Sifat fizikal keluli dan logam Ia menentukan bagaimana sesuatu bahan bertindak balas di bawah pengaruh suhu, medan elektrik, medan magnet, gelombang akustik dan sinaran. Ia juga menerangkan ketumpatan, struktur kristal dan peralihan keadaan dan strukturnya. Parameter ini mempunyai implikasi langsung untuk pemilihan keluli struktur, keluli tahan karat, keluli tahan haba, keluli dupleks dan keluli superdupleks, serta aloi nikel yang digunakan dalam industri tenaga, kimia, pengukuran dan kejuruteraan mekanikal.
Kesesuaian sesuatu gred tidak ditentukan semata-mata oleh kekuatan. Penukar haba memerlukan kekonduksian terma yang sesuai, pemasangan yang beroperasi pada suhu berubah-ubah memerlukan pengetahuan tentang pengembangan terma, dan elemen magnet memerlukan pengetahuan tentang kebolehtelapan, kekoersiviti, dan suhu Curie. Malah bahan dengan komposisi kimia yang serupa boleh berbeza sifatnya disebabkan oleh perbezaan dalam mikrostruktur dan keadaan penghantaran.
Podstawowa zasada: nilai sifat fizikal harus sentiasa dirujuk gred, suhu dan keadaan bahan tertentuNilai pada 20°C mungkin tidak sah untuk 500°C, dan data untuk bahan yang disepuh lindap mungkin tidak sepadan dengan produk yang dikeraskan sejuk.
Pembahagian sifat fizikal logam – kumpulan yang paling penting
Dalam amalan kejuruteraan, sifat fizikal diterangkan oleh tujuh kumpulan utama. Sesetengah konsep, seperti rintangan kejutan haba, adalah parameter prestasi yang terhasil daripada gabungan beberapa sifat, dan bukannya satu pemalar bahan.
| kumpulan | Kuantiti dan fenomena yang paling penting | Maksud teknikal |
|---|---|---|
| Asas dan struktur | Ketumpatan, isipadu tentu, peleburan, struktur BCC/FCC/HCP, alotropi dan peralihan fasa | Berat produk, tuangan, rawatan haba, kestabilan struktur |
| Terma | Kekonduksian, resapan, haba tentu, pengembangan, keemisitan, haba transformasi | Penukar haba, relau, perbezaan suhu dan tekanan haba |
| Elektrik | Kerintangan, kekonduksian, pekali suhu rintangan, kesan termoelektrik | Pemanasan Rintangan, Sensor, Konduktor dan Pengasingan Elektromagnet |
| Magnetik | Curie, Néel, kebolehtelapan, kerentanan, paksaan, remanens, tepu, histeresis | Motor, teras, sensor, pemisah dan peralatan |
| Akustik | Kelajuan bunyi, impedans, ultrasound dan pelemahan getaran | Ujian UT, diagnostik, getaran struktur |
| Optyczne | Pemantulan, penyerapan sinaran, sifat permukaan | Laser, pengimejan terma, pengukuran tanpa sentuhan |
| Pengangkutan dan logam cecair | Difusi, kelikatan logam cecair, tegangan permukaan, kebolehbasahan dan pengecutan pemejalan | Proses faundri, ikatan, salutan dan resapan |
Parameter fizikal yang paling penting – simbol dan unit
Unit paling baik dinyatakan dalam sistem SI. Helaian data pengeluar juga merangkumi g/cm³ untuk ketumpatan, µΩ cm untuk kerintangan, µm/(m K) untuk pengembangan haba dan suhu dalam °C. Semasa menukar keputusan, adalah penting untuk mengekalkan konsistensi dalam unit yang digunakan dalam formula.
