專利名稱：耐火材料高溫彎曲應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)試儀，尤其涉及一種測(cè)試耐火材料在高溫和不同氣氛下受力時(shí)的變形量及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的耐火材料高溫彎曲應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試儀。
背景技術(shù)：
測(cè)量耐火材料的高溫力學(xué)性能是判定耐火材料性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)，為此國(guó)際、國(guó)內(nèi)的有關(guān)方面制定了若干標(biāo)準(zhǔn)。在已公布的標(biāo)準(zhǔn)中，標(biāo)準(zhǔn)GB/T3002-82，IS05013-85為耐火制品高溫抗折強(qiáng)度試驗(yàn)方法，其原理為將試樣加熱到試驗(yàn)溫度，并在該溫度下保持到規(guī)定的溫度分布，然后以恒定的加荷速率對(duì)試樣施加張應(yīng)力，直到破壞。記錄試樣能承受的最大應(yīng)力，通過(guò)計(jì)算可得試樣的高溫抗折強(qiáng)度，以判定試樣的高溫機(jī)械性能。
在上述標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了試樣為長(zhǎng)方體試樣，其尺寸為125×25×25mm，規(guī)定了加熱爐的升溫速率最好為4-6℃/min，試驗(yàn)溫度為100℃的倍數(shù)，保溫后試樣中間部位的溫差不超過(guò)±2℃。規(guī)定了加荷機(jī)構(gòu)的加載速率為定形致密耐火制品(0.15N.mm-2.S-1±10％)；隔熱耐火制品0.05N.mm-2.S-1±10％。
在加熱過(guò)程中，耐火材料產(chǎn)品在受力時(shí)會(huì)產(chǎn)生形變。判定耐火材料產(chǎn)品所能承受應(yīng)力的大小及其產(chǎn)生的變形量對(duì)耐火材料產(chǎn)品的使用壽命至關(guān)重要。相比之下，判定耐火材料產(chǎn)品在彈性變形內(nèi)可承受的最大應(yīng)力比判定該耐火材料產(chǎn)品所能承受的最大破壞應(yīng)力更為重要。在實(shí)際的耐火材料應(yīng)用中如爐頂?shù)膹垜?yīng)力、爐底的壓應(yīng)力、爐壁的剪應(yīng)力都存在判知其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決目前耐火材料高溫抗折強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)只能測(cè)試耐火材料在斷裂時(shí)的最大應(yīng)力而不能測(cè)試其變形量的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種能測(cè)量耐火材料試樣在某一溫度下應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、耐火材料高溫抗折強(qiáng)度及相應(yīng)的最大變形量和耐火材料高溫彎曲蠕變變形率的耐火材料高溫彎曲應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試儀。
本發(fā)明的技術(shù)方案是以下述方式實(shí)現(xiàn)的一種耐火材料高溫彎曲應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試儀，它是在耐火材料高溫抗折強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)上增加一示差機(jī)構(gòu)，其特征在于該示差機(jī)構(gòu)包括一隨測(cè)試樣品的變形而移動(dòng)的內(nèi)示差管、內(nèi)示差管被支撐于外示差管內(nèi)，外示差管上端緊抵在座磚下面，內(nèi)示差管上端穿過(guò)座磚抵在試樣下面、其下端與位移傳感器連接。
示差機(jī)構(gòu)下部被密封在與爐體連接的一密封箱內(nèi)以便對(duì)試樣進(jìn)行氣氛保護(hù)。
外示差管的下端放置于外示差管座上，外示差管座通過(guò)外示差管調(diào)節(jié)螺母及與其相連的跟隨彈簧支撐于固定支架上，固定支架與爐底板連接。
內(nèi)示差管下端連一內(nèi)示差管座，內(nèi)示差管座通過(guò)一內(nèi)示差管跟隨彈簧被支撐在內(nèi)示差管調(diào)節(jié)螺母上，內(nèi)示差管調(diào)節(jié)螺母與外示差管管座下端配合連接，內(nèi)示差管座通過(guò)傳感器固定螺釘與位移傳感器外殼連接。
內(nèi)示差管頂端封閉，內(nèi)裝測(cè)溫?zé)犭娕肌?br> 座磚上面設(shè)有三組六個(gè)放不同間距的下刀口的凹槽以便根據(jù)試樣大小調(diào)節(jié)下刀口的距離。
