18. Методы определения термического расширения, дилатометри­ческие исследования.

Знание абсолютных значений коэффициента линейного расширения сплавов часто необходимо для изготовления деталей машин и приборов высокой точности, и также деталей, работающих при нагреве.

Дилатометрический анализ заключается в определении изменений дли­ны образцов при нагреве и охлаждении или при изотермической выдержке. Важным преимуществом дилатометрического анализа является независи­мость объемного эффекта, а следовательно, и точности анализа от скорости охлаждения.

Дилатометрический анализ применяют для определения коэффициента теплового расширения и изучения фазовых превращений в сплавах. Напри­мер, дилатометрическим анализом изучают процессы закалки и отпуска стали, графитизацию чугуна и процессы старения некоторых сплавов. Из­мерение длины (или объема) во времени в изотермических условиях позво­ляет определить кинетику превращений, поскольку степень этих превраще­ний во времени пропорциональна изменениям длины.

Если в металлах или сплавах при изменении температуры не происхо­дит фазовых превращений, то их длина (объем) изменяется плавно. Однако, если происходит фазовое превращение, то длина (или объем) растет (или убывает) скачкообразно.

Критические точки и области превращений определяют по кривым, по­казывающим изменения длины изучаемого образца при нагреве или при охлаждении. Резкие перегибы на кривых свидетельствуют о внутренних изменениях, происшедших в сплаве.

В точке А_С1 перлит превращается в аустенит, а при дальнейшем нагреве в интервале температур Ac1-Ac3(для

доэвтектоидной стали) феррит превращается в аустенит, обладающий меньшим удельным объемом; количество аустенита возрастает в ходе этого превращения до 100%.

Критические точки могут быть определены непосредственно по дила­тометрической кривой, без дополнительных построений. Сравнение критических точек при нагреве и охлаждении показывает их заметное различие, т. е. температурный гистерезис.. Перегибы на кривой объясняются фазовыми превращениями идущими при отжиге закаленной стали. Для регистрации изменений длины применяют различные методы и

приборы - дилатометры - механические, оптические и электрические. Одна из конструкций электрического дилатомет­ра.

Прибор для дилатометрического анализа состоит из головки (собственно дилатометра) и регистрирующего аппарата. В головке имеется запаянная с одного конца кварцевая трубка 1, прочно закрепленная в металлической втулке 2. В трубке помещается образец 3, имеющий форму цилиндрического стержня диаметром 4 мм и длиной 30 мм.

Образец упирается в запаянный конец кварцевой трубки и кварцевый стержень 4, перемещение которого передается на индикатор часового типа 5 и эластичную пластину 6, с наклеенными на неё тензодатчиками 7. Перемещение образца вызывает изменение электрического сигнала снимаемого с тензодатчиков. Температура образца изменяется при помощи нагревательной печи 8 и регистрируется термопарой 9. находящей­ся в непосредственной близости к образцу.

. Методы измерения ферромагнитных свойств.

1 . Баллистический метод. Наиболее распространенный баллистический метод основан на явлении индукции и заключается в следующем. Имеется ферромагнитный образец А в виде тороида, на котором по всей его окружности расположена первичная обмотка I и вторичная II. Первичная обмотка присоединена к источнику постоянного тока; концы вторичной обмотки присоединены к баллистиче­скому зеркальному гальванометру G. При этом методе измерения нужно применять гальванометр с большим моментом инерции, т. е. с большим периодом колебания (не менее 10-20 с). Этот принцип заключается в том. что в обмотку I дается импульс тока, намагничивающий образец. При этом в обмотке II индуктируется ток, действующий на гальванометр G. Показа-

ние гальванометра тем больше, чем интенсивнее намагничивается образец в том магнитном поле, которое создается первичной обмоткой I, т. е. чем больше поток индукции образца. В обмотке II может возникнуть определенная электродвижущая сила только в том случае, если в первичной об­мотке сила тока будет возрастать или убывать, в частности будет изменяться от нуля до некоторого значения или, наоборот, от этого значения до нуля. Используя полученные данные можно вычислить магнитную индукцию образца, а используя значения II и В построить кривую намагничивания. Баллистическим методом можно построить также петлю гистерезиса.

2. Магнитометрический метод. Особо точным, хотя редко используемым в лабораториях металловеде­ния, является магнитометрический метод. Он основан на взаимодействия изучаемого образца и магнитной стрелки, по повороту которой судят о намагниченности образца. Первоначально стрелка устанавливается вдоль меридиана, а образец - перпендикулярно ему. Стрелка вместе с зеркальцем подвешивается на кварцевой или шелковой нити. Зеркальце служит для оптического отсчета определения угла поворота стрелки. Намагниченность образца пропорциональна тангенсу этого угла. В этом методе, как и в баллистическом, нужно вносить поправку на размагничивающий фактор.

3. Методы измерения в замкнутой цепи

Этотметод заключается в том, что образец вталкивается быстрым движением в канал, просверленный в полюсах электромагнита. При этом середина образца совпадает со средней точкой межполюсного пространства. Перед тем как протолкнуть образец О, включают электромагнит на желаемую величи­ну поля Н и замыкают цепь баллистического гальванометра G, к которому подключена катушка К, остающаяся неподвижной во все время измерения. При вталкивании образца в магнитное поле напряженности Н он намагни­чивается и его магнитные силовые линии, пересекая витки катушки К, от­клоняют зеркальце гальванометра G. По этому отклонению а вычисляют внутреннюю индукцию образца.