팽창계를 통한 열팽창 분석

Dilatometry는 먼저 캘리퍼를 사용하여 수작업으로 시료의 초기 길이를 측정한 다음 지정된 시간 동안 지정된 온도를 실시하는 동안 시료의 길이를 측정하여 수행되며, 이 측정은 딜라토미터내의 민감한 게이지에 의해 기록될 것이다. 시료가 측정되는 동안 퍼지 가스는 용광로를 통해 흐르게 됩니다. (아르곤, 질소 등) 이것은 일관된 대기 조건을 제공할 뿐만 아니라 시료가 공기 중의 산소로 산화되는 것을 막을 수 있도록 합니다. 다음으로, 샘플은 지정된 속도로 지정된 온도로 가열되고 치수의 변화는 민감한 측정 게이지로 기록됩니다. 치수의 변화는 확장 또는 수축일 수 있습니다. 열 팽창은 그 때 길이(L)의 변화를 샘플()의 초기 길이로 나누어 계산합니다. 이 공정은 재료의 평균 선형 열 팽창을 산출합니다. 각 샘플의 여러 측정은 보다 정확한 결과를 얻을 수 있습니다.

열 팽창은 순간적(길이 대 온도의 경사) 또는 평균(온도 범위에 걸쳐 길이의 순 변화)일 수 있습니다. 샘플의 부피 의 변화가 평가되는 경우 길이만 측정하거나 체적일 경우 값이 선형일 수 있습니다.

Dilatometry는 여러 가지 방법을 통해 수행 될 수있다. 이 실험의 딜라토미터는 수직 푸시 바 방법을 사용합니다. (그림 1) 샘플에서 경험한 열 팽창은 연결된 막대에 의해 변위 센서로 전달됩니다. 그러나, 막대는 또한 용광로에서 고온에 노출되기 때문에, 너무 열 팽창을 경험한다. 따라서 결과 측정을 수정해야 합니다.

그림 1: 표준 수직 푸시로드 딜라토미터의 회로도.

열 팽창 측정을 위한 유사한 기술은 미켈슨 레이저 간섭법입니다. 이 기술은 고정밀 레이저와 거울을 사용하여 열 팽창을 측정합니다. 품질 광학, 광검출기 및 보간 기술은 약 나노미터에 길이 해상도를 허용합니다. 간섭법의 독특한 특징은 샘플의 크기 나 모양에 대한 약간의 제한입니다. 또 다른 유사한 기술은 가열 된 단계에서 샘플과 X 선 회절입니다. X선 회절은 격자 매개변수를 쉽게 결정할 수 있으므로 격자 매개 변수가 온도와 어떻게 변하는지 측정하고 열 팽창 계수를 추출할 수 있습니다.

dilatometer의 결과는 일반적으로 온도, 확장 길이 및 시간의 데이터를 포함합니다. 딜라토미터와 함께 사용되는 다른 소프트웨어는 다른 방법으로 결과를 반환할 수 있습니다. 일부 소프트웨어는 데이터 점만 반환하는 반면 다른 소프트웨어에는 플로팅 기능 및 기타 분석 기능이 있습니다. 위의 절차에 사용되는 소프트웨어는 WorkHorseTM을 사용했다. 이 프로그램은 .txt 파일에서 데이터를 반환한 다음 Matlab, Qtgrace 또는 Excel과 같은 소프트웨어를 사용하여 플롯할 수 있습니다. 그림 2는 온도가 상승및 낮아짐에 따라 세 가지 금속이 팽창하고 수축되는 것을 보여줍니다.

그림 2: 온도의 함수로 길이의 변화는 스테인레스 스틸, 냉근 한 강철 및 알루미늄에 대해 플롯됩니다. 샘플은 가열된 다음 연속 길이 측정으로 냉각되어 히스테리시스가 존재하는지 관찰합니다.

열 팽창이 항상 선형 함수는 아닙니다. 즉, 열 팽창 계수가 항상 일정하지는 않습니다. 도 2에서볼 수 있듯이, 700^oC와 900^oC 사이의 냉간 작업 강철에서 발생하는 특이한 열 팽창 이벤트가 있습니다. 스테인레스 스틸 및 알루미늄의 경우 열 팽창뿐만 아니라 수축, 선형 경사를 따릅니다. 그러나, 냉간 작업 강철의 경우 확장 및 수축은 비선형 변화를 따른다. 이것은 차가운 작업 강철의 탈구에 기인 할 수있다. 탈구 복구가 발생하는 위치는 일반 확장/수축이 발생하는 위치와 달리 확장/수축이 다를 수 있습니다.

Dilatometry는 재료의 치수 열 팽창을 측정하는 기술입니다. 재료가 가열되고 냉각됨에 따라 길이의 변화를 측정하여 이 값이 자주 발견되는 경우가 있습니다. 열 팽창은 초기 길이로 나눈 길이의 변화에 의해 정량화됩니다. 열 팽창 외에도 이 기술은 열 치료에 대한 응답으로 공실 형성, 위상 변화 및 탈구 진화에 대한 통찰력을 제공합니다.

재료의 열 확장을 결정하는 것은 딜라토미터에 매우 인기있는 사용이지만, 그들을 위한 다른 응용 분야가 있습니다. 예를 들어, 이러한 계측기는 특정 합금의 위상 변화를 모니터링하는 방법으로도 사용될 수 있다. 탈구 밀도를 결정하는 것은 확장측정의 또 다른 응용 프로그램입니다.

단계 변경 모니터링: 위상 변화 연구에서 딜라토메트리의 적용은 위상 변환 중에 샘플의 특정 부피의 변화에 기인한다. 재료가 위상 변경을 거치면 격자 구조가 변경됩니다. 다양한 조건에서 발생하는 변환을 기록하면 결과를 그래픽 형식으로 제시할 수 있습니다. 이것은 주어진 냉각 또는 가열 조건에 대해 얻을 수 있는 미세 구조 성분의 형성 온도를 보여줍니다. 이 기술은 연속 가열, 냉각 및 이더스말 보유 중에 강철의 변형 동작을 연구하는 데 널리 사용됩니다. 이것은 야금 응용 프로그램에서 엄청난 가치를 가지고 있습니다. 철강이 건설에 사용되는 엔지니어링 산업에서 중요합니다.

탈구 밀도: 탈구는 부피를 차지하고 따라서 열 처리에 대한 응답으로 탈구 밀도가 변화함에 따라 탈구를 관찰하고 정량화하는 데 사용할 수 있습니다. 고해상도 dilatometry는 복구 및 재결정 과정과 관련된 탈구의 텍스처 변경 및 재배열 및 소멸에 대한 연구에 기술을 확장했습니다. 고해상도 확장법, 동위위축 팽창 및 원자부피의 모델과 함께 오스틴의 분해로 인해 미세 구조에 도입된 탈구 밀도를 추정하는 데 사용될 수 있다.