外示差管由Φ16×Φ12×320mm的剛玉管制成，內(nèi)示差管由Φ8×Φ6×420mm的一端封閉的剛玉管制成；上刀口為由重結(jié)晶碳化硅材料制成的高強(qiáng)度耐高溫壓棒，位移傳感器的量程為10mm，分辨率為1-20μm。
示差機(jī)構(gòu)測(cè)量溫度范圍為25℃-1700℃，其測(cè)量變形范圍為0～10mm，分辨率為1-20μm。
本發(fā)明的積極效果是1、本發(fā)明將加荷系統(tǒng)、加溫系統(tǒng)及變形測(cè)量系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了被測(cè)樣品在受熱狀態(tài)下可以進(jìn)行應(yīng)力-應(yīng)變性能的測(cè)試；2、本發(fā)明所采用的示差機(jī)構(gòu)能有效的消除在測(cè)量過(guò)程中溫度對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的干擾；3、本發(fā)明所采用的加荷系統(tǒng)能完成多種方式加荷，例如一定的加荷速率、變動(dòng)的加荷速率、往返加荷、保持恒定應(yīng)力等，有效的保證了實(shí)驗(yàn)方法的實(shí)施。
4、本發(fā)明能夠完成不同氣氛下對(duì)樣品的測(cè)試。


圖1為本發(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明與爐體、及各操作系統(tǒng)組裝為一體的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明由圖1、圖2可以看出本耐火材料高溫彎曲應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試儀，由圖1還可看出，壓頭1可以耐高溫，可以對(duì)試樣2施加應(yīng)力。試樣2的彎曲應(yīng)力主要由壓頭1、下刀口3、座磚5完成。施加的應(yīng)力可以通過(guò)壓頭1上方的傳感器傳送至計(jì)算機(jī)。
由圖1還可看出，當(dāng)試樣受到應(yīng)力時(shí)其必將發(fā)生彎曲變形。該變形可以帶動(dòng)內(nèi)示差管6進(jìn)行上下移動(dòng)，該移動(dòng)通過(guò)內(nèi)示差管座12傳遞給-位移傳感器16。位移傳感器16將產(chǎn)生一電信號(hào)給計(jì)算機(jī)，從而測(cè)得試樣2的高溫彎曲變形。
由圖1還可看出，外示差管7的上端通過(guò)-外示差管跟隨彈簧10緊抵在座磚5的下平面。外示差管7的下端與-外示差管座11相連，外示差管座11通過(guò)-內(nèi)示差管調(diào)節(jié)螺母13與位移傳感器16的外殼相連。如果要調(diào)節(jié)外示差管7對(duì)座磚5的跟隨性，可以調(diào)節(jié)外示差管調(diào)節(jié)螺母9，將調(diào)節(jié)螺母9下調(diào)時(shí)跟隨壓力增大，反之減小。
由圖3還可看出，示差機(jī)構(gòu)是通過(guò)外示差管跟隨彈簧10置于固定支架8上，固定支架8與爐底板17相連。
由圖1還可看出，要調(diào)節(jié)內(nèi)示差管6對(duì)試樣2的跟隨性，可以通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)示差管調(diào)節(jié)螺母11來(lái)完成，由于內(nèi)示差管跟隨彈簧14的彈性作用，向上則壓力增大，反之則減小。
由圖1還可看出，由于內(nèi)示差管采用了相同的材質(zhì)可以有效的消除爐底磚18的變形引起的測(cè)量誤差，由于座磚5的變形量已知，在計(jì)算機(jī)中做了有效的背景扣除。故所測(cè)量的試樣2的變形為試樣的絕對(duì)變形量。下刀口4的間距可以為100mm，80mm，60mm。
由圖2可以看出，變形測(cè)量示差機(jī)構(gòu)置于測(cè)試耐火材料試樣高溫抗折強(qiáng)度功能的抗折儀下端的密封箱30內(nèi)，外示差管由Φ16×Φ12×320mm的剛玉管制成，其上端抵住高強(qiáng)度耐高溫底座5的下平面，內(nèi)示差管6由Φ8×Φ6×420mm的一端封閉的剛玉管制成，其上端抵于試樣；位移傳感器的量程為10mm，分辨率為20μm，其輸出信號(hào)可被計(jì)算機(jī)采集。
