[發明專利]應力作用下材料的高溫氧化性能測試裝置及測量方法

在審

• 申請號: 201510971915.1
• 申請日: 2015-12-22
• 公開（公告）號: CN105372146A
• 公開（公告）日: 2016-03-02
• 發明（設計）人: 蔣曉平;沙萬華;鄭子杰;李忠杰;趙曉航
• 申請（專利權）人: 上海鍋爐廠有限公司
• 主分類號: G01N5/00
• 分類號: G01N5/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

技術領域

本發明涉及一種應力作用下材料的高溫氧化性能測試裝置及測量方法。

背景技術

材料的抗氧化性能是材料重要的物理性質，直接影響了材料的應用環境。區 別與一般的結構材料，高溫工程材料在高溫作用下的抗氧化能力和持久強度決定 了它的應用環境。提高鍋爐的蒸汽壓力和溫度是提高鍋爐效率的有效途徑，隨著 鍋爐運行參數的增高，材料的服役性能也越來越惡劣，這不僅表現在需要更高的 持久強度，也反映在溫度增高對材料的氧化行為產生了加速作用，使得材料的抗 氧化能力也產生了變化。

高溫氧化試驗有稱量法、容量法、壓力計法和電阻法等。稱量法又分為連續 稱量法和間斷稱量法，它是測定樣品在高溫氧化條件下的增重與時間的關系。連 續稱量法采用可連續稱量或連續指示質量變化的裝置記錄質量與時間的變化。這 些裝置由稱量系統和高溫爐兩大部分組成。間斷稱量法是將稱量后的試樣放入爐 內高溫區氧化，以一定的時間間隔取出冷卻后稱量。由于氧化膜與基體金屬具有 不同的體膨脹系數，采用間斷稱量法時，易引起氧化膜的開裂和剝落，實驗中需 要注意氧化皮的保護。相對于容量法、壓力計法和電阻法，稱量法是工業氧化試 驗最廣泛采用的實驗方法，它具有可在多種氧化氣氛中進行、試樣制備簡單、實 驗操作簡單等一系列優點。

材料的抗氧化能力不僅僅取決于金屬基體自身的物理性質，在工程材料中， 材料抗高溫氧化的能力還主要得益于在氧化氣氛中在金屬基體的表面能夠形成 致密的氧化膜，阻止或者減緩了氧化氣氛對基體的進一步作用，而由于氧化產物 自身的物理性質與金屬基體之間存在著一定的差異，如比熱容，彈性模量等等， 氧化皮也要隨著時間的推移脫落，暴露出新的反應面，這形成了氧化過程的一部 分。

金屬在高溫服役的過程中，應力會使金屬產生蠕變。由于蠕變的作用，使的 表層的氧化產物附著的程度發生變化，這可能會對材料在高溫氧化的行為發生改 變，從而導致抗氧化能力的變化。

材料在高溫下的抗氧化能力是耐熱鋼選材的要素之一，而現在考察材料在高 溫(300℃以上)的抗高溫氧化性能的手段主要是將試樣靜置在高溫環境的氧化 氣氛中進行研究，沒有考慮在材料在服役條件下的抗氧化性能。在這種條件下得 到的材料高溫氧化性能并不一定能夠真實的反應在服役過程中材料的抗氧化能 力。

發明內容

本發明所要解決的問題是提供一種評價在承受應力、溫度和氧化氣氛三因素 綜合作用下的金屬材料高溫氧化性能的測試方法。

為了解決上述問題，本發明提供了一種應力作用下材料的高溫氧化性能測試 裝置，其特征在于，包括自動控溫爐，自動控溫爐內一根應力加載桿，應力加載 桿的一端連接有砝碼；多個氣瓶通過氣體混合集箱與自動控溫爐內連通。

優選地，所述應力加載桿上固定試樣的下側設有坩堝。

優選地，每個所述氣瓶通過一個氣體流量計與氣體混合集箱連接。

優選地，所述自動控溫爐與廢氣處理設備連通。

本發明還提供了一種應力作用下材料的高溫氧化性能測試方法，其特征在 于，采用上述應力作用下材料的高溫氧化性能測試裝置，包括以下步驟：

步驟1)：將試樣機加工后清洗表面，測量其橫截面積，并稱重，根據實驗 所需的應力水平確定所需的載荷大小，確定砝碼的重量；

步驟2)：將試樣固定到應力加載桿上隨后將組裝好的試樣和應力加載桿通 過自動控溫爐上的孔洞裝入爐膛內部；隨后固定應力加載桿的一端，另一端連接 砝碼，使用不同重量的砝碼調節實驗所需的應力；打開氣瓶的閥門，氣體在氣體 混合集箱中得到充分的混合，隨后通入到自動控溫爐中，待排除爐內的空氣之后， 根據實驗要求設定爐膛溫度進行加熱；

步驟3)：試樣根據試驗要求經歷一段時間的氧化之后取出進行稱重，記錄 試樣的增重，得到試樣在承受拉應力的情況下氧化動力學曲線。

優選地，所述步驟1)前須對自動控溫爐內進行烘爐。

優選地，所述步驟1)中試樣固定到應力加載桿后，在試樣下部安裝坩堝， 隨后將組裝好的試樣、應力加載桿和坩堝通過自動控溫爐上的孔洞裝入爐膛內 部；安裝前須烘干坩堝。

更優選地，所述坩堝在測試過程中始終水平橫置，以承接脫落的氧化皮。

優選地，所述步驟2)中試樣裝入自動控溫爐后，使用密封圈將自動控溫爐 和應力加載桿之間的間隙密封。

優選地，所述步驟2)中自動控溫爐的爐膛溫度為300～1000℃。