Terase ja metallide füüsikalised omadused Need parameetrid määravad, kuidas materjal käitub temperatuuri, elektriväljade, magnetväljade, akustiliste lainete ja kiirguse mõjul. Samuti kirjeldavad need materjali tihedust, kristallilist struktuuri ning oleku- ja struktuurimuutusi. Need parameetrid mõjutavad otseselt struktuur-, roostevaba-, kuumakindlate, dupleks- ja superdupleksteraste, samuti energeetika-, keemia-, mõõte- ja masinaehitustööstuses kasutatavate niklisulamite valikut.
Klassi sobivust ei määra ainult tugevus. Soojusvaheti vajab sobivat soojusjuhtivust, muutuvatel temperatuuridel töötav paigaldus nõuab teadmisi soojuspaisumisest ning magnetiline element nõuab teadmisi läbilaskvusest, koertsitiivsusest ja Curie temperatuurist. Isegi sarnase keemilise koostisega materjalid võivad omaduste poolest erineda mikrostruktuuri ja tarnetingimuste erinevuste tõttu.
Põhireegel: füüsiliste omaduste väärtustele tuleks alati viidata materjali spetsiifiline klass, temperatuur ja seisukord20 °C juures mõõdetud väärtused ei pruugi kehtida 500 °C juures ning lõõmutatud materjali andmed ei pruugi vastata külmkarastunud tootele.
Metallide füüsikaliste omaduste jaotus – kõige olulisemad rühmad
Inseneripraktikas kirjeldatakse füüsikalisi omadusi seitsme peamise rühma abil. Mõned mõisted, näiteks termiline löögikindlus, on toimivusparameetrid, mis tulenevad mitme omaduse kombinatsioonist, mitte ühest materjalikonstandist.
| rühm | Kõige olulisemad suurused ja nähtused | Tehniline tähendus |
|---|---|---|
| Põhi- ja struktuuriline | Tihedus, erimaht, sulamine, BCC/FCC/HCP struktuurid, allotroopia ja faasisiirded | Toote kaal, valamine, kuumtöötlus, konstruktsiooni stabiilsus |
| Termiline | Juhtivus, difusioonivõime, erisoojus, paisumine, kiiratavus, muundumissoojus | Soojusvahetid, ahjud, temperatuurierinevused ja termilised pinged |
| Elektriline | Eritakistus, juhtivus, temperatuuri takistustegur, termoelektrilised efektid | Takistusküte, andurid, juhid ja elektromagnetiline isolatsioon |
| Magnetiline | Curie, Néel, permeaablus, vastuvõtlikkus, koertsioon, jääk, küllastus, hüsterees | Mootorid, südamikud, andurid, separaatorid ja seadmed |
| Akustiline | Heli kiirus, impedants, ultraheli ja vibratsiooni sumbumine | UT-testimine, diagnostika, konstruktsioonivibratsioonid |
| Optiline | Peegelduvus, kiirguse neeldumine, pinna omadused | Laserid, termopildistamine, kontaktivabad mõõtmised |
| Transport ja vedelmetallid | Difusioon, vedela metalli viskoossus, pindpinevus, märguvus ja tahkumiskahanemine | Valukoda, liimimine, katmine ja difusiooniprotsessid |
Kõige olulisemad füüsikalised parameetrid – sümbolid ja ühikud
Ühikuid on kõige parem väljendada SI-süsteemis. Tootjate andmelehed sisaldavad ka tiheduse jaoks g/cm³, eritakistuse jaoks µΩ cm, soojuspaisumise jaoks µm/(m K) ja temperatuuri °C-des. Tulemuste teisendamisel on oluline säilitada valemites kasutatavate ühikute järjepidevus.