由圖2可以看出，應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)量原理與圖1相同。加荷系統(tǒng)為一安裝于爐體28的杠桿系統(tǒng)，包括依次連接的調(diào)速電機(jī)19、傳動(dòng)絲杠20、加載法碼21、杠桿22、連接在杠桿22上的力傳感器23，壓棒調(diào)長(zhǎng)螺母25、水冷卻環(huán)26，連接頭27，爐體上裝有接線鋁排24、爐門33、爐門33與爐體之間設(shè)有密封條32；密封箱30上設(shè)有密封蓋31；加荷速率由調(diào)速電機(jī)19來(lái)控制，當(dāng)操作人員設(shè)定好參數(shù)后，計(jì)算機(jī)便能控制調(diào)速電機(jī)19的轉(zhuǎn)速。從而控制了加載砝碼21的前后運(yùn)動(dòng)速度，也就控制了加荷速率。該加荷系統(tǒng)的量程分為兩檔，即5KN，10KN，可以通過(guò)力量程調(diào)節(jié)孔34來(lái)實(shí)現(xiàn)；該加荷系統(tǒng)的力傳感器為10KN的壓力傳感器，分辨率為1N，其力值可被計(jì)算機(jī)采集；由高強(qiáng)度耐高溫壓棒制作的上刀口由氮化硅結(jié)合碳化硅材料制成，刀口半徑為5mm；高強(qiáng)度耐高溫底座5由剛玉材料制成，上面的3組凹槽間距為100mm，80mm，60mm，中心孔徑為Φ10mm；下刀口4由剛玉材料制成，其規(guī)格為Φ10×50mm。在圖2中，加熱爐為一密封的爐體可通入不同的氣體。試樣2置于爐膛3的中心位置，爐膛3內(nèi)的發(fā)熱體29為電發(fā)熱體；爐膛3內(nèi)的溫度最高可達(dá)1700℃，中心區(qū)溫差為±5℃；爐膛內(nèi)氣體壓力小于0.6Mpa。該加熱爐的爐體外殼為金屬外殼，能牢固連接加荷機(jī)構(gòu)和變形測(cè)量機(jī)構(gòu)，使儀器變?yōu)橐粋€(gè)整體。
下面是對(duì)耐火材料樣品三種性能測(cè)試的具體測(cè)試步驟例一耐火材料高溫彎曲應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的測(cè)試方法1、制備試樣在二等高鋁磚上切取25×25×125的長(zhǎng)方體試樣一塊，用游標(biāo)卡尺測(cè)量試樣中部的寬度和高度，并將該數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)。
2、如附圖2所示，把試樣放入爐膛3內(nèi)的下刀口支點(diǎn)4上，調(diào)整好內(nèi)示差管6的高度，使其抵住試樣下方，關(guān)好爐門33，打開主機(jī)電源開關(guān)。
3、在常溫下以10N/cm2.s的加荷速度對(duì)試樣施加彎曲應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力值達(dá)到8MPa時(shí)，立即以同樣的速度釋放應(yīng)力，在此應(yīng)力往復(fù)過(guò)程中，每隔1MPa記錄一次試樣的變形量，可得到在常溫下二等高鋁磚的應(yīng)力應(yīng)變曲線。
4、加熱試樣至200℃，并保溫30分鐘后以上述同樣方法對(duì)試樣進(jìn)行應(yīng)力往復(fù)實(shí)驗(yàn)，可得到200℃條件下的應(yīng)力應(yīng)變曲線。
5、以同樣方法做400、600、800、1000、1200和1300(℃)的應(yīng)力往復(fù)實(shí)驗(yàn)，由此可分別得到二等高鋁磚在這些溫度下的應(yīng)力應(yīng)變曲線。
6、根據(jù)不同溫度下的應(yīng)力應(yīng)變曲線，可明顯判斷二等高鋁磚的彈性范圍是常溫到400℃，塑性范圍是600℃~1200℃，粘性流動(dòng)溫度開始于1300℃。
例二耐火材料高溫抗折強(qiáng)度及相應(yīng)的最大變形量的測(cè)試1.步驟同例一之1、2。
2.按如下程序升溫。0～1000℃10℃/min；1000℃～1400℃5℃/min；1400℃保溫30min。當(dāng)保溫結(jié)束后，以10N/cm2.S的加荷速率對(duì)試樣加荷直到試樣斷裂，計(jì)算機(jī)將自動(dòng)記錄試樣斷裂時(shí)所承受的最大應(yīng)力及相應(yīng)的最大彎曲變形量。
例三耐火材料高溫彎曲蠕變變形率的測(cè)試1.步驟同例一之1、2。
2.按如下程序升溫和保溫0～1000℃，10℃/min；1000℃～1300℃，5/min；1300℃。保溫210min。
3、當(dāng)保溫時(shí)間到達(dá)30min時(shí)，以8N/cm2.S的加荷速率對(duì)試樣加荷，當(dāng)應(yīng)力值達(dá)到0.2Mpa時(shí)，停止加荷，在恒溫恒壓下觀察并記錄材料的彎曲變形與時(shí)間關(guān)系。
4、根據(jù)公式，計(jì)算耐火材料的高溫彎曲變形率，計(jì)算公式如下P(%)=Ln-LoLi×100%]]>式中P——彎曲蠕變變形率Li——試樣的原始高度。
Lo——試樣在恒壓開始時(shí)的變形量。
Ln——試樣恒壓n分鐘時(shí)的變形量。
權(quán)利要求
1.一種耐火材料高溫彎曲應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試儀，它是在耐火材料高溫抗折強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)機(jī)上增加一示差機(jī)構(gòu)，其特征在于該示差機(jī)構(gòu)包括一隨測(cè)試樣品的變形而移動(dòng)的內(nèi)示差管(6)、內(nèi)示差管被支撐于外示差管(7)內(nèi)，外示差管上端緊抵在座磚(5)的下面，內(nèi)示差管(6)上端穿過(guò)座磚(5)抵在試樣(2)下面、下端與位移傳感器(16)連接。
