8.3 Устаткування, прилади та матеріали

Для проведення диференційного дилатометричного аналізу використовують дилатометри різних типів. В попередній лабораторній роботі був детально описаний диференційний дилатометр типу Шевенара. При диференційному методі аналізу прилад фіксує не абсолютну величину розширення, як при використанні дилатометра з катком, а різницю розширень зразка та еталона. Еталоном для досліджень перетворень сталі є сплав «пірос», властивості якого детально описані в попередній роботі.

Для визначення температур та об’ємних ефектів, що відбуваються в сталі при нагріві та охолодженні, потрібно спочатку проградуювати дилатометр і побудувати градуювальну сітку (див. лабораторну роботу № 7). Потім стальний зразок і еталон нагрівають за допомогою електричної пічки й записують дилатограму. Якщо еталон із піроса помістити в верхню трубку , а зразок – в нижню трубку , то при нагріванні світлова точка опише деяку характерну для даного зразка криву (див. рис. 8.2).

Якщо коефіцієнти розширення зразка і піроса , однакові, то крива проходитиме паралельно осі . При крива утворює додатній кут з віссю ОХ і проходить вище цієї осі; при - кут від’ємний і крива розташована нижче осі ОХ. Стискання зразка призводить до різкого спаду кривої, що дозволяє чітко відмітити фазові перетворення.

8.4 Методика вирішення експериментального завдання

8.4.1 Визначення температур критичних точок

Після отримання дилатограми сталі, на неї наноситься градуювальна сітка. За допомогою сітки легко встановити температури перетворень Ас₁ та Ас₂ при нагріванні та Ar₁ і Ar₃ при охолодженні. Початок та кінець кожного фазового перетворення в матеріалі відображається зміною кута нахилу дилатометричної кривої. Температури точок перегибів на графіку і є відповідними критичними точками. Для кожної марки сталі температури критичних точок будуть відрізнятися. Значення для деяких матеріалів наведені в табл.8.1.

Таблиця 8.1

Температури критичних точок в сталях

Марка сталі	Критичні точки, °
Армко	–	910
10	730	874	680	954
20	735	854	682	835
40	727	788	690	727
У7	730	770	693	727
У8	730	–	698	–
У10	730	800
У12	730	820

8.4.2 Визначення істинного коефіцієнту лінійного розширення

Коли температури критичних точок відомі, можна визначити коефіцієнт лінійного розширення сталі в кожному з інтервалів. Для цього на дилатограмі (див. рис. 8.3) виберемо довільну точку n.

Рисунок 8.3 – Процес визначення істинного коефіцієнту лінійного розширення по диференційній дилатограмі матеріалу.

Відрізок осі OX, який відповідає цій точці (Om), пропорційний різниці розширення еталона і кварца, із якого виготовлена трубка T₁:

_, (8.1)

відрізок mn, паралельний осі OY, пропорційний різниці розширень досліджуваного зразка і еталона: ,

, (8.2)

де К₁, К₂ – збільшення дилатометра по осі відповідно ОХ та OY; – довжина зразка, , - відносні розширення зразка та еталона, відповідно.

Істинний коефіцієнт лінійного розширення зразка дорівнює:

. (8.3)

У випадку диференційної кривої координата OY’ має складну залежність від температури, тому похідну зручно представити ввівши проміжну змінну у такому вигляді:

. (8.4)

Тоді

де , . – коефіцієнти лінійного розширення відповідно зразка, еталона і кварца.

Підставляючи значення і в формулу (8.4), отримуємо:

.

Звідси

. (8.5)

За формулою (8.5) розраховують для заданої температури; при цьому та визначають із табл. 7.1 (див. лаб.роботу № 7), визначають графічним диференціюванням (див. рис. 8.3): , де – кут нахилу дотичної до осі OX для даної температури. При обчисленнях треба враховувати знак тангенса, який в четвертому квадранті буде від’ємним (!!!).