| parameeter | Sümbol | üksus | Mida see kirjeldab? |
|---|---|---|---|
| Tihedus | ρ | kg/m³; g/cm³ | Mass mahuühiku kohta |
| Erimaht | v | m³/kg | Massiühiku ruumala: v = 1/ρ |
| Sulamistemperatuur / tahke aine / vedelik | Tm, T.S, T.L | °C või K | Tahke ja vedela faasi piirid |
| Soojusjuhtivus | λ | W/(m·K) | Soojusvoo ülekanne |
| Termiline difusioon | a | m²/s | Temperatuuri muutuse kiirus materjali sees |
| Erisoojus konstantsel rõhul | cp | J/(kg·K) | Energia hulk massiühiku ja temperatuuri kohta |
| Lineaarne paisumiskoefitsient | αL | K⁻¹ | Suhteline pikkuse muutus temperatuuriühiku kohta |
| Pinna kiirgusvõime | ε | ilma ühikuta | Soojuskiirguse emissiooni efektiivsus |
| Elektriline takistus | ρe | Ω m | Materjali eritakistus |
| Elektrijuhtivus | σ | S/m | Võime juhtida elektrit |
| Suhteline magnetiline läbitavus | μr | ilma ühikuta | Magnetiline reaktsioon teatud tingimustel |
| Magnetiline vastuvõtlikkus | χ | ilma ühikuta | Magnetiseerumise ja magnetvälja vaheline seos |
| Magnetiline induktsioon | B | T | Magnetvoo tihedus |
| Magnetvälja tugevus | H | / M | Magnetiseeriv väli |
| Sund | Hc | / M | Magnetiseerumise konkreetse komponendi tühistamiseks vajalik väljaväärtus |
| Jääk | Br | T | Järelejäänud induktsioon pärast kindlat magnetiseerimistsüklit |
| Curie temperatuur / Néela | TC, T.N | °C või K | Magnetilise järjestamise konkreetsete olekute piirid |
| Helilaine kiirus | c | m / s | Teatud tüüpi laine levimiskiirus |
| Akustiline impedants | Z | kg/(m²/s) | Helirõhu ja osakeste kiiruse sõltuvus |
| Difusioonikoefitsient | D | m²/s | Materjali komponentide transpordikiirus |
Füüsikalisi omadusi tuleks eristada mehaanilised omadused, näiteks tõmbetugevus, voolavuspiir, löögitugevus ja kõvadus. Mõned arvutused, näiteks termilise pinge ja helikiirusega seotud arvutused, nõuavad nii füüsikaliste kui ka Youngi moodul.
Terase tihedus, erimaht ja mass
Tihedus ρ = m/V on massi ja mahu jagatis. See on oluline varraste, lehtmetallide, torude, sepiste ja toormaterjalide massi arvutamiseks. Terase väärtused varieeruvad sõltuvalt keemilisest koostisest ja struktuurist; kõigi sulamite puhul on soovituslik 7,85 g/cm³ vale.
Nikli- ja molübdeenirikaste sulamite tihedus võib olla oluliselt suurem kui tüüpilistes süsinikterastes. Võrdluseks on materjali andmelehtedel esitatud eraldi väärtused. Alloy 625, Alloy 718 ja roostevaba teras 1.4301Tihedus sõltub ka temperatuurist, poorsusest ja võimalikest faasisiiretest.
Massi arvutamise näide: 1000 × 500 × 10 mm mõõtmetega metallpleki maht on 0,005 m³. asutatud tihedusega 8000 kg/m³ on selle mass 40 kgKaubanduslikus järjekorras tuleks kasutada konkreetsele liigile sobivat väärtust.
Sulamistemperatuur, tahke aine, likviidus ja faasisiired
Puhtal elemendil on teatud rõhutingimustes iseloomulik sulamistemperatuur. Terased ja mitmekomponendilised metallisulamid sulavad tavaliselt teatud vahemikus. Solidus tähistab piiri, millest allpool on sulam täiesti tahke, samas kui likviidne – mille kohal on see täiesti vedel. Nende vahel eksisteerivad koos tahke ja vedel faas.
Soliduse ja likviiduse vahemik mõjutab tahkestumist, koostise segregatsiooni, valamisnähtusi ja kuumpragunemise tundlikkust. Keevitamisel või valamisel ei saa soliduse ja likviiduse andmeid asendada ühe tavapärase temperatuuriga. Valitud metallide tabelid on saadaval Alfa-Techi sulamistemperatuuride tabel.
Raua kristallstruktuur ja allotroopia
Metallid sisaldavad muuhulgas võrgustikke BCC (regulaarne ruumiliselt tsentreeritud), FCC (tavaline seina keskel) ja HCP (kuusnurkne kompaktne). Terastes on olulised BCC-võrega ferriit ja FCC-võrega austeniit. Kristallstruktuur mõjutab difusiooni, deformeeritavust, magnetismi ja soojuspaisumist.
Puhta jaoks raud α (BCC) ↔ γ (FCC) muundamine toimub umbes 912 °C juures ja γ raud muutub veelgi kõrgemal temperatuuril δ (BCC) faasiks. Terastes sõltuvad muundumistemperatuurid süsinikusisaldusest ja legeerelementidest; neid ei saa puhta Fe diagrammilt otse üle kanda.
