。文中提出基于Z参数的"服役条件—持久强度"干涉模型("service condition-creep rupture prop-erty"interference model,SCRI模型)用于高温材料持久寿命的可靠性预测。利用Z参数方法,高温材料持久强度的分散性服从正态分布,而服役温度和应力波动造成的服役条件的分布可以用MonteCarlo方法模拟获得,从而实现在考虑性能数据分散性以及服役条件波动性的情况下材料持久寿命的可靠性分析。文中提出的干涉模型为高温蠕变持久寿命的可靠性评估提供新的思路和方法。     

不同填料氟橡胶复合材料高温性能研究

为提高氟橡胶(FKM)高温性能,在FKM中分别加入相同质量分数的聚四氟乙烯(PTFE)、气相二氧化硅(SiO2)、纳米氧化锌(Nano-ZnO),采用机械共混法制备3种FKM复合材料;研究常温和160℃高温下3种填料对FKM复合材料力学性能的影响,结合三维形貌和扫描电镜微观形貌,分析FKM复合材料的摩擦磨损机制。结果表明:PTFE填料降低了FKM材料的力学性能,但可提高其高温摩擦性能;Nano-ZnO填料可提高FKM材料常温力学性能,但对高温力学及摩擦性能没有明显改善;Silica填料可显著改善FKM材料常温与高温条件下的抗磨减摩、抗拉伸撕裂等特性;160℃试验条件下,Silica填料可使FKM材料的拉伸强度提高31%,撕裂强度提高142%,摩擦因数降低52%,磨损量减少36.4%;在FKM中添加Silica可提高基体强度,高温摩擦时形成熔融层,使复合材料具有优异的耐磨性能。     

一种带正温度系数材料加热的柴油喷油器

为了改善发动机冷起动性能和排放,提出了一种用正温度系数（PTC）材料加热柴油喷油器内燃油的方法,并设计了相应的喷油器。为研究喷油器内PTC材料加热柴油的过程,试验选择了居里温度为75℃的陶瓷基PTC材料为加热元件,测量了不同电压下用PTC陶瓷加热柴油的温度变化规律。试验表明,用PTC材料对柴油进行预热,可以将柴油加热到居里点附近,实现自限温加热;同时,将PTC材料成功应用于喷油器内还需要进行相关的基础研究和解决工艺问题。     

小冲杆蠕变试验机的设计

根据小冲杆试验机所取试样微小的特点,对试验机进行了全新的设计.试验机采用高温炉作为加热装置,能够在200℃-1000℃下进行试验;高温炉内填充保护性气体,以防止试样氧化;设计了全新的夹具.     

690MPa级低合金高强钢熔敷金属冲击断裂行为研究

冲击试验是衡量金属材料韧性的最有效手段之一。对690 MPa级低合金高强钢熔敷金属进行–50℃示波冲击,分析焊接层间温度在80℃和200℃时试样的冲击性能。应用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射等分析手段并采用Lepera腐蚀法,对近断口区的组织、M-A组元及夹杂物进行观察,研究冲击过程中裂纹的形核和扩展规律。结果表明:层温对熔敷金属冲击吸收功影响显著,层温80℃和200℃时,所选冲击试样裂纹形成功和扩展功分别相差6.7 J和34.0 J。进一步研究表明,两种层温下,近断口区组织主要由板条状贝氏体和粒状贝氏体组成。层温80℃时,组织主要以板条状贝氏体为主,粒状贝氏体少量分布,M-A组元以少量的颗粒状存在;层温200℃时,粒状贝氏体数量增多,M-A组元的形态以条状和块状居多,数量增加;M-A组元这种形态和数量上的变化是导致两种层温下启裂功不同的主要原因。而熔敷金属中大角度晶界数量的不同,是造成两种层温下裂纹扩展功不同的主要因素。     

