CN1217177C - 耐火材料高温弯曲应力应变测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐火材料高温力学性能测试仪器，它是在耐火材料高温抗折强度试验机上增加一示差机构，该示差机构包括一随被测试样的弯曲变形而移动的内示差管、内示差管被支撑于外示差管内，外示差管紧抵在座砖的下面，内示差管与位移传感器连接；该仪器可以用来测试耐火材料在某一温度下的弯曲应力—应变关系，也可测量耐火材料高温抗折强度和相应的最大变形量；还可以用来测试耐火材料的高温弯曲蠕变变形率。设备的特征在于在三点弯曲装置上采用了一示差机械，可测量试样在高温下受到弯曲应力后的变形量。测试温度范围为25℃～1700℃，测试气氛可以是空气气氛、还原气氛和惰性气氛。

Description

耐火材料高温弯曲应力应变测试仪

(一)技术领域：

本发明涉及一种测试仪，尤其涉及一种测试耐火材料在高温和不同气氛下受力时的变形量及应力应变关系的耐火材料高温弯曲应力应变测试仪。

(二)背景技术：

测量耐火材料的高温力学性能是判定耐火材料性能优劣的重要指标，为此国际、国内的有关方面制定了若干标准。在已公布的标准中，标准GB/T3002-82，ISO5013-85为耐火制品高温抗折强度试验方法，其原理为：将试样加热到试验温度，并在该温度下保持到规定的温度分布，然后以恒定的加荷速率对试样施加张应力，直到破坏。记录试样能承受的最大应力，通过计算可得试样的高温抗折强度，以判定试样的高温机械性能。

在上述标准中：规定了试样为长方体试样，其尺寸为125×25×25mm，规定了加热炉的升温速率最好为4-6℃/min，试验温度为100℃的倍数，保温后试样中间部位的温差不超过±2℃。规定了加荷机构的加载速率为：定形致密耐火制品：(0.15N.mm^-2.S^-1±10％)；隔热耐火制品：0.05N.mm^-2.S^-1±10％。

在加热过程中，耐火材料产品在受力时会产生形变。判定耐火材料产品所能承受应力的大小及其产生的变形量对耐火材料产品的使用寿命至关重要。相比之下，判定耐火材料产品在弹性变形内可承受的最大应力比判定该耐火材料产品所能承受的最大破坏应力更为重要。在实际的耐火材料应用中如炉顶的张应力、炉底的压应力、炉壁的剪应力都存在判知其应力应变关系的问题。

(三)发明内容：

为了解决目前耐火材料高温抗折强度试验机只能测试耐火材料在断裂时的最大应力而不能测试其变形量的问题，本发明提供一种能测量耐火材料试样在某一温度下应力-应变关系、耐火材料高温抗折强度及相应的最大变形量和耐火材料高温弯曲蠕变变形率的耐火材料高温弯曲应力应变测试仪。

本发明的技术方案是以下述方式实现的：一种耐火材料高温弯曲应力应变测试仪，它是在耐火材料高温抗折强度试验机上增加一示差机构用来测量高温下的变形量，其特征在于：该示差机构包括一随测试样品的变形而移动的内示差管、内示差管被支撑于外示差管内，外示差管上端紧抵在座砖下面，内示差管上端穿过座砖抵在试样下面、其下端与位移传感器连接。

示差机构下部被密封在与炉体连接的一密封箱内以便对试样进行气氛保护。

外示差管的下端放置于外示差管座上，外示差管座通过外示差管调节螺母及与其相连的跟随弹簧支撑于固定支架上，固定支架与炉底板连接。

内示差管下端连一内示差管座，内示差管座通过一内示差管跟随弹簧被支撑在内示差管调节螺母上，内示差管调节螺母与外示差管管座下端配合连接，内示差管座通过传感器固定螺钉与位移传感器外壳连接。

内示差管顶端封闭，内装测温热电偶。

座砖上面设有三组六个放不同间距的下刀口的凹槽以便根据试样大小调节下刀口的距离。

外示差管由Φ16×Φ12×320mm的刚玉管制成，内示差管由Φ8×Φ6×420mm的一端封闭的刚玉管制成；上刀口为由重结晶碳化硅材料制成的高强度耐高温压棒，位移传感器的量程为10mm，分辨率为1-20μm。