Temperatuurid Ac₁, Ac₃, Ar₁, Ar₃, Ms ja Mf
Märgistused Ac viidata kuumutamise ajal registreeritud muutustele ja Ar – jahutamise ajal; numbrid ja indeksid näitavad vastavaid iseloomulikke muundumispunkte. Ms i Mf Määrake antud tingimustel martensiitse transformatsiooni algus- ja lõpptemperatuurid. Nende tegelikud väärtused sõltuvad koostisest ning termilisest ja jahutamise ajaloost.
Struktuurimuutustega võivad kaasneda dilatomeetrilised, termilised ja magnetilised efektid. Siiski ei tohiks iga struktuurimuutuse punkti samastada Curie temperatuuriga: ferromagnetilise korra kadumine ei tähenda tingimata kristallvõre tüübi muutust.
Soojusomadused – juhtivus, difusioonivõime ja erisoojus
Soojusjuhtivus λ ja soojusdifusioonivõime a
Soojusjuhtivus kirjeldab, kui tõhusalt materjal edastab soojusenergiat temperatuurigradiendi ulatuses. See on oluline soojusvahetite, tööriistade, ahjukomponentide ja jahutatud osade jaoks. Austeniitsetel terastel on tavaliselt oluliselt madalam juhtivus kui paljudel tüüpilistel süsinikterastel, seega võivad detaili kuumenemine ja jahtumine sarnastest mõõtmetest hoolimata erineda.
Termiline difusioon määrab temperatuuri muutuse leviku kiiruse materjalis. Eeldades sobivaid väärtusi ja ühikuid, saab selle arvutada valemi abil a = λ/(ρcp)Kõrge soojusjuhtivusega materjalil ei pea tingimata olema sama kõrge difusioonivõime, kui sellel on ka suur tihedus või soojusmahtuvus.
Erisoojus, soojusmahtuvus ja muundumissoojus
Spetsiifiline soojus cp määratleb energia, mis on vajalik ühikumassi temperatuuri tõstmiseks 1 K võrra konstantsel rõhul. Ligikaudu, kui cp vaadeldavas vahemikus jääb konstantseks, on seos kehtiv Q = m cp · ΔTTäpse disaini jaoks tuleb arvesse võtta seost cp temperatuurile ja faasimuutuste läheduses ka nende termilistele efektidele.
Energiaarvutuse näide: 10 kg materjali kohta, eeldatud c-gap = 500 J/(kg K) ja temperatuuri tõustes 100 K, saame Q = 500 000 J, st. 0,5 MJTulemus ei arvesta soojuskadusid ega võimalikke faasimuutusi.
Soojuspaisumine ja termiline löögikindlus
Lineaarne paisumiskoefitsient αL kirjeldab pikkuse suhtelist muutust temperatuuriga. Väikese temperatuurivahemiku korral, mille jooksul saab kasutada konstantset keskmist koefitsienti, on valem ΔL = αL L0 · ΔTSuuremate vahemike puhul tuleks kasutada temperatuurist sõltuvaid andmeid ja arvesse võtta võimalikke faasisiireid.
Näiteks element pikkusega 1000 mm, mille eeldatav keskmine α onL = 16 × 10-6 K-1 ja temperatuuri tõustes 100 K, pikeneb see umbes 1,6 mmVäikesed erinevused koefitsientides võivad põhjustada olulisi pingeid süsteemides, mis ühendavad erinevaid materjale. Invar ja Kovar Seda kasutatakse muuhulgas siis, kui on oluline spetsiaalne mõõtmete kontroll muutuvatel temperatuuridel.
Termolöögikindlus ei ole üksik füüsikaline põhikonstant. See tuleneb soojusjuhtivuse, paisumise, elastsuse, tugevuse, komponendi geomeetria ja jahutus- või kuumutamistingimuste koosmõjust.
Kiirgusvõime, neeldumine ja soojuskiirgus
Kiirgusvõime ε Tavaliselt jääb see vahemikku 0 kuni 1 ja kirjeldab pinna võimet kiirata soojuskiirgust võrreldes täiesti musta kehaga sobivates tingimustes. See sõltub lisaks materjali tüübile ka karedusest, oksüdatsioonist, temperatuurist ja lainepikkusest. Poleeritud ja ketendava pinna puhul võivad tekkida erinevad püromeetri näidud.
