ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние структуры на ползучесть (крип) огнеупоров из "Структура и свойства огнеупоров " Механизм разрушения, вызванный напряжениями, возникающими при градиенте температур, заключается в следующем. Если тело нагревать с поверхности, то внешние слои его расширяются быстрее, чем внутренняя часть. При этом поверхностные слои подвергаются воздействию сжимающих усилий, в то время как внутренняя часть подвергается растяжению. При охлаждении протекают противоположные процессы. Если при этом величина напряжений превысит прочность материала, то произойдет разрушение. [c.151] Все керамические тела обладают меньшей прочностью на растяжение, чем на сжатие. Поэтому при повышении температуры термические трещины зарождаются внутри, а при охлаждении — с поверхности. При испытании на термостойкость высокоглиноземистых цилиндрических образцов установлено, что при быстром охлаждении действительно трещины образуются на поверхности, а при быстром нагреве происходит растрескивание образца с отслаиванием кусков. [c.151] Внутренние трещины берут начало в центре и идут к поверхности, поверхностные же трещины не проникают к центру. Внутренние трещины обычно широкие, они не ветвятся и приводят к деформации (разрушению). Поверхностные трещины тонкие, ветвятся и редко приводят к разрушению. [c.151] Ниже рассмотрены некоторые вопросы общей проблемы термостойкости теория двух стадий, гипотеза слабого звена, теория фрагментальной термостойкой структуры, влияние пористости, влияние вязкости и термические напряжения в условиях отсутствия температурного градиента. [c.151] Согласно теории [3 и др.], разрущение огнеупоров под влиянием термических ударов имеет две стадии зарождения трещин и их распространения. [c.151] Хотя в формулах поставлена их размерность (формально), показатели термостойкости понимают как безразмерные величины. [c.152] В критериях термостойкости более правильно учитывать предел прочности при растяжении, но определение его затруднительно, поэтому для большинства материалов в первом приближении вместо Яраст принимают Т изг — предел прочности при изгибе, определение которого значительно проще. [c.152] Критерий Био принимает значение от О при очень медленном нагреве до 1 при быстром нагреве. [c.153] Приведенные выше критерии, как и следует из теории двух стадий , не характеризуют термостойкости гетерогенных изделий в целом, так как процесс зарождения трещин при термоударах в ряде случаев не лимитирует прочность при термическом нагружении. Что касается гомогенных тел, например стекол, то критерии по Кингери характеризуют не только процесс зарождения трещин, но и термостойкость изделий в целом [51]. [c.153] Правая часть уравнения (32) представляет собой величину обратную энергии упругой деформации материала, накапливаемой при тепловом нагружении н освобождающейся при разрущении. В уравнении (33) коэффициент и учитывает рассеивание и замедление распространения трещин. [c.154] Чем выше тем меньше энергии способен накапливать материал при термическом нагружении и тем меньше, следовательно, будет степень его разрушения. С увеличением пористости растет по экспоненте. [c.154] Способность изделий к распространению трещин характеризуют также величиной внутреннего трения и декрементом демпфирования колебаний. В работах [53] показано, что критериальная оценка термостойкости в большинстве случаев не дает правильной и полной информации о действительной термостойкости материала. [c.154] Дело в том, что вид стадии термического разрушения — зарождение трещин или их распространение — определяющий прочность изделия, зависит не только от свойств материала и условий термонагружения, но и от геометрической характеристики структуры, которая указанными критериями не учитывается. Поскольку до настоящего времени не найдено математического выражения сопротивления материала распространению трещин с учетом геометрии структуры, исследования в этом вопросе носят преимущественно качественный характер. [c.154] Панариным, например, показано [54], что из нетермостойких в отдельности хромита и обожженного магнезита могут быть получены высокотермостойкие МХС-изделия. В этих изделиях сравнительно быстро зарождаются многочисленные трещины, но в дальнейшем они не распространяются. Им же сформулировано условие получения термостойких изделий, заключающееся в том, что шихта для этих изделий должна обладать неод-1юродностью или разнородностью ряда свойств компонентов, в том числе неоднородностью по зерновому составу, соотношению компонентов, коэффициенту термического расширения и др. [c.154] Из промышленной практики [62—64] хорошо известно, что высокоглиноземистые изделия только в зависимости от гранулометрического состава шихты при прочих равных условиях, могут быть термостойкими или нетермостойкими. В шихте термостойких изделий почти отсутствуют средние фракции (1—0,09 мм) и соответственно больше фракций крупнее 1 мм, в результате чего средневзвешенный размер частиц в два раза больше, чем у нетермостойких изделий. Зависимость справедлива при определенных значениях зернового состава. В широких пределах колебаний крупности частиц термостойкость высокоглиноземистых изделий (77% А Оз) не пропорциональна средневзвешенному диаметру частиц исходной шихты и имеет максимум при некоторой степени крупности шихты. [c.155] Вообще зависимость термостойкости от зернового состава многозначна, в связи с чем при оценке влияния его на термостойкость всегда необходимо учитывать степень и характер спекания. Рядом исследований установлено, что термостойкость изделий, полученных из монофракционных шихт при контактном спекании, выше, чем из полифракционных. Известны и противоположные результаты. Повышение дисперсности связки в зернистых материалах, полученных из плавленых окислов, как правило, снижает высокотемпературную механическую прочность изделий. Каркас зерен, образованный через промежуточную тонкодисперсную связку, характеризуется эластичной структурой с непрочными межчастичными связями, что снижает т. к. л. р. и модуль упругости, но как следствие обусловливает более высокую термостойкость изделий в сравнении с аналогичными изделиями, каркас зерен в которых образован без промежуточных по размеру частиц. [c.155] Выразить количественно сопротивление структур распространению трещин показателями структурного анализа (величиной и распределением пор, удельной поверхностью, факторами, лабиринта, структуры, каналь-ности и т. п.) не удается. [c.156] Теория двух стадий не выясняет, какая из стадий и в каких случаях лимитирует разрушение изделий и не дает зависимости распространения трещин от геометрической характеристики структуры. [c.156] Вейбулла [66], теорию Т. А. Канторовой и Я. И. Френкеля [67], Фишера и Холломона [69] и др., подробно рассмотренные Г. С. Писаренко и др. [70]. Гипотезу слабого звена часто применяют для объяснения термостойкости огнеупоров. [c.156] Вернуться к основной статье