Cum isi modifica proprietatile materialul metalic

ANALIZA TERMICA. ANALIZA DILATOMETRICA

1. 3. Analiza termica.

Introducere.

Pentru cunoasterea modului cum isi modifica proprietatile materialul metalic sub influenta unor factori cum ar fi temperatura se folosesc diverse metode, astfel: analiza termica simpla si diferentiala, analiza dilatometrica simpla si diferentiala, analiza magnetica, analiza termogravimetrica, etc.

Analiza termica este o metoda prin care se determina punctele critice ale materialului metalic atat la trecerea din stare lichida in stare solida cat si in stare solida.

Analiza termica simpla

Se utilizeaza atunci cand efectele termice sunt mari si se bazeaza pe variatii de temperatura, la incalzire sau racire.

Pentru ca masuratorile sa fie corecte, viteza de racire sau incalzire trebuie sa fie constanta si de valoare mica.

Instalatia folosita (Fig.1.3.1) consta din : cuptor electric pentru incalzire, creuzet, termocupla, voltmetru, comanda cuptor.

Fig.1.3.1. Schema de principiu a instalatiei pentru analiza termica

Analiza racirii unui material metalic de la starea lichida pana la cea solida (prin inregistrarea valorilor temperaturilor functie de timp) duce la obtinerea urmatoarelor curbe de racire ( T= f(t)).

a)      curba de racire de tip exponential Fig. 1.3.2

Fig. 1.3..2. Curba de racire fara modificari de stare

rezulta ca materialul respectiv nu are transformari de stare in domeniul de temperatura analizat

b)      curba de racire cu palier (Fig.1.3.3) - palierul arata ca in material la temperatura respectiva a avut loc o transformare, la care s-a degajat o caldura laterala de solidificare care compenseaza pierderile de caldura datorita racirii.

Asemenea curbe cu paliere sunt specifice pentru : metale pur, aliaje cu transformari peritectice , eutectice, eutectoide.

Fig. 1.3.3. Curba de racire cu palier

c)      curba de racire cu puncte de inflexiune Fig.1.3.4.

Aceste puncte de inflexiune arata ca materialul cedeaza caldura latenta de solidificare, iar aceasta compenseaza partial pierderile de caldura datorita racirii. Acest tip de curba se intalneste la aliajele metalice.

In general la solidificarea aliajelor metalice pe curba de racire de forma exponentiala apar atat paliere cat si puncte de inflexiune.

Fig. 1.3.4. Curba de racire cu puncte de inflexiune

Modul de lucru

Se va analiza cu ajutorul analizei termice simple curbele de solidificare pentru un aliaj Pb-Sn si un aliaj Sn-Sb-Cu (aliaj antifrictiune pentru cuzineti). Temperaturile se vor inregistra din 5 in 5 secunde .

Dupa efectuarea analizei termice simple se va explica modul de obtinere a unei diagrame de echilibru simple Al-Si folosind curbele de racire.

Fig. 1.3.5 Constructia diagramelor de echilibru binare

Analiza termica diferentiala

Analiza termica diferentiala se foloseste atunci cand efectele termice sunt mici si consta in masurarea diferentelor de temperatura dintre proba si un etalon. Etalonul trebuie sa fie de aceeasi greutate ca si proba , dar nu trebuie sa aiba transformari de faza in intervalul de temperatura analizat .

Pentru masurarea temperaturii se folosesc doua termocule :una obisnuita care inregistreaza temperatura probei , iar una diferentiala care permite inregistrarea diferentelor de temperatura dintre talon si proba (DT= ). Se traseaza curba de racire T= f(). Pe curba de racire cand se foloseste analiza termica diferentiala se poate observa ca nu apare nici o transformare in proba cat proba si etalonul se gasesc la aceeasi temperatura . Cand proba cedeaza caldura, apare un punct extern si apare totodata o diferenta de temperatura dintre proba si etalon.

Instalatiile pentru analiza termica diferentiala sunt complexe, incalzirea facandu-se in vid sau atmosfera neutra.

