Agata Krakowka	Temat: Analiza termiczno-derywacyjna stopów metali lekkich.	Data: 20.05.2015r.
ZiIP, sem. IV, gr. 2	Uwagi:	Podpis:

LABORATORIUM BADAŃ STRUKTURY
I WŁASNOŚCI MATERIAŁÓW

Sprawozdanie

1. BADANIA TERMICZNO-DERYWACYJNE

Obecni inżynierowie w celu rozwijania technologii odlewania koncentrują się na bezpieczeństwie procesu, obniżeniu jego kosztów, zapewnieniu powtarzalności produktu i uzyskania jak największej możliwej szybkości wtryskiwanego metalu do formy. Struktura odlewu uzyskana bezpośrednio ma wpływ na własności mechaniczne i technologiczne produktów końcowych. Istotna dla poprawy jakości produktów odlewanych jest zatem wiedza na temat krystalizacji i jej mechanizmów, umożliwiającej swobodne sterowanie kinetyki krystalizacji wytwarzanych odlewów
w celu optymalizacji w celu optymalizacji uzyskanej struktury i własności.

Rodzaje analizy termicznej:

• Uproszczona analiza termiczna

• Różnicowa analiza termiczna DTA

• Analiza termiczno-derywacyjna ATD

Uproszczona analiza termiczna umożliwia wyznaczenie temperatury przemian fizycznych i chemicznych w procesie ciągłego podgrzewania lub chłodzenia na podstawie rejestrowanej krzywej zmiany temperatury w funkcji czasu.

Różnicowa analiza termiczna DTA polega na pomiarze różnicy temperatury między próbką badaną, a próbką wzorcową, w której nie zachodzą żadne przemiany cieplne podczas podgrzewania lub chłodzenia. Próbki ogrzewa się lub chłodzi jednocześnie w jednakowych warunkach. Pomiar taki umożliwia wykrycie efektów cieplnych towarzyszących przemianom fizycznym lub chemicznym.

Analiza termiczno-derywacyjna ATD krzepnących metali i stopów jest od dawna stosowana do wyznaczania temperatury przemian fazowych w procesie ciągłego chłodzenia. Wyznacza funkcję zmiany temperatury podczas stygnięcia stopu. Metoda ta bardzo często stosowana jest zarówno w badaniach naukowych, jak również
w praktyce przemysłowej, tj. w zakresie zarządzania jakością produkcji, gdzie umożliwia szybką ocenę stężenia wybranych pierwiastków w stopach. Ocenę niektórych własności mechanicznych i technologicznych, co z kolei decyduje
o jakości stopów. Szczególną zaletą metody ADT jest nie tylko możliwość oceny stopu pod względem składu chemicznego, ale również możliwość oceny w tym samym procesie pomiarowym wielu szczegółów kinetyki procesu krystalizacji pierwotnej lub wtórnej. Uzyskanie tak wielu informacji o materiale, jak np. stopień przechłodzenia cieczy, chwilowa szybkość chłodzenia, temperatura zarodkowania,
w krótkim czasie (2-5 min) umożliwia podjęcie natychmiastowej decyzji o poprawie jakości procesu pozwalając tym samym na podniesienie jakości produkcji odlewniczej i metalurgicznej, decydującej o stopniu niezawodności maszyn i urządzeń.

Wykonanie analizy termicznej z wykorzystaniem urządzenia UMSA polega na roztopieniu, wygrzaniu i chłodzeniu próbki z odpowiednią założoną szybkością chłodzenia.

1. BUDOWA URZĄDZENIA UMSA

1. Zespół cewka-dysze chłodzące

2. Komputer sterujący

3. Układ sterujący mocą grzania

4. Układ sterujący szybkością chłodzenia

Rys. 1 Urządzenie UMSA

Budowa układu grzewczego i chłodzącego:

1. Termopara

2. Cewka indukcyjna wraz z dyszami chłodzącymi

3. Kapsle zabezpieczające

4. Folia zabezpieczająca

5. Próbka

6. Izolacja próbnika

Rys. 2 Schemat układu grzewczego i chłodzącego urządzenia UMSA oraz sposób umiejscowienia termoelementu i wymiary próbek przeznaczonych do termoanalizy

1. TERMOPARA

Element obwodu elektrycznego składający się z dwóch różnych metali zwykle
w postaci przewodów spojonych na dwóch końcach. Jedno złącze umieszczane jest
w miejscu pomiaru, podczas gdy drugie utrzymywane jest w stałej temperaturze odniesienia (np. mieszanina wody z lodem). W przypadkach, gdzie nie jest wymagana duża dokładność (dopuszczalny błąd rzędu kilku stopni), jako temperaturę odniesienia traktuje się np. temperaturę wnętrza szafy sterowniczej maszyny przemysłowej, określanej z pomocą czujnika innego niż termopara (jest to tzw. sztuczne zero). Pod wpływem różnicy temperatury między miejscami złączy (pomiarowego
i „odniesienia”) powstaje różnica potencjałów (siła elektromotoryczna), zwana w tym przypadku siłą termoelektryczną, proporcjonalna do różnicy tych temperatur.

Termopary można podzielić na trzy grupy w zależności od zakresu pomiarowego:

• Grupa 1 – zakres temp. od -200 do +200 ^oC (brak metali szlachetnych).

• Grupa 2 – zakres temp. od 0 do +1600 ^oC (platynowo- rodowe).

• Grupa 3 – zakres temp. od 0 do +2200 ^oC (wolframowo- renowe).

Każda grupa posiada różne typy termopary, na zajęciach mieliśmy styczność
z termoparą grupy pierwszej, typu „K” (NiCr-NiAl).

1. DODATKOWE INFORMACJE

Stopy używane do badań to magnez, aluminium i cynk. Najczęściej stosuje się aluminium, ponieważ magnez szybko się pali, a cynk podczas przetapiania wytwarza toksyczne opary.

Gazy ochronne:

• Argon

• Hel

• Corgon

• Azot

• Dwutlenek węgla

Chromel- żaroodporny i odporny na korozję stop niklu (90%) z chromem (10%).Stosowany jest jako materiał oporowy, np. do wyrobu spiral grzejnych oraz w termoogniwach typu E i K. Termoogniwa z chromelu w połączeniu z alumelem wykazują bardzo dobrą liniową zależność napięcia od temperatury i stosowane są do 1370 °C.

Alumel- stop niklu zawierający 0,8–2% manganu, 1,8–2,5% aluminium, 0,8–2% krzemu i domieszki żelaza i kobaltu. Oporność elektryczna właściwa ok. 0,32·10^-7 Ω. Wrażliwy na działanie siarki i węgla. Wykorzystywany przy wyrobie termoogniw, przewodów kompensacyjnych i oporników o długim czasie pracy w temperaturze do 1000°C^.

1. ŹRÓDŁA

1. http://www.openaccesslibrary.com/vol11/3.pdf

2. http://pl.wikipedia.org/wiki/Termopara