Analiza dilatometrica

1. Principiul de lucru

Analiza dilatometrica a metalelor si a aliajelor este astazi o practica curenta in laboratoarele de control si de cercetare. Data fiind marea ei sensibilitate, analiza dilatometrica permite a se face precizari si aprofundari asupra mecanismului de evolutie structurala a metalelor si aliajelor in functie de temperatura si de timp.

Variatia dilatatiei metalelor si aliajelor este proportionala cu temperatura, daca nu apar modificari interne ( inlaturarea distorsiunilor retelei cristaline, transformari de faza, transformari alotropice etc. ). Dilatatia volumica este caracterizata prin coeficientul mediu de dilatatie care se calculeaza cu relatia :

g= ( 1/V₁ ) ( V₂- V₁ ) / ( T₂-T₁ ) = ( 1/V₁ ) ( DV/DT ) [1/^oK],

in care : V₁ este volumul probei la temperatura T₁; V₂-volumul probei la temperatura T₂.

Deoarece coeficientul de dilatatie volumica se determina mai greoi se admite ca la substantele solide sa se foloseasca drept criteriu, coeficientul mediu de dilatatie liniara, care se calculeaza cu relatia :

b= ( 1/L₁ ) ( L₂- L₁ ) / ( T₂-T₁ ) = ( 1/L₁ ) ( DL/DT ) [1/^oK],

in care : L₁ este lungimea probei la temperatura T₁; L₂-lungimea probei la temperatura T₂.

In cazul aparitiei modificarilor interne, pe curba de dilatatie vor apare inflexiuni ale caror amplitudini sunt direct proportionale cu intensitatea transformarilor ce au loc. Daca modificarile interne sunt de intensitate mare se poate folosi analiza dilatometrica directa, iar in caz contrar se va folosi analiza dilatometrica diferentiala.

In principiu, analiza dilatometrica simpla, consta din urmarirea variatiei dilatatiei probei ( p ) introdusa in tubul de cuart ( c ) . Dilatatia probei in functie de variatia temperaturii este transmisa mecanismului de inregistrare prin intermediul tubului de cuart ( t ) ( figura 1 )

Figura 1. Montarea probei dilatometrice in tubul cu cuart .

Curba de dilatatie va avea alura din figura 2, punctele de inflexiune A si B indica inceputul si sfarsitul modificarilor interne. Portiunea OA reprezinta dilatatia probei in functie de temperatura, iar portiunea AB marcheaza inceputul si sfarsitul transformarilor ce au loc. Aceste transformari se desfasoara in intervalul de temperaturi T_A si T_B.

Figura 2. Curba dilatometrica simpla

Analiza dilatometrica diferentiala, consta in principiu din compararea dilatatiei probei cu cea a unui etalon convenabil ales, ambele fiind incalzite la aceeasi

Figura 3. Montarea probelor la analiza dilatometrica diferentiala.

temperatura. Proba ( p ) si etalonul ( e ) sunt introduse in tuburile de cuart c₁ si c₂ asezate unele langa altele si dilatatia lor este transmisa mecanismului de inregistrare prin intermediul unor tije de cuart t₁ si t₂ ( figura 3. ) .

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

Curbele de dilatatie a etalonului si probei au alurile din figura 4.

Figura 4. Curbele de dilatatie pentru etalon si proba de incercat.

Curbele de dilatatie absoluta a etalonului OAEB si a probei OA₁B₁P au pana la o anumita temperatura ( T₁ ) au aceeasi alura. Transformarea este izoterma si pe curba este marcata de portiunea A₁B₁, dar in acelasi timp temperatura etalonului creste de la T₁ la T₂ si dilatatia de la A la B.

Figura 5. Curba de dilatatie diferentiala

Curba temperatura-dilatatie diferentiala va avea alura din figura 5. si prezinta urmatoarele particularitati :

-transformarea izoterma A₁B₁ ( fig. 4.) apare pe curba diferentiala ca o portiune inclinata ab ( fig. 5. ) si aceasta datorita faptului ca in abscisa este temperatura etalonului care in timpul transformarii se incalzeste de la T₁ la T₂.

-largirea intervalului de temperaturi ( T₁ T₂ ) si amplitudinea anomaliei ab creste cu durata transformarii izoterme si cu viteza de incalzire. Punctul ( a ) reprezinta temperatura transformarii izoterme, punctul ( b ) reprezinta tempera- tura etalonului pentru ca transformarea este terminata. De la temperatura T₃ curbele de dilatatie ale probei si etalonului coincid din nou.

Inclinarea b se datoreaza dilatatiei probei imediat dupa transformare si depinde de diferenta de temperatura T₂-T₁, fapt care indica o dependenta a acestor anomalii de viteza de incalzire. Acest lucru impune prudenta la interpretarea unei diagrame dilatometrice. Spre a decala anomaliile datorate conditiilor de incercare fata de cele proprii materialului studiat trebuie cunoscuta instalatia folosita.

2. Instalatii folosite

Pentru trasarea curbelor de dilatatie se folosesc mai multe tipuri de dilatometre, care difera intre ele prin conceptia constructiva si detalii de constructie , fie prin particularitatile folosite pentru captarea, amplificarea si inregistrarea variatiei de lungime a probei.

Dilatometrul tip " rezistenta Bauart Weiss " este aratat in figura Proba folosita la acest dilatometru are dimensiunea din figura 8.

Montarea probei, ridicarea curbei de dilatatie si exploatarea instalatiei se face folosind instructiunile dilatometrului. Dilatometrul Bauart Weiss permite numai ridicarea curbei dilatometrice directe.

Figura Partile constructive ale dilatometrului

Figura 6. Vedere de ansamblu a dilatometrului rezistenta Bauart-Weiss

Curbele dilatometrice simple sau diferentiale permit determinarea rezistentei :

-coeficientul de dilatatie al aliajului metalic de rezistenta;

-punctelor critice de inceput si sfarsit de transformarea pentru aliajul cercetat ;

-cantitatea constituentilor structurali-aplicand metoda Kunitake .