[发明专利]应力作用下材料的高温氧化性能测试装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应力作用下材料的高温氧化性能测试装置及测量方法。

背景技术

材料的抗氧化性能是材料重要的物理性质，直接影响了材料的应用环境。区 别与一般的结构材料，高温工程材料在高温作用下的抗氧化能力和持久强度决定 了它的应用环境。提高锅炉的蒸汽压力和温度是提高锅炉效率的有效途径，随着 锅炉运行参数的增高，材料的服役性能也越来越恶劣，这不仅表现在需要更高的 持久强度，也反映在温度增高对材料的氧化行为产生了加速作用，使得材料的抗 氧化能力也产生了变化。

高温氧化试验有称量法、容量法、压力计法和电阻法等。称量法又分为连续 称量法和间断称量法，它是测定样品在高温氧化条件下的增重与时间的关系。连 续称量法采用可连续称量或连续指示质量变化的装置记录质量与时间的变化。这 些装置由称量系统和高温炉两大部分组成。间断称量法是将称量后的试样放入炉 内高温区氧化，以一定的时间间隔取出冷却后称量。由于氧化膜与基体金属具有 不同的体膨胀系数，采用间断称量法时，易引起氧化膜的开裂和剥落，实验中需 要注意氧化皮的保护。相对于容量法、压力计法和电阻法，称量法是工业氧化试 验最广泛采用的实验方法，它具有可在多种氧化气氛中进行、试样制备简单、实 验操作简单等一系列优点。

材料的抗氧化能力不仅仅取决于金属基体自身的物理性质，在工程材料中， 材料抗高温氧化的能力还主要得益于在氧化气氛中在金属基体的表面能够形成 致密的氧化膜，阻止或者减缓了氧化气氛对基体的进一步作用，而由于氧化产物 自身的物理性质与金属基体之间存在着一定的差异，如比热容，弹性模量等等， 氧化皮也要随着时间的推移脱落，暴露出新的反应面，这形成了氧化过程的一部 分。

金属在高温服役的过程中，应力会使金属产生蠕变。由于蠕变的作用，使的 表层的氧化产物附着的程度发生变化，这可能会对材料在高温氧化的行为发生改 变，从而导致抗氧化能力的变化。

材料在高温下的抗氧化能力是耐热钢选材的要素之一，而现在考察材料在高 温(300℃以上)的抗高温氧化性能的手段主要是将试样静置在高温环境的氧化 气氛中进行研究，没有考虑在材料在服役条件下的抗氧化性能。在这种条件下得 到的材料高温氧化性能并不一定能够真实的反应在服役过程中材料的抗氧化能 力。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种评价在承受应力、温度和氧化气氛三因素 综合作用下的金属材料高温氧化性能的测试方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种应力作用下材料的高温氧化性能测试 装置，其特征在于，包括自动控温炉，自动控温炉内一根应力加载杆，应力加载 杆的一端连接有砝码；多个气瓶通过气体混合集箱与自动控温炉内连通。

优选地，所述应力加载杆上固定试样的下侧设有坩埚。

优选地，每个所述气瓶通过一个气体流量计与气体混合集箱连接。

优选地，所述自动控温炉与废气处理设备连通。

本发明还提供了一种应力作用下材料的高温氧化性能测试方法，其特征在 于，采用上述应力作用下材料的高温氧化性能测试装置，包括以下步骤：

步骤1)：将试样机加工后清洗表面，测量其横截面积，并称重，根据实验 所需的应力水平确定所需的载荷大小，确定砝码的重量；

步骤2)：将试样固定到应力加载杆上随后将组装好的试样和应力加载杆通 过自动控温炉上的孔洞装入炉膛内部；随后固定应力加载杆的一端，另一端连接 砝码，使用不同重量的砝码调节实验所需的应力；打开气瓶的阀门，气体在气体 混合集箱中得到充分的混合，随后通入到自动控温炉中，待排除炉内的空气之后， 根据实验要求设定炉膛温度进行加热；

步骤3)：试样根据试验要求经历一段时间的氧化之后取出进行称重，记录 试样的增重，得到试样在承受拉应力的情况下氧化动力学曲线。

优选地，所述步骤1)前须对自动控温炉内进行烘炉。

优选地，所述步骤1)中试样固定到应力加载杆后，在试样下部安装坩埚， 随后将组装好的试样、应力加载杆和坩埚通过自动控温炉上的孔洞装入炉膛内 部；安装前须烘干坩埚。

更优选地，所述坩埚在测试过程中始终水平横置，以承接脱落的氧化皮。

优选地，所述步骤2)中试样装入自动控温炉后，使用密封圈将自动控温炉 和应力加载杆之间的间隙密封。

优选地，所述步骤2)中自动控温炉的炉膛温度为300～1000℃。