Способ дифференциального дилатометрического экспресс-анализа образцов исследуемых материалов в контрастных структурных состояниях

Изобретение относится к измерительной технике. Способ дифференциального дилатометрического экспресс-анализа образцов исследуемых материалов в контрастных структурных состояниях включает получение температурных зависимостей коэффициентов температурного линейного расширения (КТЛР) для двух образцов исследуемого сплава, один из которых - эталонный находится в стабильно-структурном состоянии, а другой - исследуемый - в метастабильном, и построение дифференциальной дилатометрической кривой. При этом за меру неустойчивости структурного состояния исследуемого образца принимается разность температурных зависимостей КТЛР исследуемого и эталонного образцов и в качестве температуры стабилизирующей термообработки выбираются ее значения, соответствующие экстремумам на температурной зависимости разностной кривой КТЛР исследуемого и эталонного образцов. Технический результат - возможность фиксации определенного структурного состояния образцов исследуемого материала. 2 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области металлургической технологии и используется для определения параметров температурного режима термообработки материалов с целью фиксации их структурного состояния, обеспечивающего требуемый комплекс физико-механических характеристик. Оно может быть использовано в цехах и лабораториях, осуществляющих термическую обработку изделий из металлических сплавов и сталей при выборе режима, обеспечивающего фиксацию определенного структурного состояния, отвечающего заданному уровню физико-механических характеристик, или сохранение термической стабильности размеров изделия в процессе эксплуатации. Оно может быть также использовано для контроля за изменениями структурного состояния в процессе эксплуатации изделий из известного сплава по данным исследования образцов-свидетелей из этого же сплава, подверженных действию тех же эксплуатационных факторов, что и материал изделия.

В качестве аналога предлагаемого способа можно указать на метод дилатометрического анализа металлов и сплавов. В настоящее время дилатометрический метод находит применение как способ получения информации о температурной зависимости коэффициентов термического расширения конструкционных материалов в температурном интервале их применения (Новикова С.И. Тепловое расширение твердых тел. М.: Наука. 1974. 291 с.). Вместе с тем, он может быть использован как способ получения количественной информации о перестройках дефектной структуры при термических и механических воздействиях, описанных в терминах теории фазовых переходов, протекающих в исследуемых материалах при заданных режимах нагрева и охлаждения и обуславливающих соответствующие изменения их физико-механических характеристик. Систематические отклонения в ходе температурной зависимости КТЛР часто связаны со структурным превращением в материале с образованием фаз, отличающийся по своему удельному объему от исходного фазового состава. Для целей дилатометрического анализа выпускаются специальные приборы - дилатометры, основное назначение которых регистрация изменений линейных размеров исследуемого образца в функции температуры. Предлагаемый нами способ определения параметров режима термообработки может быть реализован на любом из них независимо от их конструктивных особенностей.

В качестве прототипа предлагаемого способа можно рассматривать способ дифференциального дилатометрического анализа, используемый для оценки остаточных напряжений в сварных швах. (Ю.Б.Малевский, В.Г.Васильев, В.Ф.Грабин. Установки для дилатометрического исследования превращений в сварных соединениях. Киев: Наукова думка. 1964. 37 с., В.Ф.Грабин, В.Г.Васильев, В.А.Рафаловский. Дифференциальный вакуумный дилатометр для исследования превращений в сварных швах. Автоматическая сварка. 1960. №3 С.92-94). Для его реализации создан специальный класс дифференциальных дилатометров, позволяющих выполнить измерения разности размерных эффектов в свободных образцах, подвергаемых нагреву, имитирующему термический цикл сварки и непосредственно на свариваемых пластинах того же материала. По этим измерениям удается вычислить остаточные напряжения и определить их распределение в направлении, нормальном к сварному шву.