2.根據(jù)權(quán)力要求1所述的耐火材料高溫彎曲應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試儀，其特征在于示差機(jī)構(gòu)下部被密封在與爐體(28)連接的一密封箱(30)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)力要求2所述的耐火材料高溫彎曲應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試儀，其特征在于外示差管(7)的下端放置于外示差管座(11)上，外示差管座通過(guò)外示差管調(diào)節(jié)螺母(9)及與其相連的跟隨彈簧(10)支撐于支架(8)上，固定支架(8)與爐底板(17)連接。
4.根據(jù)權(quán)力要求3所述的耐火材料高溫彎曲應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試儀，其特征在于內(nèi)示差管(6)下端連一內(nèi)示差管座(12)，內(nèi)示差管座(12)通過(guò)一內(nèi)示差管跟隨彈簧(14)被支撐在內(nèi)示差管調(diào)節(jié)螺母(13)上，內(nèi)示差管調(diào)節(jié)螺母(13)與外示差管管座(11)下端配合連接，內(nèi)示差管座(12)通過(guò)傳感器固定螺釘(15)與位移傳感器(16)外殼連接。
5.根據(jù)權(quán)力要求1-4所述的任耐火材料高溫彎曲應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試儀，其特征在于內(nèi)示差管(6)頂端封閉，內(nèi)裝測(cè)溫?zé)犭娕肌?br> 6.根據(jù)權(quán)力要求5所述的任一耐火材料高溫彎曲應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試儀，其特征在于在座磚(5)上面設(shè)有三組六個(gè)放不同間距的下刀口的凹槽。
7.根據(jù)權(quán)力要求6所述的任一耐火材料高溫彎曲應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試儀，其特征在于外示差管(7)由Φ16×Φ12×320mm的剛玉管制成，內(nèi)示差管(6)由Φ8×Φ6×420mm的一端封閉的剛玉管制成。
8.根據(jù)權(quán)力要求7所述的耐火材料高溫彎曲應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試儀，其特征在于上刀口為由重結(jié)晶碳化硅材料制成的高強(qiáng)度耐高溫壓棒，位移傳感器16的量程為10mm，分辨率為1-20μm。
9.根據(jù)權(quán)力要求8所述的耐火材料高溫彎曲應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試儀，其特征在于示差機(jī)構(gòu)測(cè)量溫度范圍為25℃-1700℃。其測(cè)量變形范圍為0～10mm，分辨率為1-20μm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種耐火材料高溫力學(xué)性能測(cè)試儀器，它是在耐火材料高溫抗折強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)上增加一示差機(jī)構(gòu)，該示差機(jī)構(gòu)包括一隨被測(cè)試樣的彎曲變形而移動(dòng)的內(nèi)示差管、內(nèi)示差管被支撐于外示差管內(nèi)，外示差管緊抵在座磚的下面，內(nèi)示差管與位移傳感器連接；該儀器可以用來(lái)測(cè)試耐火材料在某一溫度下的彎曲應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系，也可測(cè)量耐火材料高溫抗折強(qiáng)度和相應(yīng)的最大變形量；還可以用來(lái)測(cè)試耐火材料的高溫彎曲蠕變變形率。設(shè)備的特征在于在三點(diǎn)彎曲裝置上采用了一示差機(jī)械，可測(cè)量試樣在高溫下受到彎曲應(yīng)力后的變形量。測(cè)試溫度范圍為25℃～1700℃，測(cè)試氣氛可以是空氣氣氛、還原氣氛和惰性氣氛。
文檔編號(hào)G01N3/08GK1519555SQ0312633
公開日2004年8月11日 申請(qǐng)日期2003年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月2日
發(fā)明者鐘香崇, 黃少平, 徐恩霞, 王澎 申請(qǐng)人:鄭州大學(xué), 洛陽(yáng)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)精達(dá)科技工業(yè)有限公司