ניתוח התפשטות תרמית באמצעות דילאטומטריה

דילאטומטריה מבוצעת על ידי מדידת האורך ההתחלתי הראשון של המדגם ביד באמצעות calipers, ולאחר מכן מדידת אורך המדגם בזמן שהוא נתון לטמפרטורות שצוינו עבור כמויות זמן שצוינו, מדידה זו תירשם על ידי מד רגיש בדילטומטר. בזמן המדגם נמדד גז טיהור יהיה זורם דרך הכבשן; (ארגון, חנקן, וכו ') זה יספק תנאי אטמוספרה עקביים, כמו גם כדי לשמור על המדגם מ חמצון עם חמצן באוויר. לאחר מכן, המדגם מחומם לטמפרטורה שצוינה בקצב מסוים, והשינויים בממדים נרשמים במד מדידה רגיש. השינוי בממדים יכול להיות הרחבה או התכווצות. לאחר מכן מחושבת התפשטות תרמית על ידי חלוקת השינוי באורך (L) לפי האורך ההתחלתי של המדגם (). תהליך זה מניב את ההתפשטות התרמית הליניארית הממוצעת של החומר. מספר מדידות של כל מדגם מניבות תוצאות מדויקות יותר.

התפשטות תרמית יכולה להיות מיידית (השיפוע של האורך לעומת הטמפרטורה) או ממוצע (שינוי נטו באורך על פני טווח טמפרטורה). הערך יכול להיות ליניארי אם רק אורך נמדד או נפחי אם השינוי בנפח המדגם מוערך.

דילאטומטריה יכולה להתבצע באמצעות מספר שיטות. הדילטומטר בניסוי זה משתמש בשיטת דחיפה-בר אנכית. (איור 1) ההתפשטות התרמית שחווה המדגם מועברת לחיישן ההעתקה על ידי המוט המחובר. עם זאת, מאז המוט חשוף גם לטמפרטורה הגבוהה בכבשן, גם הוא חווה התפשטות תרמית. לכן, יש לתקן את המדידה המתקבלת.

איור 1: סכמטי של דילטומטר מוט דחיפה אנכי סטנדרטי.

טכנולוגיה דומה למדידת התפשטות תרמית היא אינטרפרומטריית לייזר מישלסון. הטכניקה משתמשת בלייזרים ומראות מדויקים כדי למדוד התפשטות תרמית. אופטיקה איכותית, פוטו-דקטורים וטכניקות אינטרפולציה מאפשרות רזולוציית אורך לכ-1 ננומטר. תכונה ייחודית של אינטרפרומטריה היא ההגבלה הקטנה על גודל או צורה של המדגם. טכניקה דומה נוספת היא עקיפה של קרני רנטגן עם המדגם על במה מחוממת. מאז עקיפה רנטגן יכול בקלות לקבוע פרמטר סריג, ניתן למדוד איך הפרמטר הסריג משתנה עם טמפרטורה לחלץ מקדם התפשטות תרמית.

התוצאות של dilatometers כוללות בדרך כלל נתונים של טמפרטורות, אורכי הרחבה, וזמן. תוכנות שונות המשמשות יחד עם דילטומטרים יכולות להחזיר תוצאות בדרכים שונות. תוכנות מסוימות מחזירות נקודות נתונים בלבד, בעוד שאחרות כוללות פונקציות התוויית ותכונות ניתוח אחרות. התוכנה המשמשת בהליך לעיל השתמשה WorkHorseTM. תוכנית זו מחזירה נתונים בקובץ .txt שניתן להתוות באמצעות תוכנה כגון- Matlab, Qtgrace או Excel. איור 2 מראה שלוש מתכות שונות מתרחבות ומתכווצות ככל שהטמפרטורה עולה ומונמכת.

איור 2: השינוי באורך כפונקציה של הטמפרטורה מתוות פלדת אל-חלד, פלדה קרה ואלומיניום. הדגימות מחוממות ולאחר מכן מקוררות במדידות אורך מתמשכות כדי לבחון אם קיימת היסטריה כלשהי.

התפשטות תרמית היא לא תמיד פונקציה ליניארית. משמעות הדבר היא כי מקדם ההתפשטות התרמית אינו תמיד קבוע. כפי שניתן לראות באיור 2, יש אירוע התפשטות תרמית יוצא דופן המתרחש בפלדה קרה בין 700^oC ו 900^oC. במקרה של נירוסטה ואלומיניום ההתפשטות התרמית, כמו גם התכווצות, בצע מדרון ליניארי. עם זאת, עבור פלדה עבד קר ההתרחבות והתכווצות בעקבות שינוי לא ליניארי. ניתן לייחס זאת לפרוק בפלדה הקרה. מיקומים שבהם מתרחשת התאוששות נקע יכולים לחוות התרחבות/התכווצות שונות לעומת מיקומים שבהם מתרחשת הרחבה/התכווצות רגילה.

דילאטומטריה היא טכניקה למדידת ההתפשטות התרמית הממדית של חומר. לעתים קרובות ערך זה נמצא על ידי מדידת השינוי באורך כמו חומר מחומם מקורר. התפשטות תרמית מכומתת על ידי שינוי באורך חלקי האורך ההתחלתי. בנוסף להתרחבות תרמית, הטכניקה מציעה תובנות על היווצרות משרה פנויה, שינויי פאזה והתפתחות נקע בתגובה לטיפולי חום.

בעוד קביעת התפשטות תרמית של חומרים היא שימוש פופולרי מאוד עבור dilatometers, ישנם יישומים אחרים עבורם. לדוגמה, מכשירים אלה יכולים לשמש גם כשיטה לניטור שינויי פאזה בסגסוגות מסוימות. קביעת צפיפות נקע היא יישום נוסף של דילאטומטריה.

ניטור שינויי פאזה: היישום של דילאטומטריה במחקר שינוי פאזה נובע משינוי הנפח הספציפי של מדגם במהלך טרנספורמציה פאזה. מבנה הסריג משתנה כאשר חומר עובר שינוי פאזה. על ידי הקלטת התמורות המתרחשות על פני מגוון תנאים, ניתן להציג את התוצאות בצורה גרפית. זה מראה את טמפרטורות היווצרות של מרכיבים מיקרו-מבניים שניתן להשיג עבור מצב קירור או חימום נתון. טכניקה זו נמצאת בשימוש נרחב כדי ללמוד את התנהגות הטרנספורמציה של הפלדות במהלך חימום מתמשך, קירור, אחיזה איזותרמית. יש לזה ערך עצום ביישומים מתכות. זה חשוב בתעשיות הנדסיות שבהן פלדות משמשות לבנייה.

צפיפות נקע: נקע תופס נפח ולכן, כמו שינויים צפיפות נקע בתגובה לטיפולי חום, dilatometry יכול לשמש כדי לבחון ולכומת פריקה. דילטומטריה ברזולוציה גבוהה הרחיבה את הטכניקה לחקר שינויי מרקם וסידור מחדש והשמדה של פריקה הקשורים לתהליך ההתאוששות והשחזור. דילטומטריה ברזולוציה גבוהה, יחד עם מודל של דילול איזוטרופי ונפחים אטומיים ניתן להשתמש להעריך את צפיפות הנקע שהוכנסה במיקרו מבנים עקב פירוק איזותרמי של אוסטיניט.