| Parameter | Simbol | Unit | Apa yang digambarkannya? |
|---|---|---|---|
| Gęstość | ρ | kg/m³; g/cm³ | Jisim per unit isipadu |
| Isipadu tertentu | v | m³/kg | Isipadu unit jisim: v = 1/ρ |
| Takat lebur / solidus / liquidus | Tm, TS, TL | °C atau K | Sempadan fasa pepejal dan cecair |
| Kekonduksian terma | λ | W / (m · K) | Pemindahan fluks haba |
| Difusiviti terma | a | m²/s | Kadar perubahan suhu di dalam bahan |
| Haba tentu pada tekanan malar | cp | J/(kg·K) | Jumlah tenaga per unit jisim dan suhu |
| Pekali pengembangan linear | αL | K⁻¹ | Perubahan relatif panjang per unit suhu |
| Emisiviti permukaan | ε | tanpa unit | Kecekapan pelepasan sinaran terma |
| Kerintangan elektrik | ρe | Ω m | Kerintangan spesifik bahan |
| Kekonduksian elektrik | σ | S/m | Keupayaan untuk mengalirkan elektrik |
| Permeabiliti magnet relatif | μr | tanpa unit | Tindak balas magnet di bawah keadaan tertentu |
| Kerentanan magnet | χ | tanpa unit | Hubungan antara kemagnetan dan medan magnet |
| Aruhan magnet | B | T | Ketumpatan fluks magnet |
| Kekuatan medan magnet | H | A/m | Medan magnetisasi |
| Paksaan | Hc | A/m | Nilai medan yang diperlukan untuk membatalkan komponen kemagnetan tertentu |
| Remanensi | Br | T | Induksi yang tinggal selepas kitaran magnetisasi tertentu |
| Suhu curie / Néela | TC, TN | °C atau K | Sempadan keadaan tertentu bagi susunan magnet |
| Kelajuan gelombang bunyi | c | m / s | Kelajuan perambatan jenis gelombang tertentu |
| Impedans akustik | Z | kg/(m² s) | Kebergantungan tekanan bunyi dan halaju zarah |
| Pekali resapan | D | m²/s | Kadar pengangkutan komponen dalam bahan |
Sifat fizikal harus dibezakan daripada sifat mekanikal, seperti kekuatan tegangan, kekuatan alah, kekuatan hentaman dan kekerasan. Sesetengah pengiraan, seperti yang melibatkan tegasan haba dan halaju bunyi, memerlukan pengetahuan tentang kedua-dua fizikal dan Modulus Young.
Ketumpatan, isipadu tentu dan jisim keluli
Gęstość ρ = m/V ialah hasil bahagi jisim dan isipadu. Ia penting untuk mengira jisim bar, kepingan, paip, tempaan dan stok pengeluaran. Bergantung pada komposisi dan struktur kimia, nilai untuk keluli berbeza-beza; garis panduan 7,85 g/cm³ untuk semua aloi adalah salah.
Dalam aloi yang kaya dengan nikel dan molibdenum, ketumpatannya boleh jauh lebih tinggi daripada keluli karbon biasa. Sebagai perbandingan, nilai berasingan diberikan dalam helaian data bahan untuk Aloi 625, Aloi 718 dan keluli tahan karat 1.4301Ketumpatan juga bergantung pada suhu, keliangan dan kemungkinan peralihan fasa.
Contoh pengiraan jisim: Sekeping logam dengan dimensi 1000 × 500 × 10 mm mempunyai isipadu 0,005 m³. diasaskan ketumpatan 8000 kg/m³ jisimnya akan menjadi 40 kgDalam perintah komersial, nilai yang sesuai dengan spesies tertentu harus digunakan.
Takat lebur, pepejal, cecair dan peralihan fasa
Unsur tulen mempunyai takat lebur yang tersendiri di bawah keadaan tekanan tertentu. Keluli dan aloi logam berbilang komponen biasanya lebur dalam julat tertentu. Solidus menunjukkan had di bawah mana aloi itu pepejal sepenuhnya, manakala cecair – di atasnya ia adalah cecair sepenuhnya. Di antara kedua-duanya, fasa pepejal dan cecair wujud bersama.
Julat solidus–liquidus mempengaruhi pemejalan, pengasingan komposisi, fenomena tuangan dan kerentanan terhadap keretakan panas. Dalam kimpalan atau tuangan, data solidus dan liquidus tidak boleh digantikan dengan suhu konvensional tunggal. Jadual untuk logam terpilih boleh didapati dalam Jadual takat lebur Alfa-Tech.
Struktur kristal dan alotropi besi
Logam mengandungi, antara lain, rangkaian BCC (berpusat secara ruang yang tetap), FCC (dinding biasa berpusat) dan HCP (padat heksagon). Dalam keluli, ferit dengan kekisi BCC dan austenit dengan kekisi FCC adalah penting. Struktur kristal mempengaruhi resapan, kebolehubahan bentuk, kemagnetan dan pengembangan haba.
Untuk tulen żelaza Transformasi α (BCC) ↔ γ (FCC) berlaku sekitar 912°C, dan besi γ berubah menjadi fasa δ (BCC) pada suhu yang lebih tinggi. Dalam keluli, suhu transformasi bergantung pada kandungan karbon dan unsur pengaloi; ia tidak boleh dipindahkan terus daripada gambarajah Fe tulen.