示差机构测量温度范围为25℃-1700℃，其测量变形范围为0～10mm，分辨率为1-20μm。

本发明的积极效果是：

1、本发明将加荷系统、加温系统及变形测量系统有机的结合在一起，实现了被测样品在受热状态下可以进行应力-应变性能的测试；

2、本发明所采用的示差机构能有效的消除在测量过程中温度对测量系统的干扰；

3、本发明所采用的加荷系统能完成多种方式加荷，例如一定的加荷速率、变动的加荷速率、往返加荷、保持恒定应力等，有效的保证了实验方法的实施。

4、本发明能够完成不同气氛下对样品的测试。

(四)附图说明

图1为本发明的剖面结构示意图。

图2为本发明与炉体、及各操作系统组装为一体的结构示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1、图2可以看出：本耐火材料高温弯曲应力应变测试仪，

由图1还可看出，压头1可以耐高温，可以对试样2施加应力。试样2的弯曲应力主要由压棒1、下刀口4、座砖5完成。施加的应力可以通过压棒1上方的传感器传送至计算机。

由图1还可看出，当试样受到应力时其必将发生弯曲变形。该变形可以带动内示差管6进行上下移动，该移动通过内示差管座12传递给-位移传感器16。位移传感器16将产生一电信号给计算机，从而测得试样2的高温弯曲变形。

由图1还可看出，外示差管7的上端通过-外示差管跟随弹簧10紧抵在座砖5的下平面。外示差管7的下端与-外示差管座11相连，外示差管座11通过-内示差管调节螺母13与位移传感器16的外壳相连，位移传感器16的外壳由螺钉15固定于示差机构的下端。如果要调节外示差管7对座砖5的跟随性，可以调节外示差管调节螺母9，将调节螺母9下调时跟随压力增大，反之减小。

由图1还可看出，示差机构是通过外示差管跟随弹簧10置于固定支架8上，固定支架8与炉底板17相连。

由图1还可看出，要调节内示差管6对试样2的跟随性，可以通过调节内示差管调节螺母13来完成，由于内示差管跟随弹簧14的弹性作用，向上则压力增大，反之则减小。

由图1还可看出，由于内示差管采用了相同的材质可以有效的消除炉底砖18的变形引起的测量误差，由于座砖5的变形量已知，在计算机中做了有效的背景扣除。故所测量的试样2的变形为试样的绝对变形量。下刀口4的间距可以为100mm，80mm，60mm。

由图2可以看出，变形测量示差机构置于测试耐火材料试样高温抗折强度功能的抗折仪下端的密封箱30内，外示差管由Φ16×Φ12×320mm的刚玉管制成，其上端抵住由高强度耐高温材料制作的座砖5的下平面，内示差管6由Φ8×Φ6×420mm的一端封闭的刚玉管制成，其上端抵于试样；位移传感器的量程为10mm，分辨率为20μm，其输出信号可被计算机采集。

由图2可以看出，应力应变的测量原理与图1相同。加荷系统为一安装于炉体28的杠杆系统，包括依次连接的调速电机19、传动丝杠20、加载法码21、杠杆22、连接在杠杆22上的力传感器23，压棒调长螺母25、水冷却环26，连接头27，炉体上装有接线铝排24、炉门33、炉门33与炉体之间设有密封条32；密封箱30上设有密封盖31；加荷速率由调速电机19来控制，当操作人员设定好参数后，计算机便能控制调速电机19的转速。从而控制了加载砝码21的前后运动速度，也就控制了加荷速率。该加荷系统的量程分为两档，即5KN，10KN，可以通过力量程调节孔34来实现；该加荷系统的力传感器为10KN的压力传感器，分辨率为1N，其力值可被计算机采集；上刀口为由重结晶碳化硅材料制成的高强度耐高温压棒，刀口半径为5mm；座砖5由刚玉材料制成，上面的3组凹槽间距为100mm，80mm，60mm，中心孔径为Φ10mm；下刀口4由刚玉材料制成，其规格为Φ10×50mm。在图2中，加热炉为一密封的炉体可通入不同的气体。试样2置于炉膛3的中心位置，炉膛3内的发热体29为电发热体；炉膛3内的温度最高可达1700℃，中心区温差为±5℃；炉膛内气体压力小于0.6Mpa。该加热炉的炉体外壳为金属外壳，能牢固连接加荷机构和变形测量机构，使仪器变为一个整体。

下面是对耐火材料样品三种性能测试的具体测试步骤：

例一：耐火材料高温弯曲应力应变关系的测试方法

1、制备试样：在二等高铝砖上切取25×25×125的长方体试样一块，用游标卡尺测量试样中部的宽度和高度，并将该数据输入计算机。

2、如附图2所示，把试样放入炉膛3内的下刀口支点4上，调整好内示差管6的高度，使其抵住试样下方，关好炉门33，打开主机电源开关。

3、在常温下以10N/cm².s的加荷速度对试样施加弯曲应力，当应力值达到8MPa时，立即以同样的速度释放应力，在此应力往复过程中，每隔1MPa记录一次试样的变形量，可得到在常温下二等高铝砖的应力应变曲线。

