应力作用下材料的高温氧化性能测试装置及测量方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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°C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】
[0007]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。
[0008]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。
[0009]优选地，所述应力加载杆上固定试样的下侧设有坩祸。
[0010]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。
[0011 ] 优选地，所述自动控温炉与废气处理设备连通。
[0012]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:
[0013]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；
[0014]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执.nw ，
[0015]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。
[0016]优选地，所述步骤1)前须对自动控温炉内进行烘炉。
[0017]优选地，所述步骤1)中试样固定到应力加载杆后，在试样下部安装坩祸，随后将组装好的试样、应力加载杆和坩祸通过自动控温炉上的孔洞装入炉膛内部；安装前须烘干坩祸。
[0018]更优选地，所述坩祸在测试过程中始终水平横置，以承接脱落的氧化皮。
[0019]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。
[0020]优选地，所述步骤2)中自动控温炉的炉膛温度为300?1000°C。
[0021]本发明采用调节砝码的质量大小并通过应力加载杆转化成针对试样不同应力大小的加载，采用具有密封结构的控温炉提供试样所处的温度环境，使用流量控制机构提供试样所处的氧化气氛，实现对试样所处的应力、温度和气氛三因素综合作用环境，实验中对试样的重量进行称量，得到试样得氧化动力曲线，得到的氧化样品可以在经过制样之后可以进行微观表征，更全面的研究应力氧化对材料的影响。
[0022]本发明采用的评价在承受应力、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实验方法，综合考虑了应力、温度和气氛的共同作用，整个反应发生在具有密封结构的自动控温炉中，可以通过气体流量计控制气体的成分和流量，使用具有密封功能的自动控温炉炉膛使用陶瓷材料制作，能够保证在300?1000°C以下于大多数气体不发生反应，具有适应性广，温度范围宽，应力加载灵活的特点。
[0023]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0024]1、不仅能够满足氧化气氛种类可按需要进行调节，并可控制反应发生的温度，同时也能够满足增重测量的准确，最主要的特征是增加了评价不同的应力水平对高温氧化性能影响的的手段，能够在高温氧化实验中降低材料发生蠕变对材料内部应力状态带来的影响，保证了实验结果的准确性。
[0025]2、所述坩祸和试样在整个实验过程中均水平放置，坩祸能够承接脱落的氧化皮，在称重时，坩祸，试样和氧化皮一同测量，避免了氧化皮脱落对称重结果产生的影响。
[0026]3、实验后的气体通过处理装置得到无害化处理，降低了实验的风险和环境污染，是保证实验安全长时间进行的重要保证。
[0027]4、所使用