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耐火保温材料的耐磨性能和抗冲击性

文章出处:未知 人气: 发表时间:2019-11-22 10:40
一、耐磨性的测试
磨损是物体互相接触且发生相对运动引起的表面损耗。国标GB/T18301-2001(2004)规定了测试耐火材料常温耐磨性的技术条件。
 
①磨损介质为36"碳化硅,化学和粒度组成分别符合GB/T2480和GB/T2481.
②试样尺寸为100mm×100mm×(25~30)mm或114mm×114mm×(65~76)mm。将试样干燥后称量重量。试验结束后,试样如被磨穿则本次试验无效。
③耐磨性的测试装置如图所示。
④测试步骤:将试样的试验面以与图中喷砂管成垂直的方向,置于距喷砂管端部203mm的位置。喷砂所用压缩空气压力为448kPa,试验箱内压力为311Pa。喷砂时,喷砂管上部文氏管的真空度大于0.05MPa。然后,将36#碳化硅缓慢、均匀地倒入主供料漏斗,使磨损介质在450s±15s内送出。
⑤试验结束后,称量试样的残余重量。
耐火材料 
耐火材料耐磨性能测试装置
 
二、磨损的机理
水泥窑用耐火材料的磨损主要分为黏着磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损三种。如果细究,磨损的机理相当复杂。发生磨损时,要认真分析问题,弄清主要矛盾,根据不同的损坏机理,采用不同的措施,通过降低工作负荷或者提高耐火材料的耐磨性来延长窑衬寿命。
 
高温下,黏着磨损是主要的破坏形式。黏着磨损是在法向荷载作用下,窑料和耐火材料的接触表面发生相对滑动产生的破坏。水泥窑窑口浇注料就可能发生这种破坏,破坏过程为:
①窑料和耐火材料接触;
②在某种程度上,窑料和耐火材料发生粘连;
③窑料和耐火材料分离,窑料撕裂部分耐火材料。
黏着磨损和法向载荷成正比,和被磨损材料的屈服强度成反比。所以,提高耐火材料的热态强度有助于提高抵抗高温磨损的能力。
 
低温下,磨粒磨损是主要的破坏形式。磨粒磨损可分为凿削式磨损、高应力碾压式磨损和低应力擦伤性磨损。凿削式磨损的特征是磨粒凿入材料,在相对滑动中,磨粒从材料表面切割下一定数量的组织,在耐火材料表面犁出一道道沟槽。下图显示了凿和表面沟槽的形成。
 
耐火材料 
凿削式磨损和表面凹槽的形成
 
高应力碾压式磨损的特征:磨粒所受到的最大应力超过了磨粒的强度,磨粒不断被碾细,耐火材料表面也发生碎裂、剥落的过程。低应力擦伤式磨损的特征:磨粒所受到的最大应力不超过磨粒的强度,磨粒不被碾碎但被磨钝,耐火材料表面因发生低应力擦伤而缓慢损耗。低应力擦伤磨损下,破坏常常从耐火材料中颗粒的界面开始。通常,受疲劳作用后颗粒界面的裂纹扩张,接着就是界面断裂和颗粒的脱落。下图显示了这一破坏的结果。
耐火材料 
磨损引起的陶瓷材料表面的颗粒脱落(a)和晶界断裂(b)
 
机械磨损的一般规律:磨粒硬度越高、数量越多,耐火材料的硬度越低,磨粒、耐火材料的相对速度越大,磨损越严重。
 
腐蚀性磨损因磨损和腐蚀同时作用而产生。存在腐蚀性介质时,材料的损坏大为加速。腐蚀磨损的过程:首先,耐火材料的表面受磨损介质的作用产生沟槽或微裂纹;其次,腐蚀介质沿微裂纹侵入受磨损材料表面,发生腐蚀反应;接着,材料受磨损的部位变质,这些部位因性能弱化而缺乏抵抗磨损的能力;最后,磨损介质除去耐火材料表面的变质物质。
 
三、耐冲击性
对金属材料,可以采用夏比冲击试验测冲击韧度。该法以摆锤将放在支座上的规定试样一次冲断,根据冲击试验获得的力位移曲线,计算出弹性变形、塑性变形和撕裂试样消耗的能量以及总能量,该总能量的大小就表示了试样的冲击韧度如下图所示。
耐火材料 
夏比冲击试验的原理
 
耐火材料 
冲击试验的力-位移曲线和击断试样消耗的功
 
图中,A1为冲击中弹性变形消耗的功,A2为塑性变形消耗的功,A3为撕裂试样消耗的功。A1+A2+A3为冲断试样消耗的总功。
 
耐火材料是陶瓷材料的分支之一。所以,在抗冲击性方面,不妨参考一下陶瓷材料的研究成果。工程陶瓷也采用类似夏比冲击的办法测定抗冲击性。该法也是用摆锤冲击放在支座上的规定试样,一次将试样冲断后,以被冲断试样新增单位面积消耗的功表示冲击韧性。
 
陶瓷耐火材料抗冲击性差的原因如下。
①陶瓷材料的硬度很大,冲击物很难侵入,冲击的时间很短。冲击物的质量越大、速度越高、冲击需要的时间越短,冲击力就越大,冲击产生的破坏就越严重。
②陶瓷的硬度很高,冲击时产生的变形小。冲击时陶瓷材料不仅承受很大的冲击力,而且这一冲击力又作用在很小的面积上。这样,产生很大应力集中,冲击产生的破坏就很严重。
③由于离子键和共价键的本质,陶瓷材料缺乏抵抗裂纹扩展的能力。由于冲击力大、应力集中高、再加上裂纹的扩展快,受冲击后陶瓷材料就可能表现出不确定的寿命。
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