1.4 .Analiza dilatometrica

Introducere

Analiza dilatometrica se foloseste pentru determinarea punctelor critice de transformare ale materialului la incalzire in stare solida. Ca principiu are la baza variatia coeficientului de dilatatie, care la un metal sau aliaj (fara transformari de faze pe intervalul studiat) va avea o variatie liniara.

Valoarea coeficientului mediu de dilatatie este data de relatia :

In care este lungimea probei la temperatura

este lungimea probei la temperatura

In cazul in care materialul metalic sufera transformari pe curba de dilatatie vor aparea inflexiuni a caror amplitudine este proportionala cu intensitatea transformarilor ce au loc.

.4.1 Analiza dilatometrica simpla

Instalatia folosita pentru aceasta analiza este compusa din :

cuptor de incalzire

tub ce cuart (sau tub de otel inoxidabil Cr-Ni cu structura austenitica)

termocupla

tija de cuart

traductor de deplasare

sistem de inregistrare

proba de analizat

(vezi Fig.1.4.1)   

Fig. 1.4.1. Schema instalatiei pentru analiza dilatometrica simpla

Pentru determinarea exacta a valorilor se foloseste metoda tangentelor la punctul de inflexiune sau prelungirii portiunii de lucru.

Modul de lucru

Pentru o proba din otel nealiat cu compozitia chimica cunoscuta, se va obtine curba dilatometrica simpla si se vor compara temperaturile de transformare cu cele de pe diagrama de echilibru Fe-F ₃C.

1.4.2Analiza dilatometrica diferentiala- consta in principiu din compararea dilatatiei probei cu cea a unui etalon, ambele fiind incalzite la aceeasi temperatura. Proba si etalonul sunt introduse in doua tuburi de cuart, iar dilatatia este transmisa sistemului de masurare si inregistrare.

Etalonul se alege dintr-un material care nu prezinta modificari in intervalul de temperatura cercetat si are o dilatatie perfect liniara si reversibila.

Curbele de dilatatie ale probei si etalonului au alurile din Fig. 1.4.2.1. Curba dilatatie diferentiala va avea alura conform Fig.1.4.2.2 si prezinta urmatoarele particularitati:

transformarea izoterma a A₁B₁(Fig.1.4.2.1) apare pe curba diferentiala ca o portiune inclinata ab (Fig.1.4.2.2) si aceasta datorita faptului ca in abcisa este reprezentata temperatura etalonului (care se incalzeste de la T₁ la T₂ in timpul transformarii);

largirea intervalului de temperatura (T₁.T₂) si amplificarea anomaliei ab creste cu durata transformarii izoterme si cu viteza de incalzire. Punctul a reprezinta temperatura de inceput a transformarii izoterme, punctul b reprezinta temperatura etalonului pentru ca transformarea s-a incheiat. De la temperatura T₃ curbele de dilatatie ale probei si etalonului coincid din nou (inclinarea bc se datoreaza dilatatiei probei imediat dupa transformare si depinde de diferenta de temperatura T₂-T₁, fapt care indica o dependenta a acestei anomalii de viteza de incalzire). Acest lucru impune prudenta la interpretarea unei curbe dilatometrice.

Pentru a analiza anomaliile datorate conditiilor de incercare trebuie cunoscuta foarte bine instalatia folosita.

Aplicatii ale analizei dilatometrice

Cu ajutorul curbelor dilatometrice simple sau diferentiale se pot determina:

a)      coeficientul de dilatare liniara pe un interval de temperatura ;

β= Valorile coeficientului β vor fi insotite de temperaturile de referinta (Exemplu : reprezinta coeficientul de dilatare in intervalul 50-80 s C)

b)      temperaturile critice de inceput si de transformare ;

Cunoasterea reala a temperaturilor critice de transformare pentru diferitele marci si sarje de otel este necesara pentru aplicarea corecta a tratamentelor termice.

c) determinarea cantitatii de constituenti structurali - se bazeaza pe faptul ca marimea dilatatiei este proportionala cu cantitatea fazei noi aparute.

Fig. 14.2.1 Curbe de dilatatie pentru etalon si proba de incercare

Fig. 1.4.2.2Curba dilatometrica diferentiala