蠕变机理

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蠕变断裂机理

蠕变断裂机理

蠕变断裂是一种在高温、高应力条件下发生的材料失效模式。

它通常发生在金属和合金等结构材料中,由于长时间的持续加载或周期性加载,导致材料逐渐产生塑性变形和应力集中,最终引起断裂。

蠕变断裂机理涉及以下几个关键因素:1. 高温:蠕变断裂通常在高温环境中发生,因为高温会促使材料分子间的原子扩散加剧,从而引发材料的塑性变形。

2. 应力:蠕变断裂需要存在足够高的应力水平,这可以是静态应力或动态应力。

在高温下,材料受到的应力会导致塑性变形,同时引起晶粒滑移和亚晶界滑移。

3. 时间:蠕变断裂是一个时间依赖的过程,它通常需要较长时间的持续加载或周期性加载。

在高温下,长时间的持续加载会使材料发生蠕变变形,逐渐累积应力,导致断裂。

4. 材料的本质特性:材料的化学成分、晶体结构、晶粒尺寸、缺陷等因素都会影响蠕变断裂的发生。

一些材料具有更好的抗蠕变性能,例如高温合金和特殊钢。

在蠕变断裂过程中,通常会出现以下几个阶段:1. 初期变形:开始加载后,材料会发生弹性变形,应力逐渐增加。

随着时间的推移,塑性变形开始显现,晶粒滑移和亚晶界滑移活动增加。

2. 稳定蠕变:在一定的应力水平下,材料的蠕变速率趋于稳定,达到一个平衡状态。

此时,塑性变形和应力累积仍然存在,但没有明显的断裂迹象。

3. 加速蠕变:当应力继续增加或超过临界值时,蠕变速率会加速增大。

这是由于应力集中和局部组织损伤的增加,导致断裂的风险增加。

4. 断裂:最终,在应力和时间的作用下,材料无法承受继续蠕变的负荷,出现断裂。

断裂可能发生在晶粒边界、亚晶界或位错堆积处。

蠕变断裂是一个复杂的过程,受多种因素的影响。

为了预防和延缓蠕变断裂的发生,需要选择合适的材料、设计合理的结构和加载条件,并进行适当的监测和维护。

1。

金属材料高温蠕变机理研究

金属材料高温蠕变机理研究

金属材料高温蠕变机理研究金属材料在高温环境下,常常会出现高温蠕变现象,这是一种非常特殊的力学行为,能够对材料的使用寿命和性能产生较大的影响。

因此,深入研究金属材料高温蠕变机理,对于提高材料的使用寿命和性能,具有重要的理论和实践意义。

一、高温蠕变现象高温蠕变现象是指在高温下,应力作用下金属材料会产生时间依赖性变形,即随着时间的延长,变形程度不断增加的现象。

蠕变现象是一种特殊的塑性变形,其变形速率很慢,变形量很大,可以超过材料的弹性极限,材料在蠕变条件下会从初期弹性变形转化为塑性变形,最终导致材料失效。

二、高温蠕变机理金属材料高温蠕变机理主要有三种:位错滑移、晶间滑移和鬼畜现象。

1. 位错滑移位错是材料中的一种塑性畸变结构,是材料塑性形变的原因和产物。

位错滑移是一种塑性变形机制,指的是晶体中位错沿着晶面滑动而产生塑性变形的过程。

材料在高温环境下被大应力作用下,位错活跃化并开始滑动,从而引起高温蠕变。

2. 晶间滑移晶间滑移是指晶体中的两个相邻晶格之间发生位移,导致蠕变的现象。

在高温下,金属材料结构疏松,晶体间距大,晶格剪应力对材料的影响变大,从而导致晶间滑移,进而引起蠕变。

3. 鬼畜现象鬼畜现象是一种在应变速率较慢时会发生的非晶形成现象,又称为非晶化现象。

