耐火材料工艺学：1-4 耐火材料的力学性质

1、1.4 耐火材料的力学性质 耐火材料的力学性质：材料在不同温度下的强度，弹性和塑性性质。常温或在使用条件下耐火制品受到应力的作用而变形甚至损坏。压缩应力、拉应力、弯曲应力、剪应力，摩擦力或撞击力 检验其力学性质的目的：对不同温度下工作的耐火材料，探讨它的损坏机理，寻求提高制品质量的途径检验指标：耐压、抗拉、抗折，扭转强度、耐磨性、弹性模量和高温蠕变耐火材料的组成和性能-耐火材料的力学性质1. 常温力学性质 1）耐压强度 耐压强度：耐火材料在一定温度下单位面积上所能承受的极限载荷。常温耐压强度是指制品在室温下测得的数值； 耐火材料使用过程中很少由常温下的静负荷而招致玻损 常温耐压强度：表明制品的

2、烧结情况，与其组织结构相关的性质，判断制品质量的常用检验项目。 可间接地评定制品:耐磨性，耐冲击性、不烧制品的结合强度。检验（可靠指标）：工艺状况和制品均一性工艺制度的变动制品常温耐压强度变化耐火材料的组成和性能-耐火材料的力学性质制品的成型坯料加工质量成型坯体结构的均一性砖体烧结情况良好耐火材料的组成和性能-耐火材料的力学性质S试样常温耐压强度，N/mm2；P试样破碎时的最大载荷，N；A 试样受压面积，mm2；A1A2试样上、下受压面的面积，mm2。测定方法：砖体的一角切取规定尺寸的圆柱体或立方体，试样上下两面必须平行，在液压试验机上以一定加压速度加压至破坏为止。换算为单位面积上的极限强度。

3、高耐压强度是组织结构的敏感参数，常规检测项目耐压强度=2-3倍抗折强度，=5-10倍抗拉强度抗压d0h0耐火材料的组成和性能-耐火材料的力学性质2）常温抗折强度 耐火材料抗折强度:试样单位面积承受弯矩时的极限折断应力，又称抗弯强度。室温下测得的为常温抗折强度。 试验方法:尺寸为230mm114mm65mm的试样放在抗折试验仪上，在室温下以一定的加荷速率对试样施加张应力，直至试样断裂。耐火材料的组成和性能-耐火材料的力学性质Rr抗折强度，N/cm2；F试样断裂时的最大载荷，N； L下刀口间的距离，mm；b试样中部的宽度，mm；h试样中部的高度，mm。 三点抗折强度测定方法试样尺寸表mm A型 2

4、3011465B型 2306554C型 1604040 耐火材料的组成和性能-耐火材料的力学性质耐火材料的组成和性能-耐火材料的力学性质3）耐磨性 耐火材料抵抗坚硬物料或气体(如含有固体颗粒的)磨损作用(研磨、摩擦、冲击力作用)的能力，在许多情况下也决定着它的使用寿命。 高炉上部砌砖受炉料沿炉身下落的磨损作用 焦炉焦化室的砌砖也经常受着焦炭的磨损作用 在气流中以极大速度运动的粉尘灰渣或煤粉，都对耐火砌体起磨损作用，能够使窑炉内衬迅速损坏。耐火材料的耐磨性制品的密度、强度制品的矿物组成、组织结构材料颗粒结合的牢固性骨料的本身硬度泥料粒度组成、气孔率和结合性质常温耐压强度高良好的耐磨性气孔率低组织

5、结构致击均匀烧结良好的制品耐火材料的组成和性能-耐火材料的力学性质 在常温下以一定研磨条件下和研磨时间下制品的质量损失或体积损失来表示。 耐火制品在高温下的耐磨性 硅酸铝质制品在弹性变形温度范围内(700900)，其耐磨强度随温度升高而减小 加热至12001350时，耐磨强度大大增加，并且大于常温的数值。 当温度继续升高时(1400以上)，因制品的粘度急剧下降，耐磨性也随之减小耐火材料的组成和性能-耐火材料的力学性质测试方法：2. 高温力学性质 1）高温耐压强度 材料在高温下单位截面所能承受的极限压力。 耐火材料的高温耐压强度随着温度升高，大多数耐火制品的强度增大， 粘土制品和高铝制品显著，1

6、0001200时达到最大温度继续升高时，强度急剧下降。高温耐压强度反映出制品在高温下结合状态的变化，耐火可塑料和浇注料，耐火材料的组成和性能-耐火材料的力学性质高温耐压强度 高于1000-1200温度时材料单位面积所能承受的最大的力。 S=P/A (Pa，MPa，GPa)随温度升高发生明显变化。 A:晶体： B:玻璃相： A+B=? () OR (先后再）抗压d0h0耐火材料的组成和性能-耐火材料的力学性质 2）高温抗折强度 材料在高温下单位截面所能承受的极限弯曲应力。它表征材料在高温下抵抗弯矩的能力。 高温弯曲强度或高温断裂模量。 试验方法:以一定的升温速率加热试样到试验温度，保温至试样达到

7、规定的温度分布，以一定的加荷速率对试样施加张应力，直至试样断裂。 高温抗折强度：制品的化学矿物组成组织结构生产工艺 材料中的熔剂物质及其烧成温度对制品的高温抗折强度有显著影响。耐火材料的组成和性能-耐火材料的力学性质3）高温扭转强度 砌筑窑炉的耐火制品，在加热或冷却时，承受着复杂的剪应力，制品的高温扭转强度是重要的性质。 高温扭转强度:在高温下试样被扭断时的极限剪切应力，试验方法：测定时将试样一端固定，另一端施以力矩作用，试样发生扭转变形。当试样被扭转时，试样内各横截面上产生剪切应力，当应力超过一定限度时，试样发生断裂。 耐火材料的组成和性能-耐火材料的力学性质 4）高温蠕变性 蠕变：当材料在

8、高温下承受小于其极限强度的某一恒定荷重时，产生塑性变形，变形量会随时间的增长而逐渐增加，甚至会使材料破坏耐火材料的高温蠕变：材料在恒定的高温和一定荷重作用下，产生的变形和时间的关系。产生原因：高温窑炉，制品在长期高温负荷条件下工作的体积稳定性是不充分施加的荷重不同：高温压缩蠕变、高温拉伸蠕变、高温抗折蠕变和高温扭转蠕变等。耐火材料的组成和性能-耐火材料的力学性质典型高温蠕变曲线耐火材料的组成和性能-耐火材料的力学性质第一阶段蠕变为1次蠕变， 又称初期蠕变或减速蠕变，其曲线斜率d/dt随时间增加愈来愈小，曲线愈来愈平缓，这一阶段较短暂，第二阶段为第2次蠕变或粘性蠕变，又称为均速蠕变或稳态蠕变。其

9、应变速度和时间无关，几乎保持不变。这个速率是蠕变曲线中最小的速率，第三阶段为第3次蠕变又称加速蠕变，应变速率迅速增加至断裂。不同温度下测定的长时间蠕变变形曲线的性状可分为如下几种类型： 初期蠕变后大体上不再发生变形；初期蠕变后，继续发生匀速蠕变；经过初期匀速蠕变后，发生加速蠕变；初期蠕变后直接移向加速蠕变。影响高温蠕变的因素有：使用条件，如温度和荷重、时间、气氛性质等；材质，化学组成和矿物组成，显微组织结构。耐火材料的组成和性能-耐火材料的力学性质耐火材料的材质和组织结构对蠕变速率的影响：组织结构对蠕变的影响 气孔率的增加，减少了抗蠕变的有效截面积，蠕变率随之增大。晶粒愈小，蠕变率愈大。多晶的

10、抗蠕变性能低于单晶材料玻璃相对蠕变的影响取决于玻璃相对结晶相的润湿程度玻璃相不润湿晶相颗粒，则在晶界处为晶粒与晶粒结合，同质晶粒间形成自结合，抗蠕变性好。玻璃相完全润湿晶相，玻璃相侵入晶界处将晶粒包围，玻璃形成连续相结构，在较低温度下极易产生较大的蠕变。耐火材料的组成和性能-耐火材料的力学性质检验制品的质量和评价生产工艺了解制品发生蠕变的最低温度了解不同温度下的蠕变速率了解高温应力下的变形特征耐火材料的组成和性能-耐火材料的力学性质确定制品保持弹性状态的温度范围呈现高温塑性的温度范围测定耐火材料的蠕变意义：试验方法:加热时能保持一定温度的加热炉、加压机构和变形量指示或记录机构等组合而成。 在恒

