陶瓷热稳定性测定.doc

实验四 陶瓷热稳定性测定一、目的意义普通陶瓷材料由多种晶体和玻璃相组成，因此在室温下具有脆性，在外应力作用下会突然断裂。当温度急剧变化时，陶瓷材料也会出现裂纹或损坏。测定陶瓷的热稳定性可以控制产品的质量，为合理应用提供依据。本实验的目的：了解测定陶瓷材料热稳定性的实际意义；了解影响热稳定性的因素及提高热稳定性的措施；掌握陶瓷材料热稳定性的测定原理及方法。二、基本原理陶瓷的热稳定性取决于坯釉料的化学成分、矿物组成、相组成、显微结构、制备方法、成型条件及烧成制度等因素以及外界环境。由于陶瓷内外层受热不均匀，坯釉的热膨胀系数差异而引起陶瓷内部产生应力，导致机械强度降低，甚至发生开裂现象。一般陶瓷的热稳定性与抗张强度成正比，与弹性模量、热膨胀系数成反比。而热导率、热容、密度也在不同程度上影响热稳定性。釉的热稳定性在较大程度上取决于釉的膨胀系数。要提高陶瓷的热稳定性首先要提高釉的热稳定性。陶坯的热稳定性则取决于玻璃相、莫来石、石英及气孔的相对含量、粒径大小及其分布状况等。陶瓷制品的热稳定性在很大程度上取决于坯釉的适应性，所以它也是带釉陶瓷抗后龟裂性的一种反映。陶瓷热稳定性测定方法一般是把试样加热到一定的温度，接着放入适当温度的水中，判定方法为：根据试样出现裂纹或损坏到一定程度时，所经受的热变换次数经过一定的次数的热冷变换后机械强度降低的程度来决定热稳定性； 试样出现裂纹时经受的热冷最大温差来表示试样的热稳定性，温差愈大，热稳定性愈好。本实验采用试样出现裂纹时，平均经受的热冷最大温差来表示试样的热稳定性。三、测试步骤将10个合格的试样放人样品筐内，并置于炉膛中。连接好电源线、热电阻和接地线。连接好进水管、出水管及循环水管。给恒温水槽中注人水。打开电源开关，指示灯亮，将炉温给定值及水温给定值调至需要位置（在水温控制中，下限控制压缩机、上限控制加热器，上限设定温度下限设定温度）。打开搅拌开关，指示灯亮，搅拌机工作。根据需要选择“单冷”，“单热”或“冷热”。a.“单冷”即仪器只启动制冷设备，超过给定温度时，自动制冷至给定温度后自动停止。b.“单热”即仪器只启动加热设备，低于给定温度时自动加热至给定温度后自动停止。c.“冷热”即当水温超过给定温度，仪器自动制冷，当水温低于给定温度，仪器自动加热，保证水温在所需温度处。接好线路并检查一遍，接通电源以2min1的速度升温。当温度达到测量温度时，保温15min（使试样内外温度一致）后，拨动手柄，使样品筐迅速坠入冰水中，冷却5min。如没有冰水，试样坠入冷水中。每坠入一次试样，更换一次水，目的使水温保持不变。从水中取出试样，擦干净，不上釉和上白釉试样放在品红酒精溶液中，检查裂纹。上棕色釉试样放在薄薄一层氧化铝细粉的盘内，来回滚动几次或手拿着试样在氧化铝粉上擦几次，检查是否开裂（如开裂，表面有一条白色裂纹），并详细记录。将没有开裂的试样放人炉内，加热到下次规定的温度（每次间隔20），重复试验至10个试样全部开裂为止。在实验过程中，注意室内温度和水温的变化，做好记录。四、实验记录五、思考题1.测定各种玻璃陶瓷热稳定性的实际意义是什么？2.影响玻璃、陶瓷材料热稳定性的因素有那些？试验五、材料扭转试验一、实验目的1、 测定低碳钢的屈服点（剪切屈服极限）s或下屈服点sl、抗扭强度（剪切强度极限）b。2、 测定铸铁的抗扭强度b。3、 观察、比较和分析上述两种典型材料在受到扭转载荷时的变形和破坏等现象。二、实验设备1、扭转试验机。2、游标卡尺。图221 圆形扭转试样图 图2-22 低碳钢扭转实验T-曲线三、实验原理扭转实验是材料力学实验中最基本的实验之一。在进行扭转实验时，试样两端部被装夹在扭转试验机的夹头上。试验机的一个夹头固定不动，另一个夹头绕轴旋转。以实现对试样施加扭转载荷。这时，从试验机上可读出扭矩和对应的扭转角。通过试验机上的自动绘图装置可绘出该试样的扭矩与扭转角的关系曲线图。1、低碳钢扭转破坏实验对低碳钢试样进行扭转实验时，通过试验机上的自动绘图装置，我们可绘出该试样在整个扭转过程中的扭矩T与扭转角的关系曲线。如图222所示，低碳钢在整个扭转过程中经历了弹性、屈服、强化三个阶段。