鬼畜现象通常发生在普通合金和高温合金中,而不是在单质金属中。

鬼畜现象导致高温材料出现局部非晶化,增加了材料的塑性,缩短了动态拉伸的时间。

三、高温蠕变机理研究的意义随着工业技术的不断发展,金属材料的使用温度越来越高,高温蠕变问题也越发突出。

高温蠕变机理研究的意义在于可以有效地提高材料的使用寿命和性能,减少材料的失效率,并能够为高温材料的制造提供更加科学化的方案。

通过深入研究高温蠕变机理,可以为金属材料的制造提供依据,从而有效地增强材料的耐高温性能。

同时,还可以进一步完善金属材料的工艺流程,改进金属材料的生产技术,使得材料的质量更为稳定可靠,提高了产业发展的保障。

金属材料的高温蠕变与失效机理

金属材料的高温蠕变与失效机理

金属材料的高温蠕变与失效机理金属材料作为工业领域中使用最广泛的材料之一,已经得到了广泛的应用。

在高温环境下,金属材料的高温蠕变是一个常见的失效模式。

传统的高温合金通常采用了一种强化技术来提高其耐蠕变性能,但是这种耐蠕变性能仍然存在一定的限制。

本文将探讨金属材料在高温环境下的蠕变失效机理,以及一些不同类型的强化技术和材料。

高温蠕变与失效机理高温蠕变是指在高温环境下,由于材料的应力应变过大,导致材料的失效。

高温蠕变主要包括两种类型:一种是形变蠕变(dislocation creep),另一种是胀变蠕变(diffusional creep)。

形变蠕变是由于材料的晶格中位错的弥散和交换形成的。

当位错从它们的平衡位置上偏移时,它们在材料内部会发生滑移。

由于位错相互干扰会产生阻力,所以材料的形变也会导致局部的漂移。

胀变蠕变是由于材料在高温条件下形成了一些小孔,这些小孔会使得材料发生体积变化。

不同类型的蠕变机理对不同类型的材料有不同的影响。

在某些材料中,比如单晶的镍基高温合金中,形变蠕变是最主要的蠕变失效机理。

而在其它材料中,比如多晶的合金,胀变蠕变是主要的蠕变失效机理。

强化技术与材料在高温蠕变方面,以往经验表明,金属材料在高温下的蠕变失效与它们的晶粒尺寸,晶界强度,位错密度等多种因素都有关系。

因此,为了提高金属材料在高温环境下的耐蠕变性能,可以采用一些不同的强化技术和材料。

第一种强化技术是制备多晶材料。

它可以通过控制晶粒尺寸,晶界能,晶界角度等多种参数来控制合金的微观结构和性能。

通过在含有晶界的合金中添加强固化元素,可以显著提高合金的耐蠕变性能。

第二种强化技术是通过添加微合金元素来改善合金的微观结构和性能。

比如,在镍基高温合金中添加微量的铝和钛元素可以显著提高合金的高温蠕变强度和延展性。

这是因为这些元素可以合成高强的γ'相,而γ'相的粒子减缓了位错的滑移和晶界上的微塑性。

第三种强化技术是采用处理工艺,比如提高材料的冷加工程度、热加工程度等来提高合金的微观结构和性能。

蠕变断裂机理

蠕变断裂机理

蠕变断裂是一种在高温和高应力环境下常见的材料破坏形式。

它是由于材料长时间在高温下受到持续应力加载而引起的塑性变形累积,最终导致材料失效的现象。

蠕变断裂机理的研究对于确保结构的安全和可靠至关重要。

本文将对蠕变断裂的机理进行详细介绍,并提供相关的研究成果和实例。

首先,蠕变断裂的机理可以分为三个主要阶段:蠕变、蠕变疲劳和断裂。

在高温下,材料中的原子和晶格发生扩散运动,造成材料的塑性变形。

