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熱分析儀TA在鑄造生產(chǎn)上的應(yīng)用

時(shí)間:2024/4/4閱讀:622
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熱分析儀TA在鑄造生產(chǎn)上的應(yīng)用

1 熱分析的基本原理

熱分析法是通過(guò)測(cè)定物質(zhì)溫度的變化所引起的物性變化來(lái)確定物質(zhì)狀態(tài)變化的一種測(cè)試分析方法,即通過(guò)測(cè)定伴隨物質(zhì)的溫度變化和化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行而發(fā)生的熱力學(xué)性質(zhì) 、物理性質(zhì)的變化 ,進(jìn)而確定物質(zhì)結(jié)構(gòu)的熱變化及化學(xué)反應(yīng)常數(shù)的一種方法。在合金中無(wú)論發(fā)生哪一種變化 (如加熱時(shí)的熔化、冷卻時(shí)的結(jié)晶、 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、 固態(tài)中過(guò)剩相熔解或析出等),都伴隨有熱量的釋放或吸收,從而使得因加熱而溫度上升或因冷卻而溫度下降時(shí),溫度變化的連續(xù)性受到破壞并顯示出溫度特征值,在加熱或冷卻曲線上形成“拐點(diǎn)"或“平臺(tái)"。因此,構(gòu)成鑄件鑄態(tài)組織中的各個(gè)相,都會(huì)在冷卻曲線上留下相應(yīng)的痕跡 。與化學(xué)成分密切相關(guān)的鑄態(tài)組織中的各個(gè)相存在的比例系數(shù),取決于冷卻曲線上相應(yīng)特征值的位置和長(zhǎng)度,它決定著鑄件的質(zhì)量狀況。所以有人把冷卻曲線稱之為“冶金質(zhì)量的指紋"。

如何從簡(jiǎn)單的冷卻曲線提取更多的質(zhì)量信息,以及應(yīng)該用哪些信息來(lái)評(píng)價(jià)合金的某一具體的質(zhì)量指標(biāo),這需要對(duì)鑄鐵的凝固機(jī)制作較為深入的研究,也是人們選擇熱分析方法的前提。十幾年來(lái),隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,通過(guò)對(duì)冷卻曲線的微分處理,可以得到更多的評(píng)估液態(tài)金屬質(zhì)量狀況的信息。因此,簡(jiǎn)單熱分析法和微分熱分析法結(jié)合,是當(dāng)前鑄造熱分析技術(shù)普遍采用的方法。這些方法在定性熱分析技術(shù)上的應(yīng)用,開(kāi)拓了定性熱分析技術(shù)研究的新領(lǐng)域 。

2 熱分析技術(shù)在鑄鐵件生產(chǎn)上 的應(yīng)用

熱分析法在鑄造生產(chǎn)中最初是用來(lái)測(cè)定鑄鐵碳當(dāng)量。鑄鐵是具有共晶轉(zhuǎn)變的鐵碳合金,其共晶反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。若按Fe-G (石墨)穩(wěn)定系凝固則生成奧氏體+石墨的共晶體;按Fe-Fe3C介穩(wěn)定系凝固則生成奧氏體+滲碳體的共晶體。但由于曲線上初生奧氏體析出溫度主要取決于化學(xué)成分,而與凝固模式無(wú)關(guān),因此通過(guò)液相線溫度來(lái)表征碳當(dāng)量的值,即CE%=f(TL)。但由于硅和磷對(duì)TL的影響并不能由常用的Fe-C相圖來(lái)確定,因此人們通過(guò)大量試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析,并引入液相線碳當(dāng)量(CEL=C+Si/4+P/2)的概念,得出適用于不同生產(chǎn)條件下測(cè)定液相線碳當(dāng)量(CEL)的數(shù)學(xué)模型。

碳量和硅量的測(cè)定

灰鑄鐵在凝固過(guò)程中,受鐵液孕育狀況及結(jié)晶條件的影響,難以找到準(zhǔn)確的共晶溫度。此外,共晶反應(yīng)時(shí),由于鐵液放出結(jié)晶潛熱,導(dǎo)致共晶反應(yīng)在某一溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行。為了解決這一問(wèn)題,在用熱分析法測(cè)試時(shí),采用強(qiáng)制白口共晶凝固的方法,在樣杯內(nèi)涂以反石墨化涂料 (一般含碲、鉍等元素),促使鐵液無(wú)論是亞共晶還是過(guò)共晶,無(wú)論是否經(jīng)過(guò)孕育處理,都能按白口凝固,在冷卻曲線上顯示出較長(zhǎng)的共晶停歇平臺(tái),從而獲得準(zhǔn)確值。從1973年開(kāi)始,人們通過(guò)大量的測(cè)試試驗(yàn)并利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法,得到適用于不同生產(chǎn)條件的測(cè)定碳含量和硅含量的數(shù)學(xué)模型。

