химический каталог




Технология огнеупоров

Автор К.К.Стрелов, П.С.Мамыкин

торое обычно наступает после небольшой упругой (обратимой) деформации и незначительной по величине пластической (необратимой).

В пределах упругой деформации к огнеупорам применим закон Гука (1660 г.), согласно которому

1?? = ?/? = ?; а = вЕ, (11.22)

21

где ? — модуль упругости, Па; ? — относительная деформация; о — напряжение, Па.

Упругая деформация связана с увеличением расстояний между атомами вещества при приложении нагрузки и зависит от энергии кристаллической решетки. Эта связь выражается зависимостью модуля упругости от температуры плавления.

Теоретическая прочность ??, подсчитанная по силе межатомной связи кристаллических оксидов и оксидных стекол, составляет 10— 100 ГПа.

"Величина модуля упругости для этих материалов лежит в интервале 10—50 ГПа, таким образом ??«?/10.

Модуль упругости двухфазных материалов Еи2 при близости коэффициентов Пуассона у фаз является аддитивным Е2:

??*=???? + ?*?* (11.23) где V\, V2 — объемные доли фаз.

Зависимость ? от общей пористости выражается формулой ¦ = JEO (I — 1,9/7 — 0,9/7^, (Ц.24)

где Еп, Е0— модули пористого и абсолютно плотного материала; Я — общая пористость в долях единицы.

С повышением температуры модуль упругости незначительно снижается и лишь при высоких температурах снижается резко.

Рис. п.4. Схематическое изображение

деформации огнеупоров:

а — кривая деформации; б — точка разрушения; осж — предел прочности при

разрушении; ? „— деформация

У огнеупоров обычно наблюдается отклонение от линейной зависимости o-=f(e), не связанное с энергией решетки, а зависящее от структуры материала. Поэтому у огнеупоров определяют два модуля; касательный ?=tga (рис. II.4) и секущий K=tgp\ называемый также модулем деформации. Модуль деформации ие имеет физического смысла и зависит от условий испытания, но отношение E/V может служить показателем структуры. Если Vim(E/V)-*-l, структура стремится к однородности. У магнезитовых обожженных изделий ?/У=2,2-нЗ,0, а у магнезитохромитовых ?/К=3-н15.

Механическая прочность огнеупорных изделий при обыкновенной температуре характеризуется пределом прочности при сжатии Ост: для обычных изделий осж составляет 20—50 МПа, для плотных 50—100 МПа.

Прочность огнеупоров при деформациях изгиба оИЗг и растяжения Орас находится в следующей сугубо ориентировочной зависимости от предела прочности прн сжатии: 0иаг» (0,3—0,2)ос»; Орас*-» «(0,16—0,12)осж.

Из приведенных значений видно, что практическая прочность огнеупоров на 2—3 порядка ниже теоретической.

22

2. ТЕОРИЯ ГРИФФИТСА

Разница между теоретической и практической прочностями по Гриффитсу заключается в том, что в реальных телах имеются многочисленные трещины (трещины Гриффитса), концентрирующие напряжения так, что на участках, свободных от трещин, напряжения достигают критических значений, равных и превышающих теоретическую прочность. Напряжение материала у трещины неодинаково, иа остром конце трещины оно больше и равно:

(11.25)

omax = 2acpVl/r,

Рис. II.5. Концентрация напряжений вблизи коичика эллиптической трещины

где Оср — среднее напряжение в материале; / — длина трещины около Ю-4 см; г —радиус кривизны кончика трещины равен приблизи-

о * jo

тельно межатомному расстоянию ~ (1—4) А; (//г) ? 102, т. .е« Отах на два порядка больше оср.

Таким образом, при сравнительно небольшой величине среднего напряжения в материале на кончике трещины возникает большое локальное напряжение, приводящее к росту трещины (рис. ??.5). Растягивающие напряжения направлены перпендикулярно к трещине. Заштрихованная область представляет собой трещину. Цифры на кривых постоянного напряжения показывают, во сколько раз местное напряжение больше среднего.

Поры не только концентрируют напряжения, но и экранируют часть материала от напряжений. В самом деле материал, непосредственно расположенный над порой или под порой, испытывает гораздо меньшее напряжение, чем остальной материал, а материал между порами при этом будет испытывать еще большее напряжение. Экранизация напряжений в большей степени проявляется крупными порами.

3. СТАТИСТИЧЕСКИЙ ХАРАКТЕР ПРОЧНОСТИ

Поскольку прочность зависит от вероятности нахождения в образце трещин Гриффитса, то прочность носит статистический характер (этим объясняется наблюдаемый разброс значений прочности). По статистической теории прочности хрупких тел Вейбулла вероятность нахождения трещин связана с величиной объема образца. Вероятность разрушения определяется напряжением и зависит от объема образца и коэффициента гомогенности т, равного:

т = (lg V, - lg ??) /(lg Pi - lg ?). (" ·26)

где Ki,2pi,2—объем и предел прочности разномерных образцов одного и того же материала.

При т>20 материал считается гомогенным. Теория Вейбулла получила подтверждение: нитевидные волокнистые кристаллические

23

и стекловидные материалы, имея минимальный объем, а следовательно, по теории Вейбулла и минимальное количество дефектов действительно обладают существенно повышенной прочностью, близкой к теоретической.

Производство волокнистых материалов и изделий из них является наиболее перспективным направлением получения материалов с высокой механической прочностью.