这种塑性变形在持续应力加载下会不断积累,导致材料的变形速率逐渐增加。

当变形达到一定程度时,材料会出现蠕变疲劳现象,即变形速率开始急剧增加。

最终,当材料无法承受变形和应力的进一步积累时,发生断裂。

其次,蠕变断裂机理受多种因素的影响。

首先是温度。

高温环境下,材料的扩散速率增加,导致蠕变速率加快。

其次是应力。

材料在高应力下容易发生蠕变断裂,应力越大,蠕变速率越快。

此外,材料的化学成分、晶体结构和微观缺陷等也会对蠕变断裂的机理产生影响。

进一步研究表明,蠕变断裂机理主要与晶界滑移、位错运动和晶粒长大等相关。

晶界滑移是指晶界上的原子通过扩散和迁移来改变晶粒的形状。

位错运动是指晶体中的位错通过位错线的移动来引起塑性变形。

晶粒长大是指晶体内部的晶粒通过吸收周围的小晶粒来增长。

这些过程共同作用,导致材料的塑性变形和蠕变断裂。

在实际工程中,蠕变断裂的研究对于确保材料和结构的安全至关重要。

例如,在航空航天、核能和石油化工等领域,高温和高应力环境下的材料失效可能导致严重的事故和损失。

因此,研究人员通过实验和数值模拟等手段,探索不同材料在不同工况下的蠕变断裂行为,以提高结构的耐久性和可靠性。

总之,蠕变断裂是一种在高温和高应力环境下常见的材料破坏形式。

它的机理涉及材料的塑性变形、蠕变疲劳和最终的断裂过程。

温度、应力、化学成分、晶体结构和微观缺陷等因素都会对蠕变断裂机理产生影响。

深入研究蠕变断裂机理对于确保结构的安全和可靠至关重要,可以通过实验和数值模拟等手段进行进一步的研究。

橡胶蠕变判定标准

橡胶蠕变判定标准

橡胶蠕变判定标准
一、橡胶蠕变的机理
橡胶材料的蠕变主要是由于聚合物链的长期受力而导致的链松弛和分子间滑移。

在长期受
力下,橡胶分子链会逐渐发生形变,导致材料的体积和形状发生变化。

这种变形是一个时
间依赖的过程,可以用蠕变曲线表示。

二、橡胶蠕变的影响因素
1. 温度:温度是影响橡胶蠕变的重要因素,通常情况下,温度越高,蠕变速率越快。

2. 应力水平:应力水平越高,橡胶材料的蠕变速率也越快。

3. 时间:长期受力会导致橡胶材料发生蠕变,因此时间也是一个重要因素。

4. 气候条件:不同气候条件下,橡胶材料的蠕变性能也会有所不同。

三、橡胶蠕变的判定标准
为了评估橡胶材料的蠕变性能,制定了一系列的判定标准,其主要内容如下:
1. 蠕变实验:通过蠕变试验来测定橡胶材料的蠕变性能。

2. 蠕变曲线:绘制蠕变曲线来描述橡胶材料的蠕变过程。

3. 蠕变速率:通过计算蠕变速率来评估橡胶材料的蠕变特性。

4. 蠕变变形:衡量橡胶材料蠕变后的变形情况,确定是否达到了允许的变形范围。

5. 蠕变寿命:通过蠕变试验来评估橡胶材料的使用寿命。

综上所述,橡胶蠕变是橡胶材料在长期受力下发生的变形现象,其机理复杂,影响因素多。

为了准确评估橡胶材料的蠕变性能,制定了一系列的判定标准。

只有对橡胶材料的蠕变性
能加以评估和监测,才能保证橡胶制品在使用过程中不会因蠕变而失效,确保工程的安全
和稳定。

金属材料蠕变范文

金属材料蠕变范文

金属材料蠕变范文金属材料蠕变是指金属在高温下受到持续应力作用而发生的塑性变形现象。

蠕变的研究对于提高材料的工作温度范围和延长设备的使用寿命具有重要的意义。

