- •Дисциплина «материаловедение»
- •Часть 3. Физические свойства металлов физические свойства металлов лабораторный практикум
- •Раздел 3: Дилатометрия и термический анализ металлов и сплавов*
- •Определение коэффициентов линейного расширения и температур фазовых превращений с помощью дифференциального дилатометра шевенара
- •Физические представления о термическом расширении металлов
- •1. Природа термического расширения
- •2. Связь коэффициента линейного расширения с характеристиками потенциала межатомного взаимодействия (f, g) и другими физическими свойствами металла
- •3. Температурная зависимость коэффициента термического расширения
- •4. Особенности теплового расширения ферромагнетиков
- •Методика эксперимента
- •1. Описание лабораторной установки
- •2. Вращение оптического треугольника в зависимости от характера расширения образца и эталона. Интерпретация кривой термического расширения
- •Порядок выполнения работы
- •Указания по технике безопасности
- •Указания к расчету коэффициента термического расширения
- •Требования к отчету
- •Контрольные вопросы
- •Приложение
- •1. Вывод соотношения, связывающего коэффициент термического расширения и теплоемкость
- •2. Графическое определение температуры и разности удлинений эталона и образца по кривой термического расширения. Вывод расчетной формулы.
- •Введение. Превращения и объемные эффекты при отпуске закаленной ctали*
- •Описание лабораторной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Дифференциальный термический анализ превращений в металлах и сплавах
- •Введение. Основные принципы применения термического анализа для изучения превращений в металлических веществах
- •Классификация превращений в металлах и сплавах
- •Особенности аморфного состояния и тепловые эффекты при нагреве аморфных металлических сплавов
- •Метод дифференциального термического анализа
- •Описание лабораторной установки
- •Задача работы
- •Порядок выполнения работы
- •Требования к отчету
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Дополнителыш литература
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
-
Освоить методику построения кривой термического расширения с помощью дифференциального оптического дилатометра.
-
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, ℓо – начальный размер образца.
Истинный коэффициент линейного расширения , рассчитывается по формуле, полученной из (7.2) путем предельного перехода (Т0):
(7.3)
где ℓT - 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 = .