在弹性阶段OA直线段，材料服从切变虎克定律。即材料的切应力与切应变成正比。在屈服阶段AB曲线段，分两种情况来读屈服点所对应的扭矩Ts。（1）当屈服阶段图形为水平线时，此时实验机扭矩刻度盘上首次出现扭矩不增加（保持恒定）而扭转角增加时的扭矩为屈服扭矩Ts。如图222（a）所示。（2）当屈服阶段图形为锯齿形状时，扭矩刻度盘上主针首次下降（回转）前的的扭矩为上屈服扭矩Tsu。而在屈服阶段中最小扭矩为下屈服扭矩Tsl，如图222（b）所示。在强化阶段BC曲线段，这时要让试样继续发生扭转变形，就必须对试样再施加扭矩，直至扭断。试件扭断后，我们可从试验机的扭矩刻度盘上读出试样扭断前所承受的最大扭矩Tb。根据上述国标的规定，我们用测出的屈服扭矩Ts或下屈服扭矩Tsl，按弹性扭转公式计算剪切屈服极限。即屈服点或下屈服点为 (2-10)其中W为抗扭截面模量。同时用测出的最大扭矩Tb，按弹性扭转公式计算抗扭强度 (2-11) 2、铸铁扭转破坏试验在对铸铁试样进行扭转试验时，同样可通过试验机上的绘图装置绘出扭矩T与扭转角的关系曲线。如图223所示。从该图和所进行的试验可以看出，铸铁试样从开始受扭直至破坏，近似一直线。它无屈服现象，且扭转变形小。同时破坏是突然发生的，断口形状为与试样轴线约成450的螺旋面。在从试验机度盘上读出最大扭矩Tb后，根据上述国标的规定，按弹性公式计算抗扭强度b=Tb/W。 上述扭转试验要求在室温100C350C条件下进行。3、破坏分析当试样受扭时，材料处于纯剪切应力状态，见图224。由图可知，圆轴扭转时横截面上作用着最大切应力。而在450斜面上，分别存在最大拉应力1和最大压应力2,且它们的绝对值都等于。低碳钢（塑性材料）的抗切（剪）能力弱于抗拉压能力，故试样受扭破坏后，断口平齐，且沿其横截面被切（剪）断。铸铁（脆性材料）的抗压、抗切（剪）能力均强于抗拉能力，故试样受扭破坏后，沿其450方向被拉断，断口成一螺旋面。两种材料的断口形状见图225。图225 两种材料的受扭试样断口四、思考题1、低碳钢拉伸和扭转的断口形状是否一样？分析其破坏原因。2、 铸铁在受压和受扭时，其断口都在与试样轴线约成450方向。问铸铁在分别承受上述两种载荷时的破坏原因是否相同？3、 根据拉伸、压缩、扭转三种试验结果，综合分析低碳钢和铸铁这两种典型材料的力学性能。试验六：拉伸试验一、内容和目的1、测定低碳钢的屈服极限、强度极限、延伸率和截面收缩率；测定铸铁的强度极限。2、观察低碳钢、铸铁在拉伸过程中的各种现象，绘制拉伸图（P-L图），由此了解试件变形过程中变形随荷载的变化规律，以及有关的破坏现象。3、观察断口，比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能。二、试验设备和量具1、试验设备万能试验机、游标卡尺、小直尺、低碳钢和铸铁标准试件2、标准试件尺寸：1）圆形截面试件长度L0与截面积A0的关系：长试件：L0/d0=10，以表示；短试件：L0/d0=5，以表示；2）矩形截面试件长度L0与截面积A0的关系： 其中， L0初始长度， d0初始直径， A0初始截面面积。试件形状如图1：d0L0L0.8R 图1 圆形截面拉伸试件三、实验原理材料的机械性能指标、是由拉伸破坏实验来确定的，实验时万能材料试验机自动给出载荷与变形关系的拉伸图（P-L图）如图2所示，观察试样和拉伸图可以看到下列变形过程。 0 L27.50.3FeLBDgFm F 0 T图2 载荷与变形关系的拉伸图（P-L图）实验中可测得： Ps屈服荷载。 Pb 最大荷载。 L1断后标距部分长度。 A1断后最细部分载面积。由此可计算1、屈服极限： 2、强度极限：3、延伸率： 4、截面收缩率：其中A0、L0均为拉伸前试件的载面面积及标距。四、实验记录（1）低碳钢试件数据：初始标距：L0 = 断裂后标距：L1 = 初始直径：d0 = 断裂后最小直径：d1 = 初始截面面积：A0 = 断口处面积：A1 = （2）试验结果： 1）屈服荷载：Ps = 屈服极限：= 2）极限荷载：Pb = 强度极限：=