本文将从蠕变的机理、影响因素以及防控措施等方面进行探讨,以便更深入地了解金属材料蠕变问题。

首先,我们来了解蠕变的基本机理。

蠕变是金属材料在高温下的塑性变形,其机理主要包括原子扩散和位错滑移。

在高温下,金属内部的原子具有较大的热运动能力,容易发生扩散现象。

同时,位错滑移也是蠕变的重要机制,位错在晶体中的移动和重组导致了金属的塑性变形。

这两种机制的相互作用共同促成了金属材料的蠕变。

其次,影响金属材料蠕变的因素较多。

首先是温度的影响。

随着温度的升高,原子的热运动增强,扩散速率加大,位错滑移的速度也会增加,进而导致蠕变速率的加快。

其次是应力的影响。

应力是促使蠕变发生的动力,过大的应力会加速蠕变的发生,而适当的应力可以通过阻止位错的运动来减缓蠕变速率。

此外,材料的微观结构、成分、载荷的持续时间等因素也会对金属材料的蠕变产生影响。

针对金属材料蠕变问题,我们可以采取一些防控措施。

首先是降低工作温度。

选择合适的金属材料,能够在较低的温度下满足工艺要求,从而减小蠕变的风险。

其次是降低应力。

设计时要充分考虑材料的受力情况,采用合适的支撑结构,增加材料的承载能力,减少应力集中。

此外,还可以通过添加合适的合金元素或采用表面处理等方式改善材料的抗蠕变性能。

同时,定期进行监测和检测,及时发现和解决蠕变问题,对于延长设备的使用寿命具有重要的意义。

然而,即使采取了上述防控措施,金属材料蠕变仍然是一个不可避免的问题。

因此,我们还需要继续深入研究蠕变机理,开发新型的金属材料,提高材料的抗蠕变能力。

通过探索蠕变的微观机理,我们可以在材料设计、合金设计以及工艺控制方面做出更具针对性的优化,从而提高材料的工作温度范围和使用寿命。

综上所述,金属材料蠕变是一个重要的材料科学问题,对于提高材料的工作温度范围和延长设备的使用寿命具有重要的意义。

蠕变变形机理

蠕变变形机理

蠕变变形机理蠕变变形是一种材料在高温和恶劣环境下发生的塑性变形现象。

它是由材料内部微观结构的改变所引起的,具有一定的可逆性和不可逆性。

本文将从蠕变变形的定义、机理、影响因素以及应用等方面进行阐述。

蠕变变形是固体材料在高温下由于内部晶格结构的变化而引起的塑性变形。

蠕变变形机理主要有晶体滑移、晶粒边界滑移和扩散等。

晶体滑移是指晶体中的位错沿特定晶面和晶轴方向滑动,从而引起材料的塑性变形。

晶粒边界滑移是指晶体之间的位错滑动,晶粒与晶粒之间发生相对位移,导致材料的变形。

扩散是指材料中原子的相互迁移,在短时间内发生的微观结构的变化。

蠕变变形的机理主要与材料的温度、应力、时间和材料的微观结构等因素有关。

高温是引起蠕变变形的主要因素,因为高温会使材料的晶格结构发生变化,增加了位错的运动和晶粒边界的滑移。

应力是指施加在材料上的力,它会使位错发生运动,从而引起材料的塑性变形。

时间是影响蠕变变形的另一个重要因素,长时间的作用会使材料发生较大的塑性变形。

材料的微观结构也会影响蠕变变形的发生,晶粒的大小、晶界的特性以及杂质的存在都会影响蠕变变形的程度和速率。

蠕变变形在工程中具有重要的应用价值。

例如,在航空航天领域,高温合金材料可以在高温和高应力环境下保持较好的力学性能,从而保证航空发动机等关键部件的正常运行。

在能源领域,蠕变变形的研究可以帮助改进材料的耐热性能,提高能源装置的效率和寿命。

此外,蠕变变形还在材料加工和制备领域有着广泛的应用,例如高温变形、热处理和材料改性等。

蠕变变形是一种重要的材料塑性变形现象,其机理涉及晶体滑移、晶粒边界滑移和扩散等多个方面。

蠕变变形的发生受到温度、应力、时间和材料微观结构等因素的影响。

蠕变变形在航空航天、能源和材料加工等领域具有重要的应用价值。

随着科学技术的不断发展,对蠕变变形的研究将进一步深化,为材料设计和工程应用提供更好的支持和指导。

轴承外圈蠕变机理

轴承外圈蠕变机理

轴承外圈蠕变机理轴承是机械设备中非常重要的元件,广泛应用于各种旋转设备中,如汽车发动机、风力发电机组等。

轴承的外圈是承受着巨大载荷和旋转力矩的部分,因此其材料和结构设计至关重要。

然而,在长时间高负荷运转下,轴承外圈可能会发生蠕变现象,影响轴承的性能和寿命。

因此,了解轴承外圈蠕变机理对于轴承的设计和维护具有重要意义。

轴承外圈蠕变是指在长时间高负荷运转下,轴承外圈表面出现塑性变形的现象。

蠕变是固体材料在高温下受到应力作用而发生的非弹性变形。

在轴承工作时,由于外圈承受着旋转力矩和径向载荷,导致外圈表面出现高应力区域,而在高温下,材料的塑性变形能力增强,从而发生蠕变现象。

轴承外圈蠕变的机理较为复杂,主要包括应力积累和塑性变形两个过程。

首先是应力积累过程,即外圈在长时间高负荷下受到应力作用,引起应力积累。

应力积累会导致外圈表面应力集中,形成高应力区域。

当高应力区域超过材料的屈服强度时,就会引发塑性变形,即蠕变。

塑性变形是轴承外圈蠕变的关键过程。

在高应力区域,材料开始发生塑性变形,形成塑性流动。

塑性变形的机制有两种,一种是晶体的滑移和滑移带的形成,另一种是晶界的滑移和晶界滑移带的形成。

晶体滑移是指晶体中原子沿着特定晶面滑移,而滑移带是晶体中滑移面的集合。

晶界滑移是指晶界上的原子沿着晶界面滑移,晶界滑移带是晶界上滑移面的集合。

轴承外圈蠕变的机理与材料的力学性能和工作条件有关。

材料的屈服强度决定了外圈能够承受的最大应力,而工作温度则影响了材料的塑性变形能力。

当外圈承受的应力超过材料的屈服强度时,就会引发蠕变现象。

此外,工作温度的升高会加速材料的塑性变形,从而加剧蠕变现象。

为了减轻轴承外圈蠕变的影响,可以采取一些措施。

首先是选择合适的材料。

轴承外圈材料应具有较高的屈服强度和较好的抗蠕变性能,例如使用高强度钢或合金材料。

其次是加强润滑和冷却。

良好的润滑和冷却可以降低轴承外圈的工作温度,减缓材料的塑性变形速度,从而延缓蠕变的发生。

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镁质耐火材料高温蠕变特性的研究现状张国栋1)游杰刚1)刘海啸1)罗旭东1)袁政禾2)1)辽宁科技大学鞍山1140442)鞍钢集团耐火材料公司鞍山114001摘要:本文介绍了镁质材料高温蠕变特性的研究现状,并对镁质耐火材料的高温蠕变特性的理论进行了阐述,同时指出了将镁质蓄热材料用在高炉热风炉上的可行性。

关键词:镁质材料蠕变特性研究现状1、引言高炉生产的大型化发展,要求热风炉向着高风温和长寿命的方向发展,为了实现这一目标,除了热风炉本体的大型化与更合理的结构以外,作为热风炉中的关键材料之一——蓄热材料的发展将直接影响到热风炉的使用温度和使用寿命。