Предлагаемый способ определения температурных параметров режима термообработки реализуется на обычном дилатометре для изучения температурной зависимости КТЛР различных конструкционных материалов. Сами измерения проводятся последовательно, но процедура обработки результатов измерений построена по дифференциальной схеме с компьютерной обработкой по специальному алгоритму. При этом в качестве эталона могут быть использованы данные КТЛР для любого стабильно структурного состояния. Если снять температурные зависимости КТЛР одного и того же материала, но в разных структурных состояниях, одно из которых термически стабильное, а другое термически неустойчивое, то разность полученных кривых будет характеризовать процессы структурных перестроек, осуществляемых физическими дефектами, в избытке присутствующими в структуре сплава, подвергнутого интенсивным механическим и температурным воздействиям. Дилатометрические эффекты, обусловленные температурными изменениями КТЛР и изменениями удельных объемов фаз при фазовых переходах, зависят только от химического и фазового состава исследуемого сплава и одинаковы для образцов одного и того же сплава с разной структурой при одинаковых температурах, не превышающих температуру фазовых превращений, и невысоких скоростях ее изменения. По этой причине полученную разность КТЛР для образцов, находящихся в различных структурных состояниях, можно приписать исключительно эволюции дефектной структуры (т.е. изменениям в распределении дислокации и точечных дефектов) в процессе их нагрева с заданной скоростью. Экстремальные значения этой разности соответствуют областям относительной устойчивости структуры образца, находящегося в метастабильном состоянии. При этом максимумам соответствуют структурные состояния материала с высокими значениями свободной энергии, что создает условия для получения высоких прочностных характеристик, тогда как минимумам отвечают условия получения повышенных пластических характеристик.

Таким образом, предлагаемый способ определения температурных параметров термообработок можно рассматривать как дифференциальный дилатометрический анализ структурной стабильности исследуемого метастабильного состояния, в котором в качестве меры его неустойчивости приняты экстремальные значения разностей КТЛР в метастабильном и стабильном состояниях при одинаковых температурах, и в качестве эталона для сравнения исследуемого структурного состояния используется образец в термически стабильном состоянии в заданном диапазоне температур.

Применение указанного способа позволяет оперативно и эффективно решать задачи по выбору температурного режима термообработки конструкционных сплавов, подвергнутых различным видам термических и механических обработок с целью стабилизации их структурного состояния, обеспечивающего требуемый уровень физических характеристик.

В качестве примера решения такого рода задач можно привести дилатометрический дифференциальный анализ двух образцов стали 08КП, один из которых был нормализован после выдержки в течение 1 часа при Т=980°С, а в другом было создано метастабильное состояние с помощью закалки в воду с этой же температуры с последующей деформацией при температуре кипения жидкого азота с целью выбора температуры старения.

Дилатометрические кривые для циклов нагрева и охлаждения в исследованном температурном интервале приведены на фиг.1. (фиг.1а - для нормализованного состояния, 1б - для закаленного состояния, деформированного при низких температурах). Требуемый режим старения должен был сохранить эффект деформационного упрочнения, достигнутый при низкотемпературной деформации путем исключения процессов первичной рекристаллизации, но обеспечив достаточные условия для развития диффузионных процессов, благодаря которым происходит формирование мелкодисперсных выделений по гетерогенному механизму. На фиг.2 показана дифференциальная дилатометрическая кривая, полученная в результате синхронизированной по времени и температуре обработки кривых, представленных на фиг.1а и б.

В таблице №1 показаны результаты механических свойств исследуемой стали, температуры старения которой были выбраны с помощью кривой, изображенной на фиг.2. Высокопрочное состояние стали 08КП (ЗДСА-1) было получено при старении при температуре, соответствующей I самому большому максимуму разности КТЛР анализируемых структурных состояний, наиболее пластичное состояние было достигнуто при температуре, соответствующей самому глубокому минимуму на той же кривой (ДТАН-1). Для сравнения в таблице приведены данные по механическим свойствам стали в исходном нормализованном состоянии (И).

Аналогичные результаты были получены при использовании настоящей методики для выбора температур закалки и старения для алюминиевого сплава В-95.