超声电机宽温域低损耗压电与摩擦功能材料

为了提高超声电机的环境适应性与能量转换效率,本文分析并制造了宽温域低损耗的新型压电材料与摩擦功能材料,提出了通过相结构调控、增加第三组元、引入偶极子缺陷钉扎畴壁等手段制备宽温域低损耗压电陶瓷材料的设计与制造方法;为了提高超声电机摩擦界面能量传递效率及环境适应性,设计了具有高摩擦系数、低磨损率且耐高温的聚酰亚胺复合材料。结果表明,与传统材料相比,新型压电陶瓷材料具有低介电损耗、高机械品质因数及高温度稳定性的优势,使超声电机的能量转换效率提高3.3%,而新型聚酰亚胺基摩擦材料在摩擦系数、耐磨性以及温度范围等指标上均有明显提高,使电机的最大效率提高了6.19%。综合两种新型材料后,超声电机的最大效率提升了13.6%,可靠工作温度从-40~70℃提升至-60~120℃。本文提出的压电与摩擦功能材料既增强了超声电机的环境适应性,也改善了电机输出性能,对超声电机在航空航天等高端装备中的应用具有重要的意义。     

新型高低温环境箱的设计

针对机组式高低温环境试验箱温度变化范围宽的特点,对机组式高低温环境试验箱进行了全新的设计。该环境箱采用复叠式制冷机组制冷,控温范围为-190℃~+400℃;高低温箱分体式设计,防止高温损坏蒸发器;设计了制冷量调节结构。     

变形温度对耐候钢高温塑性的影响

在不同的变形温度(600~1250℃)下,以3×10-3s-1的应变速率对试样进行拉伸直至断裂。绘制出高温塑性曲线,分析变形温度对耐候钢高温塑性的影响。耐候钢的第Ⅲ脆性区出现在700~850℃,脆性区间温度范围较窄;900~1150℃为最佳塑性区间。     

Extreme nanomechanics: vacuum nanoindentation and nanotribology to 950 °C

Elevated temperature mechanical and tribological properties can be more relevant for practical wear situations than corresponding measurements at room temperature. However, high temperature nanomechanics and nanotribology is highly challenging experimentally. To overcome these challenges the NanoTest*** has been developed with active heating of the indenter and sample with resistive heaters, horizontal loading, patented thermal control method and stage design. By separately actively heating*** and controlling the temperatures of indenter and sample their temperatures can be precisely matched so that there is no heat flow and minimal/no thermal drift during the high temperature indentation,*** and measurements can be performed as reliably as at room temperature. Above 500 °C it is beneficial to use a cubic Boron Nitride indenter with gas purging to limit oxidation of samples. To achieve higher temperatures without indenter or sample oxidation an ultra-low drift high temperature vacuum nanomechanics/tribology system capable of testing to*** much higher temperatures has been recently developed (NanoTest Xtreme). The influence of time-dependent deformation on elevated temperature nanomechanical behaviour is discussed, using published results in Argon on glass-ceramic solid oxide fuel cell seal materials and previously unpublished nanoindentation measurements on single crystal silicon and polycrystalline tungsten using the NanoTest Xtreme in vacuum at temperatures up to 950 °C. Studies of the elevated temperature nano-/micro-tribological*** behaviour of wear-resistant*** nitride-based and MAX-phase coatings are also briefly reviewed.     

模拟蒸馏测定原油的宽沸点范围分布

采用nC5～nC120的正构烷烃混合物作为模拟蒸馏的沸点校正样,沸程为354～541℃的标油用于测定检测器的响应因子,利用荷兰AC公司的软件,进行原油的高温模拟蒸馏测试,分析的馏程范围为初馏点～750℃。该分析方法重复性好,初馏点和终馏点的标准偏差〈1℃,可用于各原油的炼制,优化重油的加工。     