Sel põhjusel nõuab temperatuuri mõõtmine termokaameraga pinna kiirgusvõime õiget eeldamist. Soojuskiirguse tasakaalus on vaja eristada ka kiirgusvõimet neeldumisvõimest ja peegeldusvõimest.
Metallide elektrilised omadused
Eritakistus, juhtivus ja temperatuuri takistustegur
Elektriline takistus ρe väljendab juhi eritakistust ja elektrijuhtivust σ = 1/ρe on selle pöördväärtus. Sirge homogeense juhi puhul, mille pikkus on L ja ristlõikepindala A, on takistus antud seosega R = ρe · K/AErinevalt eritakistusest sõltub takistus R ka elemendi geomeetriast.
Paljude metallide puhul suureneb takistus temperatuuri tõustes, kuid selle seose väärtus ja kuju sõltuvad sulamist ja temperatuurivahemikust. Temperatuuri takistusteguri lineaarne valem on vaid ligikaudne väärtus, mis kehtib konkreetses vahemikus. See on oluline takistusliku kuumutamise, temperatuuri mõõtmise ning juhtide ja elektroonikakomponentide projekteerimise puhul.
Seebecki, Peltieri ja Thomsoni efektid
Seebecki efekt seisneb termoelektrilise pinge tekitamises sobiva materjalisüsteemi temperatuuride erinevuse tõttu; see on termopaaride töö aluseks. Peltieri efekt viitab soojuse neeldumisele või vabanemisele ühenduskohas voolu voolamisel ja Thomsoni efekt – soojusülekanne temperatuurigradiendiga juhis, mille kaudu vool voolab. Termoelektrilised omadused sõltuvad koostisest ja temperatuurist.
Pöörisvoolud, nahaefekt ja ülijuhtivus
Muutuv magnetväli võib juhtivas metallis indutseerida pöörisvooludNende intensiivsus sõltub muuhulgas elektrijuhtivusest, magnetilisest läbitavusest, geomeetriast ja sagedusest. Kõrgematel sagedustel koondub vool juhi pinnale lähemale, mida kirjeldatakse nahaefektiga. Neid nähtusi kasutatakse ära induktsioonkuumutamise ja mittepurustava katsetamise ajal.
Ülijuhtivus on spetsiifiline nähtus, mis esineb valitud materjalides piisavalt madalatel temperatuuridel ja magnetvälja tingimustes. Tavapäraseid konstruktsiooni- või roostevaba terase klasse ei tohiks tüüpilistel töötemperatuuridel ülijuhtideks pidada.
Magnetilised omadused - Curie temperatuur ja terase omadused
Materjali käitumine magnetväljas sõltub magnetmomentide paigutuse tüübist, kristallstruktuurist, keemilisest koostisest, temperatuurist ja töötlemisajaloost. Seetõttu on väide "roostevaba teras on mittemagnetiline" liiga üldine: feriitsed ja martensiitsed terased on üldiselt ferromagnetilised, samas kui austeniitsetel terastel on teatud olekutes nõrk magnetiline reaktsioon.
Diamagnetism, paramagnetism, ferromagnetism ja antiferromagnetism
Diamagnetikud näitavad nõrka vastust välisele väljale vastupidiselt; paramagnetilised nad reageerivad vastavalt valdkonnale halvasti. ferromagnetid magnetmomentide spontaanne paigutus võimaldab tugevat magnetiseerumist. antiferromagnetiline alamvõremomendid on vastasjärjekorras nii, et ideaaljuhul on netomagnetisatsioon null; ferrimagnetism hõlmab ka vastassuunas pöörlevaid alamvõrke, kuid mittekompenseerivate momentidega.
Curie temperatuur TC – mis see on ja mida see tähendab?
Curie temperatuur on üleminekutemperatuur ferro- või ferrimagnetilise korrastatud oleku ja sellise pikaajalise korrastamata oleku vahel antud tingimustel. Tüüpiliste ferromagnetite puhul tähendab see spontaanse magneetuvuse kadu. Materjal üle TC ei muutu füüsiliselt mingil moel "demagnetiseerituks": see võib ikkagi ilmutada paramagnetilist vastust.
| värk | Curie temperatuur – ligikaudne | Oluline vastutusest loobumise klausel |
|---|---|---|
| Puhas raud (Fe) | umbes 770 °C | Kehtib puhta Fe kohta; Fe-sulamite väärtused sõltuvad koostisest ja faasidest. |
| Puhas nikkel (Ni) | umbes 358 °C | Seda numbrit ei tohiks määrata kõigile niklisulamitele. |
Puhtas rauas toimub magnetiline üleminek umbes 770 °C juures ilma BCC struktuuri FCC-ks muutmataSellel teisel üleminekul on erinev temperatuur. See on üks olulisemaid põhjuseid, miks Curie temperatuur ja Ac₁/Ac₃ temperatuurid ei ole samad.