11、压下，以一定的升温速率，加热规定尺寸的试样，在指定的试验温度下恒温，记录试样随时间变化而发生的变形耐火材料的组成和性能-耐火材料的力学性质p蠕变率，； Li试样原始高度，mm；L0试样恒温开始时的高度，mm；Ln 试样恒温n小时的高度，mm 5）弹性模量 弹性摸量：材料在其弹性限度内受外力作用产生变形，当外力除去后，仍恢复到原来的形状，此时应力和应变的比例材料的抵抗变形的能力弹性模量值越大，则在相同的应力下，变形越小。耐火材料的组成和性能-耐火材料的力学性质E弹性模量，MPa；材料所受应力，MPa； l/l材料的相对长度变化。耐火材料在高温下承受应力时所发生的变形原因：晶体沿晶界面或解理的滑动

12、作用基质的塑性或粘滞流动。不同成分和结构的耐火材料在高温下对于应力的不同反应影响因素主晶体的性能基质的性能主晶体与基质的结合状况。耐火材料的组成和性能-耐火材料的力学性质主晶体具有较高的高温和力学性质，取决结晶构造基质的流动取决于它的数量，粘度或塑性单相多晶材料弹性模量弹性模量开始以直线或接近直线速度下降温度升高Al2O3、MgO、3Al2O32SiO2、MgOAl2O3温度范围内材料晶体界面间产生滑移耐火材料的组成和性能-耐火材料的力学性质两相或多相材料弹性模量耐火材料的组成和性能-耐火材料的力学性质方镁石与尖晶石的复合物，铬镁砖、硅酸铝质耐火材料弹性模量增大，至某一温度范围达最大值，再继续

13、升温则急速下降，超出了材料的弹性变形范围温度升高不同物相间的热膨胀系数的的差，使结构中空隙添充结晶物质相互交错支承形成骨架强化研究弹性模量和温度的关系：判定基质软化，液相形成和由弹性变形过渡到塑性变形的温度范围 确定晶型转化以及对材料结构的变化(如硅砖中在鳞石英与方石英的转变温度范围有弹性模量的最小值)。弹性模量与制品的热震稳定性有着反比关系。是同一系统的制品，弹性模量与抗折强度、耐压强度大体上成正比关系，弹性模量和耐磨性大致成正比。耐火材料的组成和性能-耐火材料的力学性质 全自动压汞仪 主要用于各种材料表面微孔孔径、孔径分布及孔腔形状等数据的测量，测孔径范围：0.4mm-6nm。陶瓷工业用耐

14、火材料-耐火材料性能测试仪 扫描电子显微镜主要用于耐火材料的显微结构分析，剖析未知试样的显微结构以及用后材料的侵蚀机理。陶瓷工业用耐火材料-耐火材料性能测试仪X射线衍射仪设备精度高（1/10000A）,主要用于物相的鉴定和各相定量分析。陶瓷工业用耐火材料-耐火材料性能测试仪 综合热分析仪法国制造，测量精度高（温度0.01，重量10-7克），主要用于TG(热重)和DTA,DSC(热差)的试验，研究各种物质在不同温度下的热反应。陶瓷工业用耐火材料-耐火材料性能测试仪 X荧光分析仪 日本制造，可对含碳和碳化硅材料进行定性及半定量分析；精确定量分析其它耐火材料的化学组成。 陶瓷工业用耐火材料-耐火材料

15、性能测试仪XQK系列显气孔体密测定仪 陶瓷工业用耐火材料-耐火材料性能测试仪QMD气孔密度测定仪 主要用于测定耐火原料或成品的显气孔率、体积密度、吸水率、真气孔率、闭口气孔率及其真密度。 陶瓷工业用耐火材料-耐火材料性能测试仪TQD系列耐火材料透气度测定仪陶瓷工业用耐火材料-耐火材料性能测试仪HMOR系列全自动高温抗折试验机 陶瓷工业用耐火材料-耐火材料性能测试仪HRY系列高温荷软蠕变测试仪陶瓷工业用耐火材料-耐火材料性能测试仪HSST-02P型全自动高温应力应变试验机主要为非金属材料在高温、常温环境下的应力及应变的研究提供有效的测试手段。陶瓷工业用耐火材料-耐火材料性能测试仪HCS系列高温耐压试验机 陶瓷工业用耐火材料-耐火材料性能测试仪NMJ-02常温耐磨性试验机陶瓷工业用耐火材料-耐火材料性能测试仪陶瓷工业用耐火材料-耐火材料性能测试仪1、如何测量和计算试样的显气孔率、体积密度？2、陶瓷结合和直接结合的概念是什么？3、耐火材料的分类方法有哪些？4、耐火材料的化学组成和矿物组成有什么区别？5、简述主晶相、次晶相、基质和杂质的概念？