Дисциплина «материаловедение»

Часть 3. Физические свойства металлов физические свойства металлов лабораторный практикум

Раздел 3: Дилатометрия и термический анализ металлов и сплавов*

Составители электронной версии: доц. Введенский В.Ю.,

доц. Перминов А.С.

Содержание:

Предисловие

Лабораторная работа 6. Определение коэффициента линейного расширения и температур фазовых превращений с помощью дифференциального дилатометра Шевенара

Лабораторная работа 7. Дилатометрическое исследование превращений при отпуске закаленной стали

Лабораторная работа 8. Дифференциальный термический анализ превращений в металлах и сплавах

ПРЕДИСЛОВИЕ

Данный лабораторный практикум по физический свойствам металлов состоит из двух разделов: первый из них содержит описание лабораторных работ (№ 7 и 8) по дилатометрии, второй - описание лабораторной работы (№ 9), посвященной дифференциальному термическому анализу. Каждая лабораторная работа предворяется введением, содержащим теоретический материал, который необходим для осознанного выполнения работы и объяснения закономерностей, полученных в результате проведения эспериментов.

Все работы связаны с нагревом образцов. Поскольку точность результатов значительно улучшается с уменьнием скорости нагрева-охлаждения, то они рассчитаны на 4 академических часа каждая.

В описании работ не указан состав исследуемых материалов. Он должен быть указан преподавателем при выдача задания или, как в случае решения первого варианта задачи работы ЛР № 9, должен быть определен студентом самостоятельно на основе анализа результатов эксперимента. В работе ЛР № 7 рекомендуется использовать углеродистые стали (эвтектоидную или заэвтектоидные); в работа №8 - заэвтектоидные или легированные (перлитного или ледебуритного классов) стали.

Лабораторные работа рассчитаны на выполнениз их одновременно двумя студентами. Выполнение её одним или тремя студентами приводит соответственно либо к трудностям контроля за прибором, либо к пассивности одного из студентов и может проводиться лишь в исключительных случаях. Полученные экспериментальные данные и отчет в целом каждый студент оформляет самостоятельно и защищает результаты работы индивидуально.

Лабораторная работа № 6

Определение коэффициентов линейного расширения и температур фазовых превращений с помощью дифференциального дилатометра шевенара

(4 часа)

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Освоить методику построения кривой термического расширения с помощью дифференциального оптического дилатометра.

2. Выявить закономерности термического расширения, определить температуры фазовых превращений и сделать заключение о природе этих превращений.

Физические представления о термическом расширении металлов

Явление термического расширения заключается о том, что при нагревании металлы и сплавы меняют свои линейные размеры и объем. Это происходит как вследствие изменения среднего расстояния между атомами (истинное термическое расширение), так и в результате различных фазовых превращений.

В отсутствиз фазовых превращений длина образца ℓ при нагреве в некотором интервале температур Т может быть рассчитана по формуле

(7.1)

Величину термического расширения характеризуют температурным коэффициентом линейного pacширения  (ТКЛР). Среднее значение ТКЛР в интервале температур Т определяют как

(7.2)

где ℓ - изменение длины в интервале температур Т, ℓ_о – начальный размер образца.

Истинный коэффициент линейного расширения , рассчитывается по формуле, полученной из (7.2) путем предельного перехода (Т0):

(7.3)

где ℓ_T - длина образца при температуре Т.

Итак, коэффициент линейного расширения - это относительное изменение размеров образца при изменении температуры на один градус.

Аналогично определяется и температурный коэффициент объемного расширения материалов:

Для поликристаллических образцов и монокристаллов с кубической решеткой между коэффициентами  и _V существует простая связь: _V = .