Таблица №1
Результаты механических испытаний стали 08КП в структурных состояниях, полученных при старении по режимам, выбранным по предлагаемому способу.
шифр образцаМеханические характеристики
σb, МПаσ0,2, МПаδ, %Т, С°σb упрb исх
1И401,80319,5024,020 R1
2ЗДСА-11362,201362,204,82203,39
3ДТАН-1421,10288,4028,85201,05

Способ дифференциального дилатометрического экспресс-анализа образцов исследуемых материалов в контрастных структурных состояниях, включающий в себя получение температурных зависимостей коэффициентов температурного линейного расширения (КТЛР) для двух образцов исследуемого сплава, один из которых - эталонный находится в стабильноструктурном состоянии, а другой - исследуемый - в метастабильном, отличающийся тем, что при выборе режимов механико-термической обработки образца исследуемого сплава используют информацию об его структурной эволюции при проведении указанной обработки, при этом за меру неустойчивости структурного состояния исследуемого образца принимают разность температурных зависимостей КТЛР, полученных для эталона и исследуемого образца, и, используя полученную в результате синхронизирования по времени и температуре указанных зависимостей дифференциальную дилатометрическую кривую, выбирают в качестве температур стабилизирующей термообработки значения температур, соответствующих экстремумам на указанной дифференциальной дилатометрической кривой.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к микроскопу с термолинзой. .

Изобретение относится к области исследования физических свойств материалов. .

Изобретение относится к анализатору для простого анализа и исследования малых количеств образцов. .

Изобретение относится к технике определения физико-механических свойств угольных продуктов и может быть использовано при испытании материалов футеровки алюминиевых электролизеров в условиях электролиза.

Изобретение относится к области испытательной техники и может использоваться для определения температурного коэффициента линейного расширения композиционного материала.

Изобретение относится к физике твердого тела и может быть использовано для определения достоверных значений температурного коэффициента линейной деформации (ТКЛД) металлов, сплавов и других материалов в пределах от абсолютного нуля до максимальной температуры, при которой данный материал сохраняет упругие свойства.

Изобретение относится к физике твердого тела и может быть использовано для определения достоверных значений ТКЛД металлов при нормальных условиях. .

Изобретение относится к области моделирования в медицине и биологии и может быть использовано для ускоренного определения гигиенических нормативов новых органических химических веществ по данным их термодинамических свойств.

Изобретение относится к анализу температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) малорасширяющихся твердых материалов и может быть использовано для контрольных и исследовательских целей в любых отраслях народного хозяйства, в частности в коксохимической и стекольной отраслях промышленности.
Изобретение относится к измерительной технике

Изобретение относится к области неразрушающего контроля

Изобретение относится к тепловым испытаниям материалов, а именно к способам определения коэффициента термического расширения пленочных образцов

Изобретение относится к области теплофизики и может быть использовано при определении коэффициента термического расширения твердых тел

