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耐火材料的常温和高温力学性质

     耐火材料的力学性质是指材料在不同温度下的强度、弹性和塑性性质。通常用检验耐压、抗折、耐磨性和高温荷软蠕变等指标来判断耐火材料的力学性质。

    1、常温力学性质
    常温耐压强度:它是指常温下耐火材料在单位面积上所承受的最大压力,如超过此值,材料被破坏。如用A表示试样受压的总面积,以P表示压碎试样所需的极限压力,则有:常温耐压强度=P/APa
    通常,耐火材料在使用过程中很少由于常温的静负荷而招致破损。但常温耐压强度主要是表明制品的烧结情况,以及与其组织结构相关的性质,测定方法简便,因此是判断制品质量的常用检验项目。
    抗拉、抗折和扭转强度:耐火材料在使用时,除受压应力外,还受拉应力、弯曲应力和剪应力的作用,影响耐火制品的抗拉和抗折强度的主要因素是其组织结构,细颗粒结构有利于这些指标的提高。
    耐磨性:耐火材料的耐磨性不仅取决于制品的密度、强度,而且也取决于制品的矿物组成、组织机构和材料颗粒结合的牢固性。常温耐压强度高,气孔率低,组织结构致密均匀,烧结良好的制品总是有良好的耐磨性。
    2、高温力学性质
    高温耐压强度:高温耐压强度是材料在高温下单位截面所能承受的极限压力。随着温度升高,大多数耐火制品的强度增大,其中粘土制品和高铝制品特别显著,在1000-1200℃达到最大值。这是由于在高温下生成熔液的粘度比在低温下脆性玻璃相粘度更高些。但颗粒间的结合更为牢固。温度继续升高时,强度急剧下降。耐火材料高温耐压强度指标可反映出制品在高温下结合状态的变化。
    高温抗折强度:高温抗折强度是指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。高温抗折强度又称高温弯曲强度或高温断裂模量。测定在高温下一定尺寸的长方体试样在三点弯曲装置上受弯时所能承受的最大荷重,抗折强度可按下式计算:R=3.W.l/2.b.d2
    式中 R——抗折强度,Pa;
    W——断裂时所施加的最大载荷,N;
    l——两支点间的距离,cm;
    b——试样的宽度,cm;
    d——试样的厚度,cm。
    耐火材料的高温强度与其实际使用密切相关。特别是对于评价碱性直接结合砖的质量,高温抗折强度是很重要的性能。如碱性直接结合砖的高温抗折强度大,则抵抗因温度梯度产生的剪应力强,因而制品在使用时不易产生剥落现象。高温抗折强度大的制品亦会提高对其物料的撞击和磨损性,增强抗渣性,因此,高温抗折强度作为表征制品强度的指标。
    耐火材料的高温抗折强度指标,主要取决于制品的化学矿物组成,组织结构和生产工艺。
    高温蠕变性:当材料在高温下承受小于其极限的某一恒定荷重时,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,这种现象叫蠕变。因此,对于处于高温下的材料,就不能孤立地考虑其强度,而应将温度和时间的因素与强度同时考虑。例如,长时间在高温下工作的热风炉格子砖的损坏,是由于砖体逐渐软化产生可塑变形,强度显著下降甚至破坏,格子砖的这种蠕变现象成为炉子损坏的主要原因。
    一般认为影响高温蠕变的因素有:1)使用条件,如温度和荷重、时间、气氛性质等;2)材质,如化学组成和矿物;3)显微组织结构。材料高温蠕变曲线划分为三个阶段,第一阶段蠕变为减速蠕变(时间短暂);第二阶段为匀速蠕变(蠕变速率最小);第三阶段为加速蠕变(蠕变速率迅速增加)。
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