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耐火材料高溫力學(xué)性質(zhì)--高溫蠕變性

（1）高溫蠕變的定義、測(cè)定與分類

高溫蠕變性：是指在恒定高溫和一定的荷重作用下，材料產(chǎn)生的變形與時(shí)間的關(guān)系?；蛘吆?jiǎn)述為：承受應(yīng)力的材料隨時(shí)間變化而發(fā)生的高溫等溫變形。

蠕變：材料在高溫下承受小于其極限強(qiáng)度的某一恒定荷重時(shí)，產(chǎn)生塑性變形，變形量會(huì)隨時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸增加，甚至?xí)共牧掀茐牡默F(xiàn)象。

高溫窯爐的使用壽命有的長(zhǎng)達(dá)幾年，甚至十幾年。最終，耐火材料的高溫?fù)p毀并不是因強(qiáng)度原因破壞，而是高溫、強(qiáng)度、時(shí)間三者綜合作用的結(jié)果。例如，熱風(fēng)爐的格子磚經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的高溫工作，特別是下部的磚體在荷重和高溫的作用下，磚體逐漸軟化產(chǎn)生塑性變形，強(qiáng)度下降直至破壞；特別注意的是，因溫度、結(jié)構(gòu)的不均勻，部分磚體塑性變形嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致窯爐構(gòu)筑體的整體性破壞。

高溫蠕變技術(shù)指標(biāo)，反映了耐火材料在長(zhǎng)時(shí)間、荷重、高溫等條件下工作的體積穩(wěn)定性。根據(jù)工作條件的不同，高溫蠕變技術(shù)指標(biāo)又分為高溫壓縮蠕變、高溫拉伸蠕變、高溫抗折蠕變、高溫扭轉(zhuǎn)蠕變等。常用的是高溫壓縮蠕變，其測(cè)定也較容易。

高溫蠕變性能的測(cè)定是在較短的時(shí)間內(nèi)，強(qiáng)化荷重與溫度，所獲得的變形率ε（%）與時(shí)間（h）的關(guān)系曲線，稱之為蠕變曲線。

高溫壓縮蠕變測(cè)定：試樣為帶中心孔的圓柱體，尺寸為高H = 50mm，直徑D = 50mm，中心孔的直徑d孔=12 ~ 13mm；恒溫時(shí)間一般為25h、50h或100h；每5h測(cè)定計(jì)算一次蠕變率ε。

圖1-13為典型的高溫蠕變曲線，曲線劃分為三個(gè)特征階段。曲線的第一階段為1次蠕變（或初期蠕變、減速蠕變），該曲線斜率dε/dt隨時(shí)間增加而趨于減小，曲線漸趨平緩；第一階段需時(shí)較少。第二階段為2次蠕變（或粘性蠕變、均速蠕變、穩(wěn)速蠕變），其蠕變速率保持基本不變，幾乎與時(shí)間無關(guān)；第二階段耗時(shí)多，是曲線中的最小速率階段。第三階段為3次蠕變（或加速蠕變），蠕變速率迅速增加直至試樣損壞。

對(duì)于某一確定的材料而言，其蠕變曲線不一定的完全具有上述三個(gè)階段。不同材質(zhì)的材料、測(cè)定的條件不同（溫度、荷重各不同），曲線的形狀也不相同。

例如，根據(jù)在200kPa(2kg/cm2)的荷重和不同溫度下，對(duì)粘土磚、高鋁磚和硅磚所測(cè)得的蠕變曲線，蠕變曲線的形狀可分為如下幾種類型：

1）初期蠕變后基本上不再產(chǎn)生變形：與圖中最下方虛線曲線的形狀近似；

2）初期蠕變后，繼續(xù)發(fā)生勻速蠕變：與圖中自下而上的第四條實(shí)線曲線形狀近似；

3）初期蠕變和勻速蠕變后，發(fā)生加速蠕變：與圖中自下而上第五條實(shí)線曲線形狀近似；

4）初期蠕變后，直接進(jìn)行加速蠕變：與圖中自下而上的第六條實(shí)線曲線形狀近似。