Chương 2: SỰ XUNG NHIỆT Nói chung, các hợp kim đều được sử dụng ở nhiệt độ cao hoặc trong những vị trí nơi nhiệt do ma sát tạo ra trên bề mặt cao. Do đó, việc ngăn ngừa sự xung nhiệt là cần thiết trong các ứng dụng này. Việc làm nguội nhanh các hợp kim sẽ làm tổn hại nhiều hơn so với nhiệt tăng. Nó làm cho bề mặt căng ra. Do vậy, trong quá trình thiết kế phải giảm việc tôi vật liệu. Các gradien nhiệt cao được tạo ra trong các hợp kim được xem là kết quả nhiệt dẫn của chúng thấp và hạn chế các vết xước, làm tăng độ bền của các hợp k i m. Điều đáng chú ý là việc xung nhiệt được hạn chế chính là là h ệ số giãn nở v ì nhiệt, các mô đun đàn hồi và tính dẫn nhi ệt. Do đó : TSR~K/Eα. (1-1) Tr on g  l à ứ n g s u ấ t đ ứ t K l à đ ộ d ẫ n nh i ệ t . E l à m ô đu n đ à n h ồ i . α. là hệ số giãn nở vì Các giá trị TSR ở các vật liệu bằng gốm và các kim loại r ắn đã được so sánh ở (bảng 1-1 ) Bảng 1-1: Độ bền xung nhiệt của các loại gốm Vật liệu Nhiệt giãn nở ( % Nhiệt dẫn W/m%C TRS B e r y l 3 1 . 0 . 0 1 C ác b u a t u n g s t e n 6 1 . 5 0 . 4 2 P S Z 1 1 . 0 . 6 C r ô m c ác b u a 9 . 1 1 . 4 H P T i c 8 . 1 7 . 1 . 7 P S Z Z 1 9 1 1 2 . 1 . 5 B o r o n c á c bu a 2 . 1 3 N h ô m 7 . 3 4 . 3 . 4 S i l i c 1 2 . 9 1 6 4 . 3 . 5 T it a n các bu a 8 2 6 S i l i c c á c b u a 4 1 4 1 0 . 3 SiALON 3 . 0 4 2 1 . 3 1 0 . 9 5 S i l i c N i t r it 2 . 3 2 T h ép c ô n g c ụ 1 3 5 T h an c h ì S 9 5 4 1 3 8 . 2 4 4 Từ bảng trên ta thấy độ bền giá trị ứng suất nhiệt của vật li ệu Berili (BeO) có mô đun đàn hồi cao, hệ số giãn nở vì nhiệt cao và độ bền kéo thấp. Khi so sánh độ bền ứng suất nhiệt của Nitrit Silic với cácbua Silic ta thấy. Nitrit Silic có độ bền kéo cao hơn Cácbua Silic. Mức dẫn nhiệt cao của than các bon chỉ ra trong bảng nêu rõ độ bền xung nhiệt cao. Các giá tr ị mô đun đàn hồi quá thấp đố i với than các bon chỉ ra giá trị bất thường này. Ngay cả PSZ cũng có độ bền đứ t gãy cao đối với các vật liệu bằng hợp kim, tính chịu xung nhiệt của nó thấp đáng kể so với độ dẫn nhiệt kém và cao hơn so với hệ số giãn nở vì nhiệt. Đây là yếu tố có ý nghĩa quan tr ọng trong các đặc tính của nó ở các điều kiện trượt ở vận t ốc cao đồng thời với các đặc tính về độ bền cơ-nhiệt th ấp của nó được giải t h í ch dưới đây. Sự ảnh hưởng của sự xung nhiệt ở trên chỉ là dự báo, nó không thể sử dụng được như là độ đo chính xác thực về độ bền đứt gẫy. Các nghiên cứu khác cũng đề cập đến xu hướng này của các vật liệu đàn hồi tạo ra xung nhiệt được gợi mở đó là vi ệc áp dụng các tiêu chuẩn đối với độ bền đứ t . I.3.2 Nhiệt cơ học không bền vững Trong suốt quá trình trượt với vận tốc cao trên bề mặt khô, các v ật liệu có thể tạo ra các điểm nóng. Quá trình này thuộc về hiện tượng đã được biết đến gọ i là nhiệt cơ học không bền (TMI). Nó còn được gọi là nhiệt đàn hồi không bền vững. Khi TMI xuất hiện nóng đỏ đến sáng trắng có thể quan sát thấy trên mặ t trượt. Các vật này thường có xu hướng kéo về sau và tới trước bởi một đường ăn mòn đứt đoạn. Một ví dụ của TMI đã chỉ ra ở (hình vẽ 1-6). Nó được phát t r i ển thành dạng nút bấm để chống lại vết dạng tròn dạng đĩa, Đĩa này quay được ở vận tốc cao và các vệt này được ghi lại qua các mép của vệt dạng t ròn. Hình 1-6: Vết nhiệt