Raua-, nikli- ja koobaltisulamistes sõltub Curie temperatuur komponentide ja struktuuri vahekordadest. Kompleksse faasistruktuuriga materjalide puhul ei ole alati võimalik määrata ühte lihtsat temperatuuri, mis kirjeldaks toote kogu magnetilist vastust.
Néeli temperatuur TN
Néeli temperatuur on seotud antiferromagnetilise korra kadumisega. See ei asenda Curie temperatuuri. Nõuetekohaseks kirjelduseks on vaja tuvastada magnetilise korra tüüp ja materjalis esinevad faasid.
Läbilaskvus, vastuvõtlikkus, koertsitiivsus ja hüstereesitsükkel
Magnetiline läbitavus μ i χ vastuvõtlikkus Kirjeldavad reaktsiooni magnetväljale. Ferromagnetite puhul ei ole need üldiselt konstantsed: need sõltuvad välja tugevusest, sagedusest, magneetumissuunast ja materjali ajaloost. Küllastumise induktsioon viitab magnetiseerumise kasvu piirile, jäänuk jäänustele pärast põllu eemaldamist ja sundimine piisava demagnetiseerimise jaoks vajaliku välja suuruseni.
Hüstereesisilmus kujutab magnetvälja ajaloo sõltuvust magnetilisest olekust. Selle kuju on oluline tsüklilise remagnetiseerimise energiakadude jaoks. Magnetilise pehmed materjalid, nt. korralikult ettevalmistatud Armco puhas raud ja jalad Permalloy, valitakse teistsuguste kriteeriumide alusel kui püsimagnetite jaoks mõeldud terased.
Magnetiline anisotroopia ja magnetostriktsioon
Magnetiline anisotroopia tähendab omaduste sõltuvust välja suunast konstruktsiooni suhtes või veeremissuunast. Magnetron seisneb mõõtmete muutuses, mis on seotud magnetilise oleku muutumisega; see võib olla oluline trafodes, muundurites ja täppisseadmetes, muu hulgas vibratsiooni ja müra allikana.
Kas 304, 316L või dupleksteras on magnetiline?
Austeniitsed terased 1.4301 / 304 i 1.4404 / 316L Õiges austeniitses olekus on neil sageli madal magnetiline läbitavus. Pärast tugevat deformatsiooni võivad mõned neist sisaldada deformatsioonimartensiiti ja reageerida magnetile suuremal määral; samuti on võimalik protsessi järel järelejäänud ferriidi mõju. dupleks 1.4462 i superdupleks 1.4410 sisaldavad ferriiti ja austeniiti, seetõttu ei saa nende käitumist ühefaasilise austeniitse terasega samastada.
Ainult magnetiga testimine ei ole usaldusväärne meetod konkreetse klassi tuvastamiseks või korrosioonikindluse kinnitamiseks. Kui on vaja magnetilisi parameetreid, tuleb täpsustada läbitavus, tingimused ja mõõtmismeetod.
Akustilised ja ultrahelilised omadused
Elastsete lainete levimiskiirus metallis sõltub muuhulgas selle tihedusest ja elastsetest omadustest. Piki- ja põikilainetel on erinevad kiirused; anisotroopsetes materjalides sõltuvad need ka levimissuunast. Akustiline impedants on oluline lainete peegeldumise ja edastamise jaoks keskkondade piiril.
Ultraheli sumbumine võib olla suurem jämedateralise või keeruka struktuuriga materjalides, mis mõjutab mittepurustava katsetamise efektiivsust. Teatud austeniitsetest terastest või niklisulamitest valmistatud sepiste ja valandite puhul tuleb UT-katse parameetrid valida vastavalt. Mehaanilise vibratsiooni sumbumine on veel üks oluline omadus müra, resonantsi ja masina töötamise seisukohast; seda tuleks eristada magnetilisest läbitavusest ja kõvadusest.