Изобретение относится к области исследования свойств жидкости и может найти применение в нефтегазовой, химической промышленности и др. Для определения коэффициента объемного теплового расширения жидкости в ячейку калориметра помещают образец исследуемой жидкости и осуществляют ступенчатое повышение давления в ячейке с образцом исследуемой жидкости. После каждого повышения давления измеряют тепловой поток в ячейку и объем исследуемой жидкости и на основании результатов измерения теплового потока с учетом предварительно определенного эффективного объема ячейки определяют коэффициент объемного теплового расширения исследуемой жидкости. Технический результат - повышение точности определения коэффициента теплового объемного расширения жидкости. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений образца под воздействием температуры из различных материалов и для определения содержания углерода в углеродистых сталях. Дилатометр содержит измерительный узел и нагревательную печь, подключенную к блоку регистрации температуры и блоку управления температурой. Измерительный узел и нагревательная печь установлены горизонтально. Измерительный узел включает индикаторную головку с неподвижной и подвижной осями, соединенный с ее подвижной осью толкатель, выполненный в виде монолитного цилиндра из кварца с диаметром, равным внутреннему диаметру кварцевой пробирки, и с плоской нижней торцевой поверхностью, контактирующей с образцом, кварцевую пробирку для исследуемого образца, установленную в нагревательную печь. В кварцевой пробирке размещен кварцевый упор с диаметром, равным внутреннему диаметру кварцевой пробирки, контактирующий с образцом. Индикаторная головка и кварцевая пробирка соединены переходником, выполненным в виде полового цилиндра. На торце переходника со стороны крепления кварцевой пробирки установлен ограничитель, выполненный в виде кольца. Переходник установлен с возможностью перемещения вдоль оси кварцевой пробирки и образования зазора между нагревательной печью и ограничителем переходника. Технический результат - повышение точности определения температурного коэффициента линейного расширения образцов, изготовленных из различных материалов, и расширение функциональных возможностей устройства. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области исследования физических свойств материалов и может быть использовано преимущественно в дилатометрии, например, для измерения коэффициента линейного расширения. Заявленный способ дилатометрии включает снятие спекл-интерферограммы поля нормальных перемещений с передней поверхности тела с отображением на экране монитора ЭВМ и определение по ней величины перемещения. При этом часть отражающих элементов спекл-интерферометра располагают за обследуемым телом, освещая и отображая невидимые спереди участки его поверхности, а зарегистрированные от них спекл-интерферограммы размещают в выделенных для них частях экрана монитора ЭВМ, не пересекающихся с отображением спекл-интерферограммы передней поверхности тела. Вычисляют разностную спекл-интерферограмму перемещений поверхностей по отношению к их исходному состоянию и определяют по ней изменение расстояния между любыми двумя точками поверхности тела. Технический результат - повышение информативности и достоверности получаемых данных за счет обеспечения возможности одновременного определения смещения нескольких поверхностей образца. 4 ил.

Изобретение относится к способу и устройству определении давления распирания угля или угольной смеси путем лабораторного исследования. Осуществляют нагревание образца в виде угля или угольной смеси в перфорированной гильзе, находящейся внутри тигля. Между наружной поверхностью гильзы и внутренней поверхностью тигля размещают гранулированный инертный материал в виде гранул коксового шлака или антрацита с размером гранул, превышающим диаметр отверстий в гильзе. Тигель располагают в электрической печи и нагревают по окружности со скоростью 3 К/мин от температуры окружающей среды до конечной температуры пластичности угля. Температуру измеряют с помощью устройства для измерения температуры, расположенного на стенке гильзы, а поршень, расположенный на образце сверху, передает силу давления распирания образца системе измерения силы, и на основе измеренной силы определяется давление распирания. Устройство состоит из электрической печи 1, внутри которой расположен тигель 2. Внутри тигля находится перфорированная гильза 3 с защищенным устройством для измерения температуры 5, располагающимся на ее поверхности. Угольный образец 4 помещен в гильзу и прижат поршнем 6, расположенным на поверхности образца и связанным с системой измерения силы 7, а система управления 8 выполнена с возможностью осуществления управления нагреванием и измерения давления. Технический результат – надежное определение значения давления распирания угля или угольной смеси путем моделирования такого поведения угля, которое наблюдается в промышленном процессе в коксовальной камере. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области исследования механических и тепловых свойств материалов. Способ определения температурного коэффициента линейного расширения материала предусматривает перемещение относительно друг друга образца исследуемого материала и источника нагрева поверхности образца. В процессе перемещения осуществляют нагрев поверхности образца с периодическим изменением плотности мощности нагрева и измеряют амплитуду деформации поверхности образца материала в результате нагрева. По результатам измерений с учетом плотности и объемной теплоемкости образца рассчитывают значение температурного коэффициента линейного расширения. Устройство для осуществления способа содержит платформу для размещения образца, источник нагрева, выполненный с возможностью изменения плотности мощности нагрева, по меньшей мере один датчик амплитуды деформации поверхности образца и систему взаимного перемещения образца, источника нагрева и датчиков амплитуды деформации поверхности. Технический результат – повышение точности и производительности определения температурного коэффициента линейного расширения неоднородных материалов при нестационарном нагреве поверхности их образцов с одновременным получением данных об упругих и тепловых свойствах образцов в рамках того же измерения. 2 н. и 30 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике

Наверх