Suhu Ac₁, Ac₃, Ar₁, Ar₃, Ms dan Mf
Penandaan Ac rujuk perubahan yang direkodkan semasa pemanasan, dan Ar – semasa penyejukan; nombor dan indeks menunjukkan titik transformasi ciri yang sepadan. Ms i Mf menentukan suhu permulaan dan penamatan transformasi martensitik di bawah keadaan yang diberikan. Nilai sebenar mereka bergantung pada komposisi dan sejarah haba dan penyejukan.
Perubahan struktur boleh disertai dengan kesan dilatometrik, terma dan magnet. Walau bagaimanapun, setiap titik peralihan struktur tidak boleh dikenal pasti dengan suhu Curie: kehilangan tertib feromagnetik tidak semestinya menunjukkan perubahan dalam jenis kekisi kristal.
Sifat terma – kekonduksian, resapan dan haba tentu
Kekonduksian terma λ dan resapan terma a
Kekonduksian terma menerangkan keberkesanan sesuatu bahan memindahkan tenaga haba merentasi kecerunan suhu. Ia penting untuk penukar haba, alatan, komponen relau dan bahagian yang disejukkan. Keluli austenit cenderung mempunyai kekonduksian yang jauh lebih rendah daripada kebanyakan keluli karbon biasa, jadi pemanasan dan penyejukan sesuatu bahagian mungkin berbeza walaupun dimensinya serupa.
Difusiviti terma menentukan kadar perambatan perubahan suhu dalam sesuatu bahan. Dengan mengandaikan nilai dan unit yang sesuai, ia boleh dikira daripada formula a = λ/(ρ cp)Bahan yang mempunyai kekonduksian terma yang tinggi tidak semestinya mempunyai kebolehresapan yang sama tinggi jika ia juga mempunyai ketumpatan atau muatan haba yang tinggi.
Haba tentu, muatan haba dan haba transformasi
Haba tentu cp mentakrifkan tenaga yang diperlukan untuk menaikkan suhu jisim unit sebanyak 1 K pada tekanan malar. Secara anggaran, jika cp dalam julat yang dipertimbangkan kekal malar, hubungan tersebut adalah sah Q = mcp · ΔTUntuk reka bentuk yang tepat, hubungan c mesti diambil kirap pada suhu, dan sekitar perubahan fasa – juga kesan termanya.
Contoh pengiraan tenaga: untuk 10 kg bahan, dengan andaian cp = 500 J/(kg K) dan peningkatan suhu sebanyak 100 K, kita dapat Q = 500,000 J, iaitu 0,5 MJHasilnya tidak mengambil kira kehilangan haba atau kemungkinan perubahan fasa.
Pengembangan haba dan rintangan kejutan haba
Pekali pengembangan linear αL menerangkan perubahan relatif panjang dengan suhu. Bagi julat suhu yang kecil di mana pekali min malar boleh digunakan, formula ΔL = αL · L0 · ΔTUntuk julat yang lebih besar, data yang bergantung kepada suhu harus digunakan dan kemungkinan peralihan fasa harus diambil kira.
Contohnya, elemen dengan panjang 1000 mm, dengan purata α yang diandaikanL = 16 × 10-6 K-1 dan peningkatan suhu sebanyak 100 K, ia akan berlanjutan kira-kira 1,6 mmPerbezaan kecil dalam pekali boleh menyebabkan tegasan yang ketara dalam sistem yang menggabungkan bahan yang berbeza. Invar dan Kovar Ia digunakan, antara lain, apabila kawalan dimensi khas pada suhu berubah-ubah adalah penting.
Rintangan kejutan haba bukanlah satu pemalar fizikal asas. Ia terhasil daripada interaksi kekonduksian terma, pengembangan, keanjalan, kekuatan, geometri komponen dan keadaan penyejukan atau pemanasan.
Emisiviti, penyerapan dan sinaran terma
Emisiviti ε Ia biasanya berkisar antara 0 dan 1 dan menggambarkan keupayaan permukaan untuk memancarkan sinaran haba berbanding dengan jasad hitam yang sempurna di bawah keadaan yang sesuai. Ia bukan sahaja bergantung pada jenis bahan tetapi juga pada kekasaran, pengoksidaan, suhu dan panjang gelombang. Permukaan yang digilap dan bersisik boleh menghasilkan bacaan pirometer yang berbeza.