Optilised ja pinnaomadused
Metallpind peegeldab ja neelab kiirgust sõltuvalt lainepikkusest, langemisnurgast, viimistlusest, temperatuurist ja oksiidikihist. Peegelduvus i imendumine on olulised laserlõikuse ja -keevituse, kiirguskütte ja optiliste mõõtmiste ajal. Kareduse või oksüdeerumise muutus võib tulemust muuta isegi ilma terase klassi muutmata.
Laboripraktikas on vaja eristada spektraalkordajaid keskmistest väärtustest ja termilistes mõõtmistes õigesti defineerida kiirgusvõimet instrumendi kasutatavas lainepikkuste vahemikus.
Difusioon, vedela metalli omadused ja tahkumine
Difusioonikoefitsient D kirjeldab aatomite või muude komponentide transpordi kiirust materjalis kindlates tingimustes. See sõltub suuresti temperatuurist, difundeerivast elemendist ja faasist. Difusioon on oluline karastamise, nitriidimise, homogeniseerimise, difusioonkatmise protsesside ning sademete moodustumise või lahustumise jaoks.
Vedela metalli viskoossus mõjutab voolavust valamise ajal, pindpinevus i märguvus vedela metalli käitumise kohta pindadel ja faasipiiridel ning hüübimiskontraktsioon kahanemisõõnsuste ja valudefektide tekkimise võimalus. Need parameetrid sõltuvad temperatuurist ja koostisest; valandite puhul tuleb neid arvestada koos soojusvoo ja tahkumisprotsessiga.
Terase- ja sulamirühmade füüsikaliste omaduste võrdlus
Järgnev tabel näitab tüüpilisi trende ja kontrollimist vajavaid probleeme. See ei ole garanteeritud väärtuste tabel: omadused tuleks kontrollida valitud klassi dokumentatsioonis, täpsustades temperatuuri ja tarnetingimusi.
| Materjalirühm | Valiku seisukohalt olulised füüsikalised omadused | Praktiline rakendus või märkus |
|---|---|---|
| Süsinik- ja madallegeeritud terased (nt C45, 42CrMo4) | Tihedus, juhtivus ja soojuspaisumine; ferromagnetism tüüpilistes olekutes | Võllid, kered, konstruktsioonid ja kütteseadmed; omadused sõltuvad kuumtöötlusest |
| Austeniitsed terased 1.4301, 1.4404 | Suhteliselt madal soojusjuhtivus, märkimisväärne paisumine ja sageli madal magnetiline läbilaskvus | Keemiaseadmed, vahetid, piiratud magnetilise reageerimisvõimega osad |
| Ferriitsed terased (Nt. 1.4016) | Ferromagnetism ja erinev paisumine võrreldes paljude austeniitsete terastega | Korpused, seadmekomponendid ja rakendused, mis vajavad laienduse juhtimist |
| Martensiitsed terased (Nt. 1.4021, 1.4057) | Magnetiline reaktsioon ja kuumtöötluse mõju konstruktsioonile | Masinaelementide ja liitmike konstruktsioonilise seisukorra hindamine |
| Duplex 1.4462 | Kahefaasiline ferriit-austeniitne struktuur, sulamile omane magnetism ja juhtivus | Korrosioonipaigaldiste ja surveseadmete elemendid |
| Superdupleks 1.4410 | Termilise tsükli mõju faasifraktsioonile ja funktsionaalsetele omadustele | Keemia- ja merepaigaldised; ärge asendage andmeid 304/316 terase kohta |
| Kuumuskindlad terased (Nt. 1.4841, 1.4845) | Oksüdeeritud pinna paisumine, kiirgusvõime, termilised omadused kõrgel temperatuuril | Ahjud ja kuumtöötluselemendid |
| Nikkel sulamid Alloy 625, Alloy 718 | Tihedus, soojusjuhtivus, erisoojus ning koostise ja olekuga seotud muutused | Keemia-, energia- ja kõrgtemperatuurilised seadmed |
| Spetsiaalsed sulamid Invar, Kovar, Permalloy | Madal paisumine kindlaksmääratud vahemikes või kontrollitud magnetiline reaktsioon | Mõõteseadmed, elektroonika, magnetilised südamikud |
Temperatuuri, tarnetingimuste ja mikrostruktuuri mõju
Toatemperatuuri andmed on tavaliselt ebapiisavad, kui toodet kuumutatakse tsükliliselt. Soojusjuhtivus, soojusdifusioonitegur, erisoojus, takistus, magnetiline läbitavus ja paisumistegur võivad varieeruda mittelineaarselt ja näidata üleminekute lähedal iseloomulikke muutusi.
Külmvaltsitud metallides võivad deformatsioon, tekstuur ja uute faaside moodustumine muuta magnetilisi ja elektrilisi omadusi. rekristalliseerumise lõõmutamine ja kuumtöötlus muudavad struktuuri ja sellest tulenevalt ka füüsikalisi omadusi. Seetõttu ei saa lahusega kõvastunud proovi mõõtmistulemust alati otseselt seostada külmvaltsitud prooviga.
Mõnedes terastes ja sulamites võib kõrge temperatuur põhjustada muutusi, sadestumist või struktuurimuutusi, mis on olulised füüsikaliste omaduste jaoks. Sademetega tugevdatud sulamites, näiteks Alloy 718, tuleb tulemuste tõlgendamisel arvesse võtta kuumtöötlusjärgset seisundit.
Füüsikaliste omaduste katsemeetodid ja mõõtmisstandardid
Tehnilises dokumentatsioonis tuleks eristada mõõtmismeetodit täpsustavad standardid kvaliteedistandardite ja tootenõuete kohta. Allpool on toodud näited meetoditest, mida kasutatakse valitud parameetrite testimiseks. Igal meetodil on kindel rakendusala, valimi nõuded ja katsetingimused.
| Meetod või dokument | Mõõdetud vara | Ulatus ja märkused |
|---|---|---|
| ASTM E1461 | Termiline difusioon | Sobivate tahkete materjalide jaoks välkmeetod. |
| ASTM E1225 | Soojusjuhtivus | Püsiseisundi soojusvoo võrdlusmeetod. |
| ASTM E1269 | Spetsiifiline soojus | Diferentsiaalne skaneeriv kalorimeetria DSC. |
| ASTM E228 | Lineaarne laienemine | Tõukurdilatomeeter; pikkuse ja temperatuuri mõõtmine. |
| ASTM B193 | Elektriline takistus | Metallid on elektrijuhtivad materjalid; vahemikku tuleks kontrollida. |
| ASTM E1004 | Elektrijuhtivus | Pöörisvoolumeetod peamiselt mittemagnetiliste materjalide jaoks. |
| IEC 60404 seeria | Magnetilised omadused | Meetodid spetsiifiliste magnetiliste materjalide ja toodete jaoks; sobiva detaili valik. |
| Hüdrostaatilised/püknomeetrilised meetodid | Tihedus | Meetodi valik sõltub materjali poorsusest, kujust ja tüübist. |
| SI-süsteem – BIPM | Mõõtühikud | Füüsiliste ühikute registreerimise, teisendamise ja tuvastamise põhimõtted. |
Projekteerimisnõuetega hõlmatud rakenduste puhul on vaja kontrollida viidatud standardi kehtivat väljaannet, selle rakendatavust katsetatavale materjalile ja mõõtmistingimusi. Näiteks ei saa mittemagnetiliste materjalide juhtivuse kirjeldamiseks kasutatavat pöörisvoolumeetodit automaatselt pidada universaalseks meetodiks kõigi ferromagnetiliste teraste mõõtmiseks.
Kuidas valida materjale füüsikaliste omaduste põhjal?
Inseneritöö ülesanne peaks algama domineeriva füüsikalise nähtuse ja tegelike töötingimuste kindlakstegemisega ning seejärel kinnitatud materjali omaduste väärtuste võrdlemisega. Temperatuuritingimused, koormuse tüüp, keskkond ja töömuutlikkus on eriti olulised.
| Wymaganie | Peamised parameetrid | Miks neid vaja on? |
|---|---|---|
| Väikesed mõõtmete muutused kuumutamisel | αL(T), temperatuurivahemik | Lõtkude, termiliste pingete ja paisumisvariatsioonide piiramine |
| Kiire soojuse hajumine | λ(T), a(T), cp(T) | Soojusbilanss ja kütte- või jahutuskiirus |
| Madal magnetiline reaktsioon | μr, struktuuri olek, väli ja temperatuur | Mõõteseadmed, täppisseadmed |
| Tsükliline toiming muutuva välja sees | B–H, Hc, kaod, sagedus | Südamiku valik ja soojuskadude vähendamine |
| Takistuskütte juhtimine | ρe(T), σ(T) | Kütteelemendi võimsuse ja mõõtmete valik |
| Suurte toodete ultraheli testimine | Laine kiirus, sumbumine ja struktuur | Seadmete seadistamine ja defektide tuvastamise usaldusväärsus |
| Valandite ja keevisõmbluste tootmine | TS, T.L, viskoossus, märguvus, kokkutõmbumine | Vormi täitmine, tahkumine ja defektide oht |
| Püromeetrilised mõõtmised | ε, pinnaolek, lainepikkus | Kontaktivabade temperatuurinäitude õige tõlgendamine |
Roostevaba terase või niklisulami valimine nõuab tasakaalu füüsikaliste parameetrite, keemilise vastupidavuse, mehaaniliste nõuete, tootestandardi ja eeldatava tarnetingimuse vahel. Soojusjuhtivus või klassi tähistus üksi ei taga vastavust üldisele konstruktsioonile.
