抗热震性

更新时间:2022-08-26 11:11

抗热震性,指材料在承受急剧温度变化时,评价其抗破损能力的重要指标。各测试值之间越接近,精密度就越高。反之,精密度就越低抵抗损伤的能力。曾称热稳定性,热震稳定性,抗热冲击性,抗温度急变性,耐急冷急热性等。

性能简介

又称抗热冲击性,俗称热稳定性。材料及其制品抵抗温度激烈变化不至损坏或破坏的性能。材料及其制品承受温度激烈变化而引起内部温度梯度时,在材料内部会因收缩或膨胀受阻产生热应力,当热应力超过材料强度极限时,产生开裂、破坏和机械强度降低等现象。抗热震性与材料的机械强度、弹性模量、热膨胀系数、热导率、比热容、体积密度、结构均匀性及表面传热系数有关;对于制品来说,还与形状、厚薄有关。

材料在热震中产生的新裂纹,以及新裂纹与原有裂纹扩展造成的开裂、剥落、断裂等状况,称为热震损伤。热震损伤是热应力作用的结果。材料在温度变化时,变形受到抑制所产生的应力为热应力。线膨胀系数不同的多相物体在温度变化时,均匀热膨胀的物体受到温度梯度作用时,以及相变时,都会产生热应力。热应力与材料的弹性模贡及弹性应变成正比,而弹性应变等于线膨胀系数和温度变化的乘积。

主要影响因素

材料特性,如材料的热膨胀系数导热系数弹性模量、材料固有强度、断裂韧性等。一般地讲,热膨胀系数越小,材料因温度变化而引起的体积变化小,相应产生的温度应力小,抗热震性越好;热导率大,材料内部的温差越小,由温差引起的应力差越小,抗热震性越好;材料固有强度越高,承受热应力而不致破坏的强度越大,抗热震性好;弹性模量越大,弹性越小,材料产生弹性变形较小而不能缓解和释放热应力,对抗热震性不利。

改善途径

首先,应从显微结构出发,使其具有低的线膨胀系数和弹性模量,高的断裂功和热导率。这可采取向基体中引入第2相或第2种材料等措施实现,例如,向材料中引入线膨胀系数低的尖晶石(如镁铝砖、镁铬砖)、加入热导率高而线膨胀系数和弹性模量低的石墨(如MgO-C系、MgO-CaO-C系、Al2O3-C系制品);利用氧化锆的相变增韧,往氧化铝、莫来石等基体中加入氧化锆;利用纤维增强,往耐火浇注料中加入钢纤维或耐火纤维。其次,应考虑制品的大小和形状。制品小,形状简单,抗热震性相对好些。

抗热震性试验

热抗震性试验是评价试样经受1次或多次温度急剧变化的损伤程度。表征抗热震性,需要两个要素:试样经受的热循环和评价其热震损伤程度所用的方法。试样经受的每一热循环,包括两个阶段。在第1个阶段,整个试样或只其1部分(例如一个面)加热到初始温度Ti。在此加热期间,加热速率不导致过大的应力。热震是在由初始温度Ti迅速变为最终温度Tf的第2个阶段完成的。如Ti>Tf,热震由冷却完成; 如Ti

标准试验方法如下:

(1)中国的直形砖水淬冷法(YB 376)。直形砖( (200~230mm) × (100~150mm) × (50~100mm)) 的受热端面伸入到预热至1100℃的炉内50mm,保持20min,接着在室温水中淬冷3min,然后干燥。用受热端面破损一半的热循环次数表征其抗热震性。

(2)中国的长条试样试验法(YB 4018)。长条试样 (230mm×114mm×31mm或230mm×65mm×31mm)以一个面(230mm×31mm)为受热面,在均热板上自室温以规定的速率加热至1000℃,保持30min,然后置于空气中淬冷。以热震前、后抗折强度变化百分率评价其损伤程度。

式中:Rr —— 抗折强度保持率,%;Ra —— 热震后式样的抗折强度,MPa;Rb —— 热震前试样的抗折强度,MPa。

(3)美国的镶板试验法(ASTMC38)。试验砖叠砌成的边长不小于460mm的正方形镶板,预热24h,冷却,然后按要求的次数在炉子和喷水雾的鼓风机之间经受热循环,以质量损失与外观检查评价其热震损伤程度。

(4)美国的长条试样试验法(ASTM C1100)。长条试样(长度为228mm的直砖、薄片砖、条等)横跨燃气烧嘴。从点火开始,加热15min,热面温度为816~1093℃,然后关闭燃气,通过烧嘴鼓风冷却15min。循环5次。以试样热震前后的弹性模量、声速或抗折强度变化百分率,评价其损伤程度。

(5)欧洲耐火材料生产者联合会的圆柱体试样水淬冷法 (PRE/R5-1)。圆柱体试样 (直径50mm,高50mm)于950℃炉中加热15min,接着在室温水中淬冷3min,之后干燥。用导致断裂的热循环次数表征其抗热震性。

(6)欧洲耐火材料生产者联合会的棱柱体试样空气淬冷法(PRE/R5-2)。棱柱体试样(114mm×64mm×64mm) 加热至950℃,保持45min,然后置于铁板上,用一股压缩空气喷射5min,之后经受0.3MPa的弯曲应力,当试样断裂时,试验结束,否则,重复热循环,直至断裂或30次为止。

(7) 英国的小棱柱体试样试验法 (BS1902:5.11)。小棱柱体试样(75mm×50mm×50mm)置于冷炉内,以恒定的速率加热到450℃(硅砖)或1000℃或1200℃(其他材料),在该温度下保持30min,之后经受空气冷却和加热循环,每次20min。每一循环后,经受固定的弯曲应力,循环重复至断裂或30次为止。

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