而高炉热风炉对耐火材料的要求是:蓄热体各层材料的选择必须要在相应的使用温度下有很好的抗压,蠕变性能,抗碱金属蒸气与烟尘侵蚀性能,抗温度急变而不破坏的性能;蓄热体砖要有足够高的换热表面积以及有利于热交换的几何形状;蓄热体材质要尽可能高的导热系数以及材料体积比热容。

目前,我国采用以Al2O3-SiO2系材料的系列低蠕变砖,在热风炉的顶部和隔墙及蓄热室的上部采用优质硅砖,中部应用不同牌号的低蠕变高铝砖,下部采用低蠕变粘土砖。

镁质材料与高铝质和硅质材料相比具有良好的蓄热性能和热导率以及很强的抗渣侵蚀性能;这些特点有利于热风炉的高炉的大风量高风温的操作和降低高炉焦比,提高高炉利用系数,增加生铁产量。

但是,镁质材料的热震性能差、抗压蠕变性能不好,因此限制了这类材料在热风炉上的使用。

所以,提高和改善镁质材料的这两方面性能是将镁质材料应用到热风炉上的关键。

因此研究镁质材料的高温蠕变性能对扩大我国镁资源综合利用和炼铁产业有着重大的意义。

2、蠕变理论高温蠕变理论是在对多种金属所作的完整的蠕变试验的基础上建立起来的。

材料的高温蠕变是指材料在恒定的高温和一定的荷重作用下,产生的变形和时间的关系[1]。

由于施加的载荷不同,耐火材料的高温蠕变可以分为高温压缩蠕变、高温拉伸蠕变、高温抗折蠕变、高温扭转蠕变等。

其中压缩蠕变和抗折蠕变容易测定,所以应用较为普遍。

但是实际材料的检测中多使用高温压缩蠕变来评价。

高温蠕变通常用变形量与时间的关系曲线(蠕变曲线)表示。

典型耐火材料的高温蠕变曲线可以分得三个阶段,如图所示:图1 典型高温蠕变曲线 第一阶段蠕变为第1次蠕变,又可称为初期蠕变或减速如变,其蠕变曲线的斜率d dtε(蠕变速率)随时间的增加而减小,曲线愈来愈平缓;第二阶段蠕变为第2次蠕变,又称为均速蠕变或稳态如变,其应变速度和时间无关,几乎保持不变,此速率为蠕变曲线中的最小速率;第三阶段蠕变为第3次蠕变,又称加速蠕变阶段,该阶段应变速率迅速增加直至材料损坏。

蠕变理论的基础是晶体缺陷的运动,各种形式的晶体缺陷的运动都与热活化控制相关。

针对材料的高温蠕变,研究人员进行了大量的相关研究。

并提出了解释材料产生蠕变的三种机理[1,2,3,4]:1)扩散蠕变机理,该机理认为材料内部的空位浓度差是产生蠕变的主要原因;并且认为空位浓度的变化量与材料的外加应力成正比,同时晶界对空位的消失和产生起主要作用;2)位错运动机理;该机理认为材料的蠕变是材料内部离子间的库仑力作用的结果;同时指出了材料在高温和低温时蠕变的速度和应力的关系是不同的;3)晶界滑移机理;该理论指出:材料的蠕变与材料中的液相的关系。

当材料中不存在液相时,蠕变速率与应力的平方成正比,并且晶界旁边的位错变形支配整个过程;当材料中存在液相时,材料的蠕变速率与应力的一次方成正比。

一般认为[5],陶瓷和耐火材料的蠕变变形ε是应力σ、时间t 、温度T 及材料结构因素S 的函数:时间 (time)ε=( , t, T, S)f σ其中,材料结构因素S 包括材料的宏观结构(即晶粒尺寸、气孔率、相分布等)和微观结构(即晶体结构、点缺陷、位错结、空位集团等)。

