Теплофизические свойства материалов

Свойства неметаллических материалов и методы их определения

 

Механические свойства материалов

Возможность применения материалов в значительной степени определяется их свойствами: химическими, физическими, механическими, технологическими.

Механические свойства - прочность, пластичность, твердость, вязкость –характеризуют поведение материалов под воздействием внешних сил..

Определяются проведеним испытаний на специальных образцах.  Прочность – способность материала сопротивлятся деформации и разрушению под действием внешних сил.

Пластичность

Твердость

Вязкость

Упругость  –

Усталость – разрушение под действием длительных циклических нагрузках- характеризуется пределом выносливости - - мах напряжение цикла при котором не происходит разрушение образца.

Износостойкость и коэффициент трения:

                      

сила трения

 нормальная сила, действующая во фрикционном контакте

Жаропрочность характеризует свойство материалов дли­тельно сопротивляться деформированию при высоких температу­рах. В качестве критерия используют предел ползучести или пре­дел длительной прочности.

 

 

Теплофизические свойства материалов

Механические свойства существенно изменяются под воз­действием низких и высоких температур, а также при фрикцион­ном взаимодействии. Характер их изменений зависит от теплофизических свойств материалов, таких как теплопроводность, теплоемкость, тепловое расширение, тепло- и жаростойкость.

Теплопроводность — способность тел переносить теплоту от более нагретых участков к менее нагретым.

Количественной ха­рактеристикой этой способности является коэффициент теплопро­водности , связывающий плотность теплового потока q  с гради­ентом температуры в соответствии с уравнением Фурье:

                                           

Коэффициент теплопроводности зависит от структуры мате­риала, ого физического состояния и температуры, имеет размер­ность Вт/(м К).

Под теплоемкостью понимается количество теплоты, за­трачиваемое для изменения температуры тела на один градус. В качестве характеристики свойств материала используется удельная теплоемкость, т.е. теплоемкость, отнесенная к единице коли­чества материала. Ее размерность Дж/(кг.К).

 Различают удель­ную теплоемкость, определенную при постоянном давлении с_р, и постоянном объеме Сv. Так как в случае определения теп­лоемкости при постоянном давлении часть теплоты расходуется на увеличение объема, то с_р > с_у.

Температуропроводность характеризует скорость распро­странения температуры под действием теплового потока в неста­ционарных тепловых условиях в данном материале.

Коэффици­ент температуропроводности определяется по формуле:

                                       

 где  — коэффициент теплопроводности;  — плотность материа­ла.

В качестве количественных характеристик теплового рас­ширения материалов используют температурный коэффициент линейного расширения

                                      

и температурный коэффициент объемного расширения:

                                

 

где l — линейный размер тела в данном направлении; V объем; Т — температура; индекс р обозначает, что нагрев производится при постоянном давлении. Размерность этих коэффициентов ^oС^-1.

Под теплостойкостью понимается способность материала сохранять свои механические свойства в области повышенных температур.

 Количественную оценку теплостойкости обычно про­изводят по температуре, при которой деформация образца, нахо­дящегося под действием постоянной нагрузки, не превышает оп­ределенной величины. Для пластмасс стандартизованы методы Вика (ГОСТ 15088-83) и Мартенса (ГОСТ 21341- 75).

Согласно методу Вика теплостойкость определяется темпе­ратурой, при которой индентор определенного сечения внедряется на глубину 1 мм, а по Мартенсу - температурой, при которой деформация консольно закрепленного образца, нагружаемого по­стоянным изгибающим моментом, достигает установленного зна­чения. Теплостойкость эластомеров характеризуют коэффициен­том теплостойкости, представляющим собой отношение какого-либо механического свойства при данной температуре к таковому при нормальных физических условиях.

Под жаростойкостью понимается способность материалов выдерживать без возгорания и обугливания воздействие раска­ленного источника теплоты. Обычно ее определяют для терморе­активных отвержденных пластмасс путем контакта образцов в течение 3 мин с силитовым стержнем, нагретым до температуры 950°С. Жаростойкость определяют по формуле

                                     

где  — потеря массы, мг;  — уменьшение длины образца, м.