CBN-WC复合片烧结的研究

进行了高温高压合成多晶立方氮化硼(PCBN)复合片的研究,实验采用二次烧结法,即直接用CBN粉末在WC-Co基底上进行烧结。烧结压力为5.5GPa,烧结温度为1200℃至1700℃,烧结时间3分钟。实验结果表明,在1200℃至1500℃的范围内,烧结体的硬度随着烧结温度的升高而显著增加,实验在1500℃的烧结温度下得到了Knoop硬度36.7GPa的CBN烧结体(PCBN),而在1500℃至1700℃的范围内,烧结体的硬度无明显变化。     

用硅灰低温制备莫来石晶须

以硅灰和硫酸铝为原料,以硫酸钠为反应介质用反应烧结法制备了莫来石晶须,研究了烧结温度和时间对其物相的影响。结果表明:制备莫来石晶须的最佳烧结温度为900℃时,烧结时间为1～2h;当烧结时间为3h或烧结温度高于900℃时,有氧化铝和硅铝酸钠生成;在900℃烧结2h制备出直径为0.03～0.6μm、最大长度大于6μm的莫来石晶须。     

一种新型切削温度感知智能刀具研究

面向切削状态监测和加工工艺智能优化对切削温度在线精确感知的需求,利用负温度系数热敏陶瓷的阻温特性和结构陶瓷的高耐磨性,设计了一种基于异种陶瓷复合的新型温度感知刀具,并通过微波烧结技术制造了该智能刀具,最后基于刀具上3个测温点的温度值对刀具切削区温度场进行了重构。该温度感知智能刀具最高感知温度>700℃,响应迅速。在v_c=150 m/min、a_p=1.0 mm、f=0.075 mm/r干式车削镍基高温合金GH4169时,刀具在25 s达到热平衡,刀具上3个测温点的温度值分别为425℃、204℃和188℃,刀具最高温度出现在前刀面靠近主切削刃位置,最高温度达1579℃,整个刀尖区域的温度不低于1 000℃。     

液压泵、液压马达高低温试验平台的设计

设计了一套液压泵、液压马达高低温试验台,完成了配套测试处理软件的开发。该试验由由高/低温试验箱、高/低温油源、试验驱动装置、测控系统、循环及冷却系统等五部分组成。试验台最大流量为360 L/min,最高压力等级为40 MPa,液压油油温的控制范围为(-25~100)℃,环境控制温度为(-25~100)℃,油温和环境温度控制稳定性为±2℃,基本能够满足中、小流量液压泵、液压马达的高、低温测试需求。目前,该试验台已用于液压泵、液压马达高、低温性能的第三方检验检测。     

锻压温度对新型汽车差速器齿轮性能的影响

采用不同的始锻温度和终锻温度对新型汽车差速器齿轮用20CrMnTiVSr试样进行了锻压成型试验,并进行了磨损性能和冲击性能的测试与分析。结果表明:随始锻温度和终锻温度的升高,新型汽车差速器齿轮用20CrMnTiVSr试样的磨损体积先减小后增大,冲击吸收功先增大后减小,耐磨损性能和冲击性能先提升后下降。与1160℃始锻相比,1220℃始锻温度下试样的磨损体积减小了44.44%,冲击吸收功增大了20%;与760℃终锻相比,820℃终锻温度下试样的磨损体积减小了47.37%,冲击吸收功增大了24.53%。新型汽车差速器齿轮用20CrMnTiVSr试样的锻压工艺参数优选为:1220℃始锻温度、820℃终锻温度。     

近室温样品加热炉温度的模糊PID控制研究

根据红外隐身材料光谱发射率测试方法的要求,提出了一种基于半导体制冷器的近室温样品加热炉系统。在对加热炉系统特性进行分析的基础上,建立了基于模糊PID控制的系统仿真模型。经仿真及实验可知,在加热和制冷条件下,实际温度与设定温度之间的误差分别为±0.20℃和±1.00℃。结果表明,系统稳定性好,响应时间短,解决了近室温样品加热炉抗干扰能力弱、不易控制等问题。