Atas sebab ini, pengukuran suhu dengan kamera pengimejan terma memerlukan andaian yang betul tentang keemisitan permukaan. Dalam keseimbangan sinaran terma, adalah juga perlu untuk membezakan keemisitan daripada kapasiti penyerapan dan kepantulan.
Sifat elektrik logam
Kerintangan, kekonduksian dan pekali rintangan suhu
Kerintangan elektrik ρe menyatakan rintangan tentu konduktor dan kekonduksian elektrik σ = 1/ρe adalah timbal baliknya. Bagi konduktor homogen lurus dengan panjang L dan luas keratan rentas A, rintangan diberikan oleh hubungan R = ρe · L/ATidak seperti kerintangan, rintangan R juga bergantung pada geometri elemen.
Bagi kebanyakan logam, kerintangan meningkat dengan peningkatan suhu, tetapi nilai dan bentuk hubungan ini bergantung pada aloi dan julat suhu. Formula linear untuk pekali rintangan suhu hanyalah anggaran yang sah untuk julat tertentu. Ini penting dalam pemanasan rintangan, pengukuran suhu dan reka bentuk konduktor dan komponen elektronik.
Kesan Seebeck, Peltier dan Thomson
Kesan Seebeck terdiri daripada penjanaan voltan termoelektrik disebabkan oleh perbezaan suhu dalam sistem bahan yang sesuai; ia adalah asas untuk operasi termogandingan. Kesan Peltier merujuk kepada penyerapan atau pembebasan haba pada simpang apabila arus mengalir, dan Kesan Thomson – pemindahan haba dalam konduktor dengan kecerunan suhu yang dilalui arus. Sifat termoelektrik bergantung pada komposisi dan suhu.
Arus Eddy, Kesan Kulit dan Superkonduktiviti
Medan magnet yang berubah-ubah boleh mendorong logam konduktif arus pusarKeamatannya bergantung kepada, antara lain, kekonduksian elektrik, kebolehtelapan magnet, geometri dan frekuensi. Pada frekuensi yang lebih tinggi, arus tertumpu lebih dekat ke permukaan konduktor, yang digambarkan oleh kesan kulit. Fenomena ini dieksploitasi semasa pemanasan induksi dan ujian tanpa musnah.
Superkonduktiviti ialah fenomena khusus yang berlaku dalam bahan terpilih di bawah suhu dan keadaan medan magnet yang cukup rendah. Gred konvensional bagi keluli struktur atau keluli tahan karat tidak boleh dianggap sebagai superkonduktor pada suhu operasi biasa.
Sifat magnet - Suhu curie dan ciri-ciri keluli
Tingkah laku sesuatu bahan dalam medan magnet bergantung pada jenis susunan momen magnet, struktur kristal, komposisi kimia, suhu dan sejarah pemprosesan. Oleh itu, pernyataan "keluli tahan karat bukan magnet" adalah terlalu umum: keluli feritik dan martensitik secara amnya feromagnetik, manakala keluli austenit menunjukkan tindak balas magnet yang lemah dalam keadaan tertentu.
Diamagnetisme, paramagnetisme, feromagnetisme dan antiferromagnetisme
Diamagnet menunjukkan tindak balas lemah yang bertentangan dengan medan luaran; paramagnetik mereka memberi respons yang buruk mengikut bidang. Dalam feromagnet terdapat susunan momen magnetik secara spontan, yang membolehkan kemagnetan yang kuat. antiferomagnetik momen subkekisi disusun berlawanan dengan cara yang memberikan, dalam kes ideal, kemagnetan bersih sifar; ferimagnetisme juga termasuk sub-rangkaian putaran balas, tetapi dengan momen bukan pampasan.
Suhu curie TC - apakah itu dan apakah maksudnya?
Suhu curie ialah suhu peralihan antara keadaan tertib feromagnetik atau ferimagnetik dan keadaan tanpa tertib jarak jauh ini di bawah keadaan yang diberikan. Bagi feromagnetik biasa, ia bermaksud kehilangan kemagnetan spontan. Bahan di atas TC tidak menjadi "demagnetisasi" secara fizikal dalam apa jua cara: ia mungkin masih menunjukkan tindak balas paramagnet.
| barangan | Suhu curie – anggaran | Penafian penting |
|---|---|---|
| Besi tulen (Fe) | kira-kira 770°C | Terpakai kepada Fe tulen; Aloi Fe mempunyai nilai bergantung pada komposisi dan fasa. |
| Nikel tulen (Ni) | kira-kira 358°C | Nombor ini tidak sepatutnya diberikan kepada semua aloi nikel. |
Dalam besi tulen, peralihan magnet berlaku sekitar 770°C tanpa mengubah struktur BCC kepada FCCPeralihan kedua ini mempunyai suhu yang berbeza. Ini adalah salah satu sebab terpenting mengapa suhu Curie dan suhu Ac₁/Ac₃ tidak sama.
