Порядок выполнения работы. 1. Изучить схему установки и суть метода Сайкса для определения теплоемкости

1. Изучить схему установки и суть метода Сайкса для определения теплоемкости материала (рис. 3.1).

2. Нарисовать графики истинных значений теплоемкости углеродистых сталей после различных видов термической обработки, предложенных преподавателем (рис. 3.6–3.8).

3. Отметить на графиках все имеющиеся эффекты изменения теплоемкости (при фазовых и структурных превращениях) и объяснить, чем они обусловлены.

4. Занести в таблицу 3.1 результаты измерения.

5. Нарисовать схемы структур (рис. 3.9) конструкционных и инструментальных углеродистых сталей после различных видов термической обработки (после отжига, закалки, нормализации).

6. Сравнить результаты изменения теплоемкости конструкционных и инструментальных углеродистых сталей.

7. Сделать выводы.

Таблица 3.1 – Результаты измерения истинной теплоемкости

Рисунок 3.9 – Схемы структур углеродистых сталей

Вопросы для самопроверки

1. В чем заключается сущность метода Сайкса?

2. Чем обусловлена основная погрешность метода Сайкса?

3. Как работает установка определения теплоемкости материала по методу Сайкса ?

4. Как изменяется атомная теплоемкость железа при нагреве?

5. Чем объясняются эффекты резкого изменения теплоемкости конструкционных углеродистых сталей?

6. Чем объясняются эффекты резкого изменения теплоемкости инструментальных углеродистых сталей?

7. Какие фазовые и структурные превращения приводят к эффектам изменения теплоемкости?

Рекомендуемая литература:[1–6].

Лабораторная работа 4

Определение теплоемкости легированных сталей при фазовых и структурных превращениях

Цель работы

Изучить изменения теплоемкости легированных сталей при фазовых и структурных превращениях после разных видов термической обработки.

1. Определить теплоемкости легированных сталей.

Основные положения

В отсутствие структурных превраще­ний теплоемкость металлов и сплавов с по­вышением температуры монотонно возра­стает, как, например, с_р вольфрама, танта­ла, молибдена, аустенитных сталей и мно­гих других металлов и сплавов.

При возникновении же в процессе на­грева металла аллотропических превраще­ний, изменения магнитных свойств, струк­турных превращений в процессе отпуска и других структурных преобразований моно­тонное возрастание теплоемкости нару­шается, что используется в термическом анализе для выявления структурных преоб­разований металла при его нагреве.

Истинная теплоемкость всех магнитных сталей (углеродистых, низко- и среднелегированных и хромистых нержавеющих) про­ходит через максимумы (рис. 4.1, 4.2). Если температура фазового перехода стали выше точки Кюри, накривых с_р–t имеют место два хорошо выраженных максимума. Первый максимум в этом случае соответствует потере магнит­ных свойств, а последующие — фазовым превращениям (рис. 4.3, 4.4).

Рисунок 4.1 – Истинная теплоемкость стали 12МХ

Рисунок 4.2 – Истинная теплоемкость стали 20Х1М1Ф1

Рисунок 4.3 – Истинная теплоемкость стали 20Х13

С повышением содержания хрома и кремния в стали точка Кюри ее снижается. Если точка Кюри железа равна 768 °С, то точка Кюри стали, содержащей 44% Сr, значительно ниже и она равна примерно 570 °С (рис. 4.6).

Рисунок 4.4 – Истинная теплоемкость стали 40Х13

Рисунок 4.5 – Истинная теплоемкость стали 20Х16НМБ2С2

На рис. 4.7 представлена кривая с_р–t высокоуглеродистой низколегированной ста­ли в температурном интервале 600–1400° С. Второй максимум на этой кривой соответ­ствует плавлению стали.

Теплота структурных превращений в большой степени зависит от состава сплава. Вследствие этого измене­ние истинной и средней теплоемкостей в за­висимости от термической обработки также зависит от химического состава стали (рис. 4.1–4.5).

Рисунок 4.6 – Истинная теплоемкость хромистой нержавеющей

стали с 44 % Сr

Рисунок 4.7 – Истинная теплоемкость высокоуглеродистой стали 40ХНМ до жидкой фазы

Из приведенных данных видно, что теплоемкость зависит от состава сплава и термической обработки.

Однако для определенного класса сплавов зависимость с_р от состава мала. Так, например, для подсчета теплоемкости углеродистых, низколегированных и хро­мистых нержавеющих сталей типа Х13 в отожженном состоянии или после высокого отпуска можно пользоваться фор­мулой 4.1

, кДж/кг ×°С (4.1)

В температурном интервале 20–600° С отклонения экспериментальных значений с_р,подсчитанных по этой формуле, равны ±3%.

При температурах выше А₃, т. е. после завершения перехода перлитных и мартенситных сталей в аустенитное состояние, теплоемкость всех типов стали колеблется в узких пределах, например, при 1000 °С величина с_р железа и различных классов стали равна 0,6–0,7 кДж/кг ×°С.

Средняя теплоемкость аустенитных за­каленных и подвергнутых старению хромоникелевых сталей с точностью ±3% удов­летворяет формуле 4.2

, кДж/кг ×°С (4.2)

Поиск по сайту: