8.4.3 Визначення середнього коефіцієнта термічного розширення в інтервалі температур

Позначимо через Z₁ та Z₂ відрізки вертикальних прямих, що знаходяться між дилатограмою та лінією розширення еталону ОА (див. рис. 8.4). У відповідності до формул (7.7):

_.

_{Тоді отримуємо:}

_{Рисунок 8.4 – Для розрахунку середнього коефіцієнту термічного розширення в інтервалі температур Т1 – Т2.}

_{Р озділив останній вираз на К2lз(Т2 – Т1), отримуємо:}

,

А значить,

(8.6)

8.4.4. Оцінка дилатометричного ефекту фазового перетворення

Нехай в сплаві протягом температурного інтервалу Т_н – Т_к відбувається фазове перетворення, що супроводжується зменшенням об’єму (див. рис. 8.5).

Внаслідок цього перетворення, коефіцієнт лінійного розширення зразка змінюється від α_н до α_к. У випадку відсутності перетворення та незмінності α_н при нагріві до температури Т_к світловий «зайчик» опинився б в точці е, на продовженні ділянки Оа дилатограми. Продовжимо ділянку ih дилатограми, що відповідає нагріву після завершення перетворення, до температури початку перетворення – точки f. Неважко впевнитися (виконайте це самостійно), що відрізок gc, що з’єднує між собою середини відрізків ae та fh і є дилатометричним ефектом перетворення.

Рисунок 8.5 – До визначення дилатометричного ефекту фазового перетворення.

Цей спосіб визначення дилатометричного ефекту перетворення припускає, рівномірність шкали температур, що вірно лише на невеликих температурних інтервалах.

Величина дилатометричних ефектів перетворень в сталях суттєво залежить від вмісту вуглецю. Чим більший вміст вуглецю, тим меншим лінійним ефектом супроводжується формування аустеніту (див. рис. 8.6).

Рисунок 8.6 – Фрагменти дилатограм нагріву заліза та вуглецевих сталей (а) та залежність дилатометричного ефекту формування аустеніту від вмісту вуглецю в сталі (б).

Це обумовлено зростанням питомого об’єму аустеніту при збільшенні вмісту вуглецю (див. табл. 8.2), та, відповідно, зменшенням різниці питомих об’ємів феррито-карбідної та аустенітної структур, що й визначає величину дилатометричного ефекту в сталях.

8.5 Заходи безпеки

При виконанні лабораторної роботи необхідно дотримуватися стандартних правил безпеки при роботі з обладнанням, наведених у вступі до лабораторного практикуму. Також не можна торкатися руками до пічки, оскільки можна отримати опіки. Всі операції виконувати обережно під наглядом викладача чи лаборанта.

8.6. Програма проведення експерименту

Для досягнення мети роботи необхідно виконати наступні кроки:

1. Ознайомитися з конструкцією і роботою диференційного дилатометра типу Шевенара.

2. Вставити зразок та еталон у відповідні кварцові трубки, встановити кварцові штовхачі та зібрати дилатометричний датчик.

3. Насунути піч на дилатометричний датчик, ввімкнути дилатометр, налаштувати вихідне положення зайчика.

4. Зняти диференційну дилатометричну криву при нагріві зразка до 900⁰С та охолодженні. Швидкість процесу встановити на рівні 10 К/хв.

Таблиця 8.2

Об’ємні характеристики різних фаз в сталі

Назва фази	Вміст вугле-цю, %	Середнє число атомів в елемен-тарній комірці	Параметр гратки		Питомий об’єм,	Середній коефіцієнт розширення
						Лінійний	Об’ємний
Ферріт	–	2,000	2,861		0,12708	14,5	43,5
Аустеніт	0	4,000	3,5586		0,12227	23,0	70
	0,2	4,037	3,5650		0,12270
	0,4	4,089	3,5714		0,12313
	0,6	4,156	3,5778		0,12356
	0,8	4,224	3,5842		0,12399
	1,0	4,291	3,5906		0,12442
	1,4	4,427	3,6034		0,12528
Мартенсіт	0,0	2,000	a	c	0,12708	9÷11,5	27÷35
			2,861	2,861
	0,2	2,018	2,858	2,885	0,12761
	0,4	2,036	2,856	2,908	0,12812
	0,6	2,056	2,852	2,932	0,12963
	0,8	2,075	2,849	2,955	0,12915
	1,0	2,094	2,846	2,979	0,12965
	1,4	2,132	2,840	3,026	0,13061
Цементит	0,67	4			0,13023	12,5	37,5
Графіт	100	–			0,4350	7,5÷8,5	22,5÷25.5

5. Визначити температури критичних точок.

6. Розрахувати істинний коефіцієнт термічного розширення при температурах, зазначених викладачем.

7. Розрахувати середній коефіцієнт термічного розширення в кожному з температурних інтервалів при нагріві зразка.

8. Оцінити дилатометричний ефект фазового перетворення (α→γ).

9. Визначити залежність величини дилатометричного ефекту від вмісту вуглецю в матеріалі.

10. Зробити висновки щодо отриманих результатів.