Dalam aloi besi, nikel dan kobalt, suhu Curie bergantung pada perkadaran komponen dan strukturnya. Dalam bahan dengan struktur fasa kompleks, tidak selalunya mungkin untuk menetapkan suhu tunggal yang mudah yang menggambarkan keseluruhan tindak balas magnet produk.
Suhu Néel TN
Suhu Néel dikaitkan dengan kehilangan tertib antiferomagnetik. Ia bukanlah pengganti suhu Curie. Huraian yang betul memerlukan pengenalpastian jenis tertib magnet dan fasa yang terdapat dalam bahan tersebut.
Kebolehtelapan, kerentanan, pemaksaan dan gelung histeresis
Permeabiliti magnet μ i kerentanan χ huraikan tindak balas terhadap medan magnet. Bagi feromagnet, ia secara amnya tidak malar: ia bergantung pada kekuatan medan, frekuensi, arah kemagnetan dan sejarah bahan. Induksi ketepuan merujuk kepada had pertumbuhan kemagnetan, peninggalan kepada sisa-sisa selepas membuang padang, dan paksaan kepada saiz medan yang diperlukan untuk penyahmagnetan yang mencukupi.
Gelung histeresis menunjukkan kebergantungan keadaan magnet pada sejarah medan. Bentuknya penting untuk kehilangan tenaga dalam pengmagnetan semula kitaran. Bahan lembut secara magnet, contohnya, disediakan dengan betul Besi tulen Armco dan kaki Permalloy, dipilih mengikut kriteria yang berbeza daripada keluli yang bertujuan untuk magnet kekal.
Anisotropi magnetik dan magnetostriksi
Anisotropi magnetik bermaksud pergantungan sifat pada arah medan relatif kepada struktur atau arah penggelek. Magnetron terdiri daripada perubahan dimensi yang berkaitan dengan perubahan keadaan magnet; ia mungkin penting dalam transformer, transduser dan peranti jitu, antara lain sebagai sumber getaran dan hingar.
Adakah keluli 304, 316L atau dupleks bersifat magnet?
Keluli austenit 1.4301 / 304 i 1.4404 / 316L Dalam keadaan austenit yang betul, ia selalunya mempunyai kebolehtelapan magnet yang rendah. Selepas ubah bentuk yang teruk, sebahagian daripadanya mungkin mengandungi martensit ubah bentuk dan menunjukkan tindak balas yang lebih besar terhadap magnet; pengaruh ferit yang tinggal selepas proses juga mungkin berlaku. dupleks 1.4462 i superdupleks 1.4410 mengandungi ferit dan austenit, oleh itu kelakuannya tidak dapat dikenal pasti dengan keluli austenit fasa tunggal.
Pengujian magnet sahaja bukanlah kaedah yang boleh dipercayai untuk mengenal pasti gred tertentu atau mengesahkan rintangan kakisan. Jika parameter magnet diperlukan, kebolehtelapan, keadaan dan kaedah pengukuran mesti dinyatakan.
Sifat akustik dan ultrasonik
Halaju perambatan gelombang elastik dalam logam bergantung kepada, antara lain, ketumpatan dan sifat elastiknya. Gelombang membujur dan melintang mempunyai halaju yang berbeza; dalam bahan anisotropik, ia juga bergantung pada arah perambatan. Impedans akustik adalah penting untuk pantulan dan penghantaran gelombang pada sempadan media.
Pelemahan ultrabunyi mungkin lebih besar dalam bahan dengan struktur berbutir kasar atau kompleks, yang mempengaruhi keberkesanan ujian tanpa pemusnah. Bagi tempaan dan tuangan yang diperbuat daripada keluli austenit atau aloi nikel tertentu, parameter ujian UT mesti dipilih dengan sewajarnya. Pelemahan getaran mekanikal merupakan satu lagi sifat penting untuk hingar, resonans dan operasi mesin; ia harus dibezakan daripada kebolehtelapan dan kekerasan magnet.
Sifat optik dan permukaan
Permukaan logam memantulkan dan menyerap sinaran bergantung pada panjang gelombang, sudut tuju, kemasan, suhu dan lapisan oksida. Refleksi i penyerapan adalah penting semasa pemotongan dan kimpalan laser, pemanasan sinaran dan pengukuran optik. Perubahan dalam kekasaran atau pengoksidaan boleh mengubah hasilnya walaupun tanpa mengubah gred keluli.
Dalam amalan makmal, adalah perlu untuk membezakan pekali spektrum daripada nilai purata, dan dalam pengukuran terma, untuk menentukan keemisitan dengan betul dalam julat panjang gelombang yang digunakan oleh instrumen.
Difusi, sifat logam cecair dan pemejalan
Pekali resapan D menerangkan kadar pengangkutan atom atau komponen lain dalam sesuatu bahan di bawah keadaan tertentu. Ia sangat bergantung pada suhu, unsur penyebaran dan fasa. Resapan adalah penting untuk pengkarbonan, nitridasi, homogenisasi, proses salutan resapan dan pembentukan atau pembubaran mendakan.
Kelikatan logam cecair mempengaruhi aliran semasa penuangan, tegangan permukaan i kebolehbasahan tentang kelakuan logam cecair pada permukaan dan sempadan fasa, dan pengecutan pembekuan kemungkinan rongga pengecutan dan kecacatan tuangan. Parameter ini bergantung pada suhu dan komposisi; dalam kes tuangan, ia mesti dipertimbangkan bersama-sama dengan aliran haba dan proses pemejalan.
Perbandingan sifat fizikal kumpulan keluli dan aloi
Jadual berikut menunjukkan trend dan isu tipikal yang memerlukan pengesahan. Ia bukanlah jadual nilai yang dijamin: sifat harus disahkan dalam dokumentasi untuk gred yang dipilih, dengan menyatakan suhu dan keadaan penghantaran.
| Kumpulan bahan | Sifat fizikal penting dalam pemilihan | Aplikasi atau nota praktikal |
|---|---|---|
| Keluli karbon dan aloi rendah (cth. C45, 42CrMo4) | Ketumpatan, kekonduksian dan pengembangan haba; feromagnetisme dalam keadaan tipikal | Aci, badan, struktur dan peranti pemanasan; sifatnya bergantung pada rawatan haba |
| Keluli austenit 1.4301, 1.4404 | Kekonduksian terma yang agak rendah, pengembangan yang ketara dan selalunya kebolehtelapan magnet yang rendah | Peralatan kimia, penukar, bahagian dengan tindak balas magnet terhad |
| Keluli ferit (Eg. 1.4016) | Feromagnetisme dan pengembangan yang berbeza daripada kebanyakan keluli austenit | Kandang, komponen peranti dan aplikasi yang memerlukan kawalan pengembangan |
| Keluli martensitik (Eg. 1.4021, 1.4057) | Tindak Balas Magnet dan Kesan Rawatan Haba pada Struktur | Elemen dan kelengkapan mesin; penilaian keadaan struktur |
| Duplex 1.4462 | Struktur ferit-austenit dua fasa, kemagnetan dan kekonduksian yang wujud dalam aloi | Unsur-unsur pemasangan kakisan dan peralatan tekanan |
| Superdupleks 1.4410 | Pengaruh kitaran haba pada pecahan fasa dan sifat berfungsi | Pemasangan kimia, marin; jangan gantikan data untuk keluli 304/316 |
| Keluli tahan haba (Eg. 1.4841, 1.4845) | Pengembangan, keemisiviti permukaan teroksida, sifat terma pada suhu tinggi | Relau dan elemen kerja panas |
| Aloi nikel Aloi 625, Aloi 718 | Ketumpatan, kekonduksian terma, haba tentu dan perubahan yang berkaitan dengan komposisi dan keadaan | Peralatan kimia, tenaga dan suhu tinggi |
| Aloi khas Invar, Kovar, Permalloy | Pengembangan rendah dalam julat tertentu atau tindak balas magnet terkawal | Peralatan pengukur, elektronik, teras magnet |
Pengaruh suhu, keadaan penghantaran dan mikrostruktur
Data suhu bilik biasanya tidak mencukupi jika produk tertakluk kepada pemanasan kitaran. Kekonduksian terma, resapan terma, haba tentu, kerintangan, kebolehtelapan magnet dan pekali pengembangan mungkin berbeza secara tak linear dan menunjukkan perubahan ciri berhampiran peralihan.