4、加热试样至200℃，并保温30分钟后以上述同样方法对试样进行应力往复实验，可得到200℃条件下的应力应变曲线。

5、以同样方法做400、600、800、1000、1200和1300(℃)的应力往复实验，由此可分别得到二等高铝砖在这些温度下的应力应变曲线。

6、根据不同温度下的应力应变曲线，可明显判断二等高铝砖的弹性范围是常温到400℃，塑性范围是600℃~1200℃，粘性流动温度开始于1300℃。

例二：耐火材料高温抗折强度及相应的最大变形量的测试：

1.步骤同例一之1、2。

2.按如下程序升温。0～1000℃：10℃/min；1000℃～1400℃：5℃/min；1400℃保温30min。当保温结束后，以10N/cm².S的加荷速率对试样加荷直到试样断裂，计算机将自动记录试样断裂时所承受的最大应力及相应的最大弯曲变形量。

例三：耐火材料高温弯曲蠕变变形率的测试

1.步骤同例一之1、2。

2.按如下程序升温和保温0～1000℃，10℃/min；1000℃～1300℃，5/min；1300℃。保温210min。

3、当保温时间到达30min时，以8N/cm².S的加荷速率对试样加荷，当应力值达到0.2Mpa时，停止加荷，在恒温恒压下观察并记录材料的弯曲变形与时间关系。

4、根据公式，计算耐火材料的高温弯曲变形率，计算公式如下：

$P(\%)=\frac{\mathrm{Ln}-\mathrm{Lo}}{\mathrm{Li}}\×100\%$

式中：P-弯曲蠕变变形率

      Li-试样的原始高度。

      Lo-试样在恒压开始时的变形量。

      Ln-试样恒压n分钟时的变形量。

Claims (9)

1、一种耐火材料高温弯曲应力应变测试仪，它是在耐火材料高温抗折强度实验机上增加一示差机构，其特征在于：该示差机构包括一随测试样品的变形而移动的内示差管(6)、内示差管被支撑于外示差管(7)内，外示差管上端紧抵在座砖(5)的下面，内示差管(6)上端穿过座砖(5)抵在试样(2)下面、下端与位移传感器(16)连接。

2、根据权利要求1所述的耐火材料高温弯曲应力应变测试仪，其特征在于：炉体(28)的下部连接有一密封箱(30)，示差机构下部被密封在密封箱(30)内。

3、根据权利要求2所述的耐火材料高温弯曲应力应变测试仪，其特征在于：外示差管(7)的下端放置于外示差管座(11)上，外示差管座通过外示差管调节螺母(9)及与其相连的跟随弹簧(10)支撑于支架(8)上，固定支架(8)与炉底板(17)连接。

4、根据权利要求3所述的耐火材料高温弯曲应力应变测试仪，其特征在于：内示差管(6)下端连一内示差管座(12)，内示差管座(12)通过一内示差管跟随弹簧(14)被支撑在内示差管调节螺母(13)上，内示差管调节螺母(13)与外示差管管座(11)下端配合连接，内示差管座(12)通过传感器固定螺钉(15)与位移传感器(16)外壳连接。

5、根据权利要求1-4中任一权利要求所述的耐火材料高温弯曲应力应变测试仪，其特征在于：内示差管(6)顶端封闭，内装测温热电偶。测试仪，其特征在于：内示差管(6)顶端封闭，内装测温热电偶。

6、根据权利要求5所述的耐火材料高温弯曲应力应变测试仪，其特征在于：在座砖(5)上面设有三组六个放不同间距的下刀口的凹槽。

7、根据权利要求6所述的耐火材料高温弯曲应力应变测试仪，其特征在于：外示差管(7)由Φ16×Φ12×320mm的刚玉管制成，内示差管(6)由Φ8×Φ6×420mm的一端封闭的刚玉管制成。

8、根据权利要求7所述的耐火材料高温弯曲应力应变测试仪，其特征在于：与下刀口(4)对应的上刀口为由重结晶碳化硅材料制成的高强度耐高温压棒(1)，位移传感器(16)的量程为10mm，分辨率为1-20μm。

9、根据权利要求8所述的耐火材料高温弯曲应力应变测试仪，其特征在于：示差机构测量温度范围为25℃-1700℃，其测量变形范围为0～10mm，分辨率为1-20μm。

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