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1、第卷第期复合材并学报年月人常玻璃纤维环氧树脂复合材料的粒子冲击磨损研究姜秉元,洛阳工学院,。摘要本文研究了玻纤环载复合材料的拉子冲击磨损问题结果表明随,,拉子冲击速度的增加材杆的磨损率呈指数增加随拉子冲击角度的增加材朴的,’,,。’磨损率先增加在附近出现最大值然后下降在。、内磨损曲线呈时称,当纤维与磨面平,分布磨损率还与材杆中纤维取向有关行时材抖的衬磨性最,,。低当纤维与磨面垂直时材针的衬磨性最高关健词玻璃纤维,环载树脂,拉子冲击磨损介引言由于纤维增强复合材料具有一系列的庄能特点而受到许多工业部门的重视〕磨擦系,。,、数低耐磨性高是其主要特性之一现在许多机械设备运输工具上的耐磨件用复
2、合材料。,,,制造以前关于复合材料的常规摩擦磨损间题已做了不少工作但对其在粒子冲击条件下的磨损却研究很少。粒子冲击磨损是材料在含有硬的固体粒子的气流和水流等的冲击下而。,,产生的磨蚀过程这种磨损在实际工程中是经常遇到的如船舶和直升飞机的螺旋桨汽轮。。,,机的叶片等〔,〕这种磨损给国民经济带来的损失和危害是很大的因此粒子冲击磨损特别是新型复合材料的这种磨损的研究具有很重要的工程价值和理论意义本文采用工程中常用的玻璃纤维环氧树脂复合材料在含氧化铝微粒的高速气流的冲,,击下研究了冲击粒子的速度冲击角度以及复合材料的纤维取向对材料磨损率的影响得出一些重要结果。实验部分试样·粒子冲击磨损试样由
3、玻璃纤维环氧树脂复合材料板切割而成。其增强纤维为平行排列,。。长丝试样为火的长方体在试样切割诊的单向体积含量为帕,’,’,’,’,’,’’。中使纤维方向分别与试样磨面法线成和的夹角本文,吐年月日收到试脸研究工作在美国维奇托州立大学完成复合材料学报第卷一一一一食‘内‘月艺位一试验用冲击粒子磨粒材料为氧化铝微粒,型,粒子平均一直径为林方法粒。子冲击磨损试验在专用的试验机上进行其主要工作原理是由空气压缩器产生的高压气流,。经压力控制系统与粒子流混合再经一喷嘴喷射到试样上高压气流的流速和粒子的’’,流量都是可控的试样可通过载物台在。“内转动以使试样磨面和粒子喷射方向成所需角度试样在磨损,,试
4、验之前和以后都要用清洁的高压空气清理干净并用分析天平称重。,。以测得较准确的磨损数据试验之前试样待磨表面都经过精细抛光一结果与讨论往子冲击璐度的形晌。图为粒子冲击速度对玻纤环氧复合材料粒子冲击磨损率的影响试样的纤维方间与磨面平行,冲击角为‘。毒①玻璃纤维毛②聚丙烯侧细处拍、︶︵砚幼。卜·桥已二凡、柳⑧铝合金④钦合金尸⑥玻纤尼龙、工⑥不锈钢冲蚀。‘民只率飞纵横坐标名称对调速。肛度八图粒子冲击速度对玻纤环氧复合材冲蚀图粒子冲击速度对几种常用材料率的影响冲蚀率的影响粒子冲击速度对材料冲击磨损率的影响很大。对一般材料,二者存在如下关系〕“,,速度指数。,,式中为材料常数在到之间变化其中延性材
5、料值较低脆性材料值较高。对式取对数得则,材料冲蚀率的对数与粒子冲击速度的对数成线性关系。图示出了粒子冲击速度对几种材料的冲蚀率的影响。从图可看出,随冲击速度的增加,玻纤环氧复合材料的冲蚀率显著增加,二者的对数,,。,曲线也存在较好的线性关系曲线的斜率为也在、的范围内可见粒子冲击溥度对复合材料冲击磨损率的影响与一般材料有着相同的规律第期姜秉元玻珑纤维环氧树脂复合材料的粒子冲击磨损研究习言另外,由图还可看出,复合材料玻纤尼龙的磨损曲线位于不锈钢和铝合金等金属,在其增强材料玻纤和有机树脂聚,。研究表明,材料之上丙烯之间且靠近后者玻纤环氧和玻纤尼龙复合材料的性能比较接近。可见,复合材料的耐粒
6、子冲蚀性比铝合金等金,,。,属材料要差一些但比其脆性增强材料要好得多与基体树脂相当因此在有机树脂中加入脆性的增强纤维可使其强度等性能大大提高,而使其耐粒子冲蚀性能降低甚小·社子冲击角度的影晌粒子冲击角度对材料冲蚀率的影响也很大,且影响关系比较复杂单质材料图为韧性材料铝和脆性材料玻璃的粒子冲击角对冲蚀率影响的典型曲线〔‘〕二延性材料冲蚀率随粒子冲击角的增加,表现为先激剧增大,后缓慢减小,呈准抛物线。’’,。,状在”之间冲蚀率出现极大值大量研究表明硬质粒子对延性材料的冲蚀是一个掠射切削过程,当粒子撞冲材料表面时,其锋利的棱边像切削刀具一样把材料从表面刮去。扫描。很明显,在冲击角很小与磨立
7、体摄影技术已显示出这种由于切削而形成的屑片,,,只有’面接近平行和很大与磨面接近垂直时这种刮削作用都很小以适当角度、‘’冲击时,其切削作用才最大。脆性材料的冲蚀率随冲击角的增加而单调增加,在’附近出现最大值这是因为脆性。试验表明,硬质粒,材料与延性的冲蚀机理完全不同子撞击在脆性材料表面时在粒子周围争形成一个半径略大,形成喇叭形。于粒子半径的环形裂纹且从表面向内部张开粒子的进一,,,。,步撞击裂纹相互作用形成碎片从表面剥落造成磨损接触过程的赫兹应力分析表明,