Dalam logam yang terbentuk sejuk, regangan, tekstur dan pembentukan fasa baharu boleh mengubah sifat magnet dan elektrik. penghabluran semula penyepuhlindapan dan rawatan haba mengubah struktur dan, akibatnya, sifat fizikal. Oleh itu, hasil pengukuran sampel yang dikeraskan larutan tidak selalunya berkaitan secara langsung dengan sampel yang digulung sejuk.
Dalam sesetengah keluli dan aloi, suhu tinggi boleh menyebabkan transformasi, pemendakan atau perubahan struktur yang penting untuk sifat fizikal. Dalam aloi yang diperkukuh pemendakan, seperti Aloi 718, keadaan selepas rawatan haba mesti diambil kira dalam tafsiran keputusan.
Kaedah ujian dan piawaian pengukuran untuk sifat fizikal
Dalam dokumentasi teknikal, perbezaan perlu dibuat antara piawaian yang menyatakan kaedah pengukuran mengenai piawaian kualiti dan keperluan produk. Berikut adalah contoh kaedah yang digunakan untuk menguji parameter yang dipilih. Setiap kaedah mempunyai skop aplikasi, keperluan sampel dan syarat ujian yang khusus.
| Kaedah atau dokumen | Hartanah yang diukur | Skop dan nota |
|---|---|---|
| ASTM E1461 | Difusiviti terma | Kaedah kilat untuk bahan pepejal yang sesuai. |
| ASTM E1225 | Kekonduksian terma | Kaedah perbandingan aliran haba keadaan mantap. |
| ASTM E1269 | Haba tentu | Kalorimetri pengimbasan pembezaan DSC. |
| ASTM E228 | Pengembangan linear | Dilatometer penolak; ukuran panjang dan suhu. |
| ASTM B193 | Kerintangan elektrik | Logam ialah bahan konduktif elektrik; julatnya perlu diperiksa. |
| ASTM E1004 | Kekonduksian elektrik | Kaedah arus eddy terutamanya untuk bahan bukan magnet. |
| Siri IEC 60404 | Sifat magnet | Kaedah untuk bahan dan produk magnet tertentu; pemilihan bahagian yang sesuai. |
| Kaedah hidrostatik/piknometrik | Gęstość | Pemilihan kaedah bergantung kepada keliangan, bentuk dan jenis bahan. |
| Sistem SI – BIPM | Unit pengukuran | Prinsip merekod, menukar dan mengenal pasti unit fizikal. |
Bagi aplikasi yang diliputi oleh keperluan reka bentuk, adalah perlu untuk mengesahkan edisi semasa piawaian yang dirujuk, kebolehgunaannya pada bahan yang diuji, dan keadaan pengukuran. Contohnya, kaedah arus pusar untuk menerangkan kekonduksian bahan bukan magnet tidak boleh secara automatik dianggap sebagai kaedah universal untuk mengukur semua keluli feromagnet.
Bagaimana memilih bahan berdasarkan sifat fizikal?
Tugas kejuruteraan harus bermula dengan mengenal pasti fenomena fizikal yang dominan dan keadaan operasi sebenar, dan kemudian membandingkan nilai sifat bahan yang disahkan. Keadaan suhu, jenis beban, persekitaran dan kebolehubahan operasi adalah amat penting.
| Keperluan | Parameter utama | Mengapakah ia diperlukan? |
|---|---|---|
| Perubahan kecil dalam dimensi apabila dipanaskan | αL(T), julat suhu | Mengehadkan kelegaan, tegasan haba dan varians pengembangan |
| Pelesapan haba yang cepat | λ(T), a(T), cp(T) | Imbangan haba dan kadar pemanasan atau penyejukan |
| Tindak balas magnet yang rendah | μr, keadaan struktur, medan dan suhu | Peralatan pengukur, peranti ketepatan |
| Operasi kitaran dalam medan berubah-ubah | B–H, Hc, kerugian, kekerapan | Pemilihan teras dan pengurangan kehilangan haba |
| Kawalan pemanasan rintangan | ρe(T), σ(T) | Pemilihan kuasa dan dimensi elemen pemanasan |
| Ujian ultrasonik produk besar | Kelajuan Gelombang, Atenuasi dan Struktur | Persediaan peralatan dan kebolehpercayaan pengesanan kecacatan |
| Pengeluaran tuangan dan kimpalan | TS, TL, kelikatan, kebolehbasahan, pengecutan | Pengisian Acuan, Pemejalan, dan Risiko Kecacatan |
| Pengukuran pirometrik | ε, keadaan permukaan, panjang gelombang | Tafsiran bacaan suhu tanpa sentuhan yang betul |
Memilih keluli tahan karat atau aloi nikel memerlukan keseimbangan parameter fizikal dengan rintangan kimia, keperluan mekanikal, piawaian produk dan keadaan penghantaran yang dijangkakan. Kekonduksian terma atau penetapan gred sahaja tidak memastikan pematuhan dengan reka bentuk keseluruhan.