Korduma kippuvad küsimused – KKK
Mille poolest erinevad füüsikalised omadused mehaanilistest omadustest?
Füüsikalised omadused kirjeldavad muuhulgas tihedust, soojus- ja elektrijuhtivust, magnetismi ja struktuurimuutusi. Mehaanilised omadused käsitlevad reaktsiooni koormusele, näiteks voolavuspiiri, tugevust, kõvadust ja löögitugevust. Need kaks rühma on omavahel seotud.
Mis on raua Curie temperatuur?
Puhta raua puhul on see umbes 770 °C. Teraste ja Fe-sulamite puhul ei ole ühtset väärtust, mis oleks sõltumatu koostisest ja faasiolekust.
Kas Curie temperatuur tähendab, et teras sulab?
Ei. Curie üleminek hõlmab magnetilist korrastamist ja ei ole sulamistemperatuur ega automaatselt BCC-FCC üleminekutemperatuur.
Kas roostevaba teras ei ole magnetiline?
Mitte alati. Ferriitsed ja martensiitsed terased on tavaliselt ferromagnetilised, samas kui austeniitsetel terastel on sobivas olekus tavaliselt madal magnetiline reaktsioon. Töötlemiskõvenemine või muude faaside olemasolu võib seda muuta.
Kas 304 ja 316L terasel on identsed termilised omadused?
Seda ei tohiks eeldada. Koostise, temperatuuri ja tarnetingimuste erinevused võivad mõjutada paisumist, juhtivust ja erisoojust. Arvutusteks tuleb kasutada sobiva klassi andmeid.
Mida tähendab termiline difusioonvõime?
Kirjeldab materjali temperatuuri ühtlustumise kiirust; sobivatel tingimustel on see a = λ/(ρ cₚ). See ei ole sama mis soojusjuhtivus.
Miks austeniitse terase pikenemine kuumutamisel erineb feriitse terase pikenemisest?
Erinevused tulenevad faasistruktuurist, keemilisest koostisest ja temperatuurist. Seetõttu on erinevate materjalide ühendamisel vaja kontrollida paisumiskoefitsiente kogu töövahemikus.
Kas terase klassi määramiseks piisab magnetiga mõõtmisest?
Ei. Magnetiline külgetõmbejõud on struktuurist sõltuv omadus ega kinnita konkreetset liiki ega keemilist sobivust.
Kuidas arvutada metalllehe massi teadaoleva tiheduse põhjal?
Lehe maht on vaja korrutada materjalile omase tihedusega: m = ρ V, säilitades samal ajal ühtlased ühikud.
Kas terase kiirgusvõime on konstantne?
Ei. See sõltub temperatuurist, lainepikkusest ja pinnatingimustest, nt poleerimine, oksüdeerumine või katte olemasolu.
Mida tähendavad sõnad solidus ja likvidus?
Solidus on temperatuur või faasipiir, millest allpool on sulam täiesti tahke; likvidusest kõrgemal on sulam täiesti vedel. Nende piiride vahel võivad vedel ja tahke faas koos eksisteerida.
Milliseid andmeid on vaja materjali valimiseks füüsikalisest vaatenurgast?
Nõutavad on järgmised andmed: klass, tarnetingimused, temperatuurivahemik, nõutavad füüsikalised parameetrid, geomeetria, töökeskkond ning sobivad standardid ja katsemeetodid.
Projekti materjali valik: Alfa-Techile saadetud päringus tasub täpsustada materjali klass, tootetüüp, mõõtmed, temperatuuritingimused ja nõutavad füüsikalised parameetrid. See võimaldab teil määrata materjaliotsingu ulatuse ja vajaliku tehnilise dokumentatsiooni.