В последнее время развивается кинетическая теория прочности (Журков). Если по статистической (механической) теории Гриффитса разрушение представляется как критическое событие мгновенной потери сплошности, которое наступает при достижении предела прочности, то по кинетической теории разрушение представляется как процесс постепенного накопления нарушений сплошности. Разрыв тела происходит в результате разрыва отдельных химических связей.

Характеристикой прочности по кинетической теории является долговечность, т. е. время от приложения нагрузки до разрушения образца. Поскольку кинетическая теория находится еще в стадии становления, то в дальнейшем изложении курса прочность огнеупоров описана с точки зрения механической теории.

4. МЕРА ХРУПКОСТИ

Большинство огнеупоров деформируется, как показано иа рис. II.6. Общая деформация складывается из упругой и неупругой. Отношение упругой деформации г7 к предельной ?? называют мерой хрупкости ?:

? = ??/8?. (11.27) Мера хрупкости менее зависит от условий испытаний, чем модуль деформации. По величине меры хрупкости все огнеупорные материалы подразделяют на «хрупкие», у которых ?=1, и «относительно хрупкие» с ?<1. С повышением температуры мера хрупкости снижается и соответственно изменяются прочностные свойства материала. Разделение материалов по хрупкости, как будет показано ниже, предопределяет характер разрушения.

5. ЗАВИСИМОСТЬ ПРОЧНОСТИ ОТ ПОРИСТОСТИ

Предложено несколько формул зависимости прочности от пористости. Формула Балыпина имеет вид:

ап = о0(ркаж/Ро)п, (Н.28)

41

? ост Jy*?p-?ttcm

Деформации 6

Рис. II.6. Характеристика диаграммы деформирования:

"щ—предел пропорциональности; 8ост —' остаточная деформация; а — угол наклона линейного участка диаграммы к оси деформаций

24

где ?? — предел прочности при кажущейся плотности ??«; о"о — предел прочности материала с теоретической плотностью р0; ? — коэффициент.

Зависимость прочности от пористости образцов из тонкозернистых масс описывается формулой Рышкевича (рис. ??.7):

?? = ?0 ехр (— W7), (11.29) где Ъ — эмпирический коэффициент; Я — общая пористость в долях единицы.

Как видно из графика, зависимость в пределах пористости от О до 15—20% линейна. Формула (11.29) может быть записана в виде

Р„/Р_СЖ,°/о

60 40 20

? еж Sit

V '4

0=7

О 0,2 0,4 0,6 Ц8 ?

Рис. П.7. Зависимость предела прочности при сжатии от пористости

П,% 50 4 5 40 35 30 25 20

Рис. И. 8. Влияние пористости и размера пор на предел прочности при изгибе. Размер пор, мкм:

/ - 6,5; 2 - 9; 3 - 12; 4 - 20; 5 -27; 6 — 40; 7 — 50

??«?0 (1—Ы7); из сравнения этого выражения с формулой (11.28) следует (p„Wpo)n= (1— ЬП) и при 6 = 1

ап = а0(1-ЯГ. (П.ЗО) Зависимость (П.ЗО) в координатах lg0n —lg(l—Я) изображается прямой линией, угол наклона которой равен экспоненте т (рис. II.8).

График, построенный по опытным данным прочности образцов, полученный из монофракций корунда с известными размерами пор, показывает, что прочность зависит не только от пористости, но и от размера пор (экспонента т линейно зависит от размера пор); экстраполяция зависимости m=f(d) до значения rf=0 отсекает на оси ординат предельную величину наклона зависимости lgcr=f[lg(l—Я)]. Все кривые зависимости прочности от размера пор сходятся в одной точке и стремятся к предельному наклону.

Важно отметить, что при предельном наклоне, когда размер пор стремится к нулю, прочность ниже прочности монолитного материала, следовательно, материал, на контакте (между порами) менее прочен, чем монолитный, что объясняется концентрацией и экранизацией напряжений порами.

Имеет значение ход зависимости прочности от размера пор: крупные поры более резко снижают прочность при увеличении пористости, чем мелкие.

25

Многочисленные опытные данные подтверждают, что при обыкновенной температуре прочность мелкозернистых изделий, а следовательно, п мелкопористых выше, чем крупнозернистых. Например, при одинаковой пористости корундовые образцы с частицами размером 600—900 мкм имеют прочность в 1,5—2 раза меньше, чем образцы с частицами 60 мкм.

Однако приведенные формулы не полностью характеризуют зависимость прочности от пористости реальных огнеупоров. Наряду с размерами пор и зерен существенное значение на прочность оказывает равномерность распределения пор. Закрытые поры, образующиеся в результате коалесценции (см. ниже), когда непрерывной средой является твердое вещество, в значительно меньшей степени снижают прочность, чем открытые поры при одинаковом объеме пор. Точно так же поры, находящиеся в зернах, менее снижают прочность, чем поры связки и поры, находящиеся между крупными зернами и связкой. На принципе использования пористого заполнителя в зернах до 3 мм с очень мелкими порами основано производство легковесных и одновременно пр

страница 5
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71

Скачать книгу "Технология огнеупоров" (3.17Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
курсы верстальщика москва
Вешалка Sheffilton Грация 850
концерт киркорова в крыму 20 июля 2016 года
курсы по шитья одежды для животных

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(03.12.2016)