扩散、位错和晶界滑移等理论模型都是基于单相料建立的,只含一个最简单的结构因子——颗粒尺寸。

单材料在蠕变试验过程中只有晶粒长大对蠕变速率的影响,多相耐火材料还包括不同相的界面状态、相变和化学反应的影响。

因而,到目前为止,讨论耐火材料的蠕变机理仍然还是一件十分复杂和困难的事情[7]。

3、 影响耐火材料高温蠕变的因素影响耐火材料高温蠕变的因素是多方面的,而且许多因素又是相互联系在一起的。

影响耐火材料蠕变变形的因素主要有以下几点[1.6]通常认为:耐火材料的化学——矿物组成及其显微结构决定了材料的抗蠕变性能。

一般说来,当材料的使用温度升高,时间增加,荷重增大时,材料的蠕变变形会增大;当材料的材质、温度和荷重一定时,蠕变变形量和时间的平方根成反比;在相组成基本确定的条件下,体积密度高、耐压强度大、气孔率低的制品,其抗蠕变性能较好;高温使用过程中材料中的晶相和液相的相对含量与分布状态,以及液相的黏度与对晶相的润湿性能对材料的高温蠕变性能影响很大,当温度升高,液相量的数量增加时,蠕变率增加,当液相不润湿晶相时,晶相之间能形成直接结合时,材料的蠕变变形小,当液相能润湿晶相,晶相之间不能形成直接结合时,材料的蠕变变形大;随着材料中气孔率的增加,材料承受有效载荷的面积减少,材料的蠕变变形增加;材料中晶粒尺寸越小,材料的蠕变率越大,所以单晶材料的抗蠕变率高于多晶材料。

4、 镁质耐火材料高温蠕变性能的研究现状从研究影响材料的蠕变因素着手,研究者在镁质材料的生产工艺、化学组成、使用条件 材质 温度荷重 时间气氛性质化学组成 矿物组成微观结构(气孔和晶粒的大小、形状与分布)矿物组成,微观结构等方面进行了大量的研究。

刘大成[8]指出:增大镁砖中镁砂的临界尺寸有利于改善材料的蠕变;增加晶体的尺寸,有利于改善材料的蠕变,当镁铝尖晶石晶粒尺寸为2~5um 时,d dtε=26.3×10-5,而当晶粒尺寸为1~3mm 时,d dtε=0.1×10-5;指出液相的多少和黏度对材料的蠕变产生的重要影响;第二晶相的引入,有利于改善材料的蠕变;同时得出了材料中的气孔与材料的高温蠕变的关系:213(1)d p dtε-∝-,式中的p 为材料的气孔率; 同时指出:为了改善材料的高温蠕变性能,应从改善材料的液相组成、材料的烧成工艺与材料的使用条件着手。

石干和孙庚辰[9]通过研究工艺条件变化对镁质材料蠕变性能的影响得出:采用镁砂为主要原料,通过添加煅烧氧化铝细粉在高温形成原位镁铝尖晶石,可以有效的阻止方镁石晶粒的滑移,提高材料的蠕变性能;而预反应每铝尖晶石细粉的加入无助于提高材料的抗蠕变性能;镁砂的纯度越高,材料的抗蠕变性越强;采用不同种类的镁砂以及预合成尖晶石、煅烧氧化铝细粉等为原料,可制备不同使用温度的系列低蠕变镁质耐火材料制品。

木村修七等人[10]研究了添加剂对氧化镁的高温蠕变后指出:B 2O 3和SiO 2的液相存在晶界的系统中,随着液相量的增加,蠕变速率增加;在镁质材料中,当CaO 的量稍有增加时,材料的蠕变速度变化不大,但是在白云石砖中,随着CaO 的增加,材料的蠕变速率增加迅速;当Fe 2O 3从0.5%增加到1.5%时,材料的蠕变速度增加了4倍。