Soalan Lazim – Soalan Lazim
Bagaimanakah sifat fizikal berbeza daripada sifat mekanikal?
Sifat fizikal menggambarkan, antara lain, ketumpatan, kekonduksian terma dan elektrik, kemagnetan dan perubahan struktur. Sifat mekanikal menangani tindak balas terhadap beban, seperti kekuatan alah, kekuatan, kekerasan dan kekuatan hentaman. Kedua-dua kumpulan ini saling berkaitan.
Apakah suhu Curie besi?
Bagi besi tulen, suhunya adalah lebih kurang 770°C. Bagi keluli dan aloi Fe, tiada nilai sepunya tunggal yang bebas daripada komposisi dan keadaan fasa.
Adakah suhu Curie bermaksud keluli cair?
Tidak. Peralihan Curie melibatkan susunan magnet dan bukan takat lebur atau suhu peralihan BCC–FCC secara automatik.
Adakah keluli tahan karat bukan magnet?
Tidak selalunya. Keluli feritik dan martensitik biasanya feromagnetik, manakala keluli austenit dalam keadaan yang sesuai biasanya menunjukkan tindak balas magnet yang rendah. Pengerasan kerja atau kehadiran fasa lain boleh mengubahnya.
Adakah 304 dan 316L mempunyai sifat terma yang sama?
Ini tidak boleh diandaikan. Perbezaan dalam komposisi, suhu dan keadaan penghantaran boleh mempengaruhi pengembangan, kekonduksian dan haba tentu. Data untuk gred yang sesuai mesti digunakan untuk pengiraan.
Apakah maksud resapan terma?
Menghuraikan kadar penyamaan suhu dalam bahan; di bawah keadaan yang sesuai, ia ialah a = λ/(ρ cₚ). Ia tidak sama dengan kekonduksian terma.
Mengapakah keluli austenit memanjang semasa pemanasan secara berbeza daripada keluli ferit?
Perbezaan timbul daripada struktur fasa, komposisi kimia dan suhu. Oleh itu, apabila menyambungkan bahan yang berbeza, adalah perlu untuk memeriksa pekali pengembangan merentasi keseluruhan julat operasi.
Adakah mengukur dengan magnet cukup untuk menentukan gred keluli?
Tidak. Tarikan magnet adalah sifat yang bergantung pada struktur dan bukan merupakan pengesahan spesies tertentu atau keserasian kimia.
Bagaimana untuk mengira jisim kepingan logam daripada ketumpatan yang diketahui?
Adalah perlu untuk mendarabkan isipadu helaian dengan ketumpatan khusus untuk bahan: m = ρ V, sambil mengekalkan unit seragam.
Adakah keemisiviti keluli adalah malar?
Tidak. Ia bergantung pada suhu, panjang gelombang dan keadaan permukaan, contohnya penggilapan, pengoksidaan atau kehadiran salutan.
Apakah maksud solidus dan liquidus?
Solidus ialah sempadan suhu atau fasa di mana aloi berada sepenuhnya pepejal; di atas liquidus, aloi tersebut adalah sepenuhnya cecair. Di antara sempadan ini, fasa cecair dan pepejal boleh wujud bersama.
Data apakah yang diperlukan untuk memilih bahan dari perspektif fizikal?
Berikut adalah keperluan: gred, keadaan penghantaran, julat suhu, parameter fizikal yang diperlukan, geometri, persekitaran operasi dan piawaian serta kaedah ujian yang sesuai.
Pemilihan bahan untuk projek: Dalam pertanyaan anda kepada Alfa-Tech, adalah wajar untuk menyatakan gred, jenis produk, dimensi, keadaan suhu dan parameter fizikal yang diperlukan. Ini membolehkan anda menentukan skop carian bahan dan dokumentasi teknikal yang diperlukan.