[研究生入学考试]第四章 热学42、43讲.ppt

4.2 比热的测量与热分析法的应用 4.2.1 比热的测量 1 量热计法：试样加热到T，放到量热计中，设试样的初始温度及最终温度分别为T、Ｔf 质量为ｍ，则比热： Q——传递热量（根据液体比热及温度变化求） 2. 电加热法 ——测试低温和中温热容的方法 用电阻为R 的螺线管加热试样由Ｔ1到Ｔ2，电流为I，加热时间t，则平均比热： 3. 萨克斯法 ——测试高温比热容的方法 将加热电阻丝R、试样一起放在炉中同步加热，炉子加热速率 可测， 电阻丝的功率： 差热分析仪的基本原理图 普热分析与差热分析曲线 2. 测定合金相图 图4.13 不同成分对应的DTA曲线 4. 研究非晶合金的晶化转变 非晶合金具有高强度、优良的磁性及特殊的化学性能，非晶的热稳定性涉及到使用可靠性。晶化温度。 图4.15 Zr55Al10Ni5Cu30非晶合金加热时的DSC曲线（40℃/min） （Tg—晶化温度；Tm—熔点） 【双原子模型】： 两原子间F合非对称，势能曲线不对称 4.3.2 膨胀系数与其它物理性能的关系 1）膨胀系数与热容的关系 膨胀系数与热容的关系：两者成正比。 V—体积，K0—0K时体积弹性模量， r—格律乃森常数（1.5～2.5），CV—定容热容 2） 膨胀系数与熔点的关系 格律乃森固体体膨胀极限方程：一般纯金属材料从0 K升温至熔点, 体积膨胀度为常数： 熔点越高，固体加热温区越长，膨胀系数越低。 立方、六方金属 C=0.06、0.076， 2.3.3 影响热膨胀的因素 1. 温度和相变的影响 （2）化合物 原子严格排列，彼此作用远大于固熔体，膨胀系数比固熔体低。 （3）不同结构的物质 致密晶体热容大，膨胀系数也大。 （3）多相合金 膨胀系数介于各相间，与各相体积分数大致符合加法规律。 二相弹性模量接近时： 、 、 为两相膨胀系数， 、 为两相体积分数。 弹性模量不同时： 4.3.4 热膨胀的测量 机械膨胀仪：误差较大 光学膨胀仪（光杠杆式、干涉式） 电学式膨胀仪（常用） 电容式膨胀仪 双金属温度计 梯度热胀涂层示意图 ZrO2晶体室温时为单斜晶，密度γ=5.56 g/cm3，1000℃时转变成四方晶，γ=6.1 g/cm3，此时发生4%的体积收缩。 因此应用膨胀分析技术可以研究材料相变。 图2.21 ZrO2热膨胀曲线 （4）钢的膨胀特性及合金元素对钢膨胀性能的影响 钢比体积： ＜ ＜ ， 膨胀系数： ＞ ＞ 固熔在钢中的合金元素和渗碳体降低钢的膨胀系数，形成合金化合物的元素增加钢的膨胀系数。 3 研究合金相变（研究钢的相变） 亚共析钢：1）P→γ-Fe 2）α-Fe→γ-Fe 共析钢： P→γ-Fe 过共析钢： 1）P→γ-Fe 2）Fe3C→溶于γ-Fe 图2.25 钢的普通光学膨胀曲线和示差曲线 图2.26 钢的普通光学膨胀曲线和示差曲线 4 研究钢过冷奥氏体等温转变 （1）TTT曲线（等温转变曲线）测定 钢加热时记录△l-T 膨胀曲线，奥氏体化后等温（AC1+30℃，φ3件10 min），立刻放到低温下等温，测定△l-t膨胀曲线. 图2.27 奥氏体化及冷却过程膨胀曲线 (a) 加热曲线 (b) 冷却曲线 根据不同温度下得到的△l-t膨胀曲线的开始和终了转变时间，投影到T-t坐标上即可获得TTT过冷曲线测定（等温转变曲线） 图2.28 TTT曲线测定 图2.29 TTT曲线定量分析 钛合金基体 铝合金基体 电弧离子镀(Al，Ti)N涂层（沉积温度：500℃） 等离子喷涂的改性ZrO