độ cao ứng với nút điều khi ển đĩa tốc độ cao của các loại gốm thử nghiệm 880 0 C Nhiệt làm biến dạng bề mặt mặt trượt là phản ứng của sự phát triển của những vết nóng. Quá trình này là quá trình tự hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt đó mà ở đó một số đ iểm tiếp xúc không phẳng đã làm cho nhiệt cục bộ tăng nhanh. Do vật liệu không có khả năng tản nhiệt nên nhiệt sẽ tăng lên t heo chiều cao của bề mặt. Điểm này sau đó phần lớn tiếp xúc với tải và làm cho nh i ệ t đầu vào tăng lên. Nhiệt độ và sự giãn nhiệt tăng lên theo tỷ lệ cho đến khi g i ảm sự bay hơi và độ phẳng khác tạo ra sự tiếp xúc và quá trình này được lặp lại. Các vùng có nhiệt độ thay đổi theo kết quả của bề mặt. Biểu đồ quá trình này đã được nêu ở (hình vẽ 1-7). Đối với một số vật liệu, tồn tại các đặc tính xung nhiệt t hấp nên TMI dễ bị phá hủy. Các điểm nóng truyền sang toàn bộ bề mặt làm cho độ mài mòn t ăng. Hình 1-7: Biểu đồ của quá trinh nhiệt cơ học không b ền vững Một mô hình toán học về TMI đã được đưa ra. Việc bắt đầu của TMI có t hể đươc xem như tốc độ tới hạn đối với một v ật liệu cho trước và vận tốc trượt. Tốc độ tới hạn, tốc độ trượt tới hạn Vcr có thể được lấy từ phương trình sau đây : Vcr = 4 2 /(µ  E) 2 z (1-2) trong đó: Vc r là tốc độ tới hạn  là độ dẫn nh i ệ t  là hệ số ma sá t  hệ số giãn nở vì nh i ệ t E là mô đun đàn hồ i  nhiệt khuyếch tán (k / dc) d là tỷ t rọng c nhiệt r i êng z bề rộng của mặt t rượ t Tốc độ tới hạn là tốc độ trượt tương đối ở trên mà tại đó nhiệt không bền vững được tạo nên. Chú ý tải tiếp xúc không có ảnh hưởng tới nhiệt không bền vững. Tải sẽ ảnh hưởng tới số lượng nhiệt ma sát nói chung. Có sự khác nhau lớn giữa các giá trị của tốc độ tới hạn đối với các loại hợp kim, phụ thuộc vào đặc tính cơ - nhiệt c ủa chúng và hệ số ma sát trên mặt t rượ t . Một số vật liệu bằng hợp kim đã được so sánh ở (bảng 1-2.) Những khác biệt lớn về tốc độ tới hạn đối với các vật li ệu đã chỉ ra ở (bảng 1-2) có thể thấy rõ, được Dufrane chứng minh trong thực nghi ệm động cơ. Bảng 1-2: Tốc độ tới hạn về nhiệt cơ học không bền vững c ủa một số loại gốm Vật liệu Hệ số ma sát (ước lượng) Tốc độ tới hạn c m / s ( f p P S Z ( ) 0 . 12 ( Đ ư ợc bô i 8 . 9 ( 17 . A TT Z 0 . 12( Đ ư ợc b ô i 15 ( 2 9 . Si3N4 0.8 5 38 ( 1 0 6 5 ) S i C 0 . 7 1 1 0 0 ( 2 1 . hệ số ma sát trên mặt t rượ t . Một số vật liệu bằng hợp kim đã được so sánh ở (bảng 1 -2. ) Những khác biệt lớn về tốc độ tới hạn đối với các vật li ệu đã chỉ ra ở (bảng 1 -2) có thể thấy rõ,. loại gốm Vật liệu Nhiệt giãn nở ( % Nhiệt dẫn W/m%C TRS B e r y l 3 1 . 0 . 0 1 C ác b u a t u n g s t e n 6 1 . 5 0 . 4 2 P S Z 1 1 . 0 . 6 C r ô m c ác b u a 9 . 1 1 . 4 H P T i c 8 . 1 7 . 1 . 7 P S Z Z 1 9 1 1 2 . 1 . 5 B o r o n c á c bu a 2 . 1 3 N h ô m 7 . 3 4 . 3 . 4 S i l i c 1 2 . 9 1 6 4 . 3 . 5 T it a n các bu a 8 2 6 S i l i c c á c b u a 4 1 4 1 0 . 3 SiALON 3 . 0 4 2 1 . 3 1 0 . 9 5 S i l i c N i t r it 2 . 3 2 T h ép c ô n g c ụ 1 3 5 T h an c h ì S 9 5 4 1 3 8 . 2 4 4 Từ bảng trên ta thấy độ bền. các vật liệu đàn hồi tạo ra xung nhiệt được gợi mở đó là vi ệc áp dụng các tiêu chuẩn đối với độ bền đứ t . I.3 .2 Nhiệt cơ học không bền vững Trong suốt quá trình trượt với vận tốc cao trên bề