洪学勤的研究认为:在镁砖种SiO 2含量从0.3%增加到0.85时,蠕变强度并未发生明显的变化,但在CaO/SiO 2比增加到2. 5以上时,抗蠕变性迅速降低;当Fe 2O 3含量从0.5%增加到1.5%时,蠕变量增大约一个数量级,原因是因为Fe 2O 3会提高镁砖中硅酸盐相对晶粒的润湿性,减少晶相结合,从而降低镁砖的抗蠕变强度;在高纯镁砂中加入0.1%的Cr 2O 3就能使材料的蠕变速率大大降低,其高温蠕变速率比纯MgO 的蠕变速率还低一个数量级,原因是,Cr 2O 3会增加MgO 与C 2S 之间的结合程度;在MgO 含量约为96%的镁砂中加入<6%的锆英石(ZrSiO 4),结果发现镁砂的结合相发生了改变,CMS (14989C)等低熔点相转变为CaZrO 3, M 2S 和立方ZrO 2等高温相,若ZrSiO 4的加入量>9%时,会使镁砂的气孔率升高,抗蠕变性能显著降低。

辽宁科技大学近几年对MgO-MgO·Al2O3复合材料的研究表明[11]:方镁石—尖晶石的热容和导热系数高于低蠕变高铝砖、热膨胀性能和低蠕变高铝砖相近,完全可以用于热风炉。

5、结束语镁质耐火材料的蠕变性能取决于它本身的显微结构特征,即主要依赖于两个因素:一是材料在高温下的液相的数量和粘度,另一个是晶体间结合的程度和方式。

目前在这方面的研究已取得了一些进展,但是镁质耐火材料的蠕变机理和各种添加剂对镁质材料的蠕变性能的影响还缺乏进一步的研究,这也可以作为我们今后努力的一个方向,同时要想将这种材料应用到高炉热风炉上,还必须得到钢铁设计院工程设计师们的认可和支持。

参考文献[1] 王维邦. 耐火材料工艺学. 北京:冶金工业出版社. 1994[2] V ASUDEV A, MORE K L, AILEY-TRENT K S, et al. Kinetics and mechanisms of high-temperature creep in polycrystalline aluminum ni-tride[J]. J Mater Res, 1993, 8(5): 1101–1108.[3] WERESZCZAK A A, KIRKLAND T P, CURTIS W F. Creep of CaO/SiO2 -containing MgO refractories [J]. J Mater Sci, 1999, 34(2): 215–227.[4] DIXON-STUBBS P J, WILSHIRE B. High temperature creep behavior of a fired magnesia refractory [J]. Trans J Br Ceram Soc, 1981, 80(5):180–185.[5] KingeryWD.陶瓷导论.北京:中国建筑工业出版社,1982[6] 孟卫松朱伯铨Al2O3-SiO2系低蠕变耐火材料的研究现状和进展耐火材料2004, 38 (2):130~132[7] 张文会译.耐火材料的蠕变特性.国外耐火材料,1979,13 (6):47~54[8] 刘大成.高温结构陶瓷的高温蠕变.中国陶瓷,1997, l3 (5):36~40[9] 石干,孙庚辰.抗蠕变镁质耐火制品的研究,第五届国际耐火材料学术会议论文集,中钢集团洛阳耐火材料研究院,2007.75~77[10] 刘阿一译,氧化物的高温蠕变,国外耐火材料.1989. 4.62~68[11] 张国栋,刘海啸,游杰刚等.高炉热风炉蓄热体材料的研究与开发,第五届国际耐火材料学术会议论文集,中钢集团洛阳耐火材料研究院,2007.209~212蠕变机理1.1位错运动理论该理论认为,耐火材料及陶瓷中的位错在低温下受到障碍而难以发生运动,但在高温下原子热运动加剧,可以使位错从障碍中解放出来而发生蠕变,温度升高位错运动加剧可出现位错沿滑移面运动的滑移和位错垂直于滑移面运动的攀移,从而导致材料宏观上的变形,攀移过程通过扩散进行。

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