熱分析法快速測(cè)定的鐵液化學(xué)成分與化學(xué)分析結(jié)果相比,其誤差為:

    CEL0.05%、(C)±0.05%、(Si)+0.1%

上述傳統(tǒng)的碳、硅含量的單獨(dú)測(cè)定方法只有在白口凝固條件下才能實(shí)現(xiàn)。這會(huì)使得鑄鐵在冷卻過(guò)程中熱分析曲線上的一些重要信息被改變,那么利用熱分析在測(cè)定成分的同時(shí)就很難評(píng)估鐵液質(zhì)量。同時(shí)對(duì)于經(jīng)鎂處理后球墨鑄鐵則不適用(由于碲會(huì)與鎂形成碲化鎂,失去了強(qiáng)制鐵液按白口凝固的作用)。有文獻(xiàn)報(bào)道采用雙杯(無(wú)碲灰口杯和加碲白口杯)或三杯(加碲白口杯、灰口不育杯、灰口孕育杯)同時(shí)測(cè)定的方法,更深入地揭示鐵液的凝固特性,獲得了特征值與白口深度、化學(xué)成分之間的關(guān)系。但是樣杯增多,設(shè)備復(fù)雜,不利于爐前的快速檢驗(yàn)。

鐵液含氧量的測(cè)定

目前,國(guó)內(nèi)鑄造生產(chǎn)企業(yè)采用電爐熔煉鑄鐵,一般地說(shuō),電爐熔煉出的鐵液質(zhì)量?jī)?yōu)于沖天爐。但由于電爐熔煉鐵液時(shí),鐵液始終處于氧化性氣氛下,再加上鐵液劇烈翻滾,使得電爐熔煉鐵液的含氧量高于沖天爐。鐵液中過(guò)飽和的氧除了對(duì)石墨形核特性有重要影響外,對(duì)鐵液的成分也有一定的影響,因此有必要對(duì)鐵液中的含氧量進(jìn)行測(cè)定。通過(guò)研究含氧量對(duì)冷卻 曲線初晶角變化的影響規(guī)律,試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著鐵液中含氧量的增加,冷卻曲線的初晶角度增大,若在樣杯中添加適量的鋁,可以提高測(cè)試精度,這種方法有望在鑄造生產(chǎn)中得到應(yīng)用。

非接觸式熱擴(kuò)散率測(cè)量可以評(píng)估
從有機(jī)薄膜到金剛石的各種材料

熱波分析儀 TA3

特征

  • 使用激光非接觸式測(cè)量

  • 操作簡(jiǎn)單,只需放置樣品即可

  • 樣品形狀自由度高,允許您指測(cè)量位置

  • 測(cè)量范圍廣泛,從有機(jī)薄膜到鉆石

  • 可輕松設(shè)定條件的絕對(duì)值測(cè)量方法

  • 可進(jìn)行水平和垂直方向的測(cè)量 → 檢查樣品的各向異性

  • 可以將熱擴(kuò)散率轉(zhuǎn)換為熱導(dǎo)率和熱射流率

  • 可進(jìn)行分布測(cè)量 → 評(píng)估樣品缺陷和不均勻性

熱物性測(cè)量范圍

可以測(cè)量從有機(jī)薄膜到鉆石的各種材料。此外,現(xiàn)在可以測(cè)量難以測(cè)量的高導(dǎo)熱性樹(shù)脂。我們還可以測(cè)量雙層樣品并處理難以加工的材料。

測(cè)量范圍
實(shí)測(cè)示例
樣本熱擴(kuò)散率[m 2 s -1 ]
測(cè)量值參考值
穩(wěn)定氧化鋯1.1× 10-61.2× 10-6
氧化鋁12× 10-612× 10-6
37× 10-635× 10-6
89× 10-688× 10-6
110× 10-6120× 10-6
170× 10-6170× 10-6
聚晶金剛石720× 10-6400~880× 10-6

其他成就

  • 藍(lán)寶石

  •  

  •  

  •  

  •  

  • 鈦酸鍶

  •  

  • 不銹鋼 (SRM1461)

  •  

  • 通用樹(shù)脂

  •  

  • 各向同性石墨

  •  

  • 氮化鋁(AlN)

  •  

  • 氮化硅(SiC)等


材料各向異性

測(cè)量方向
可以在同一工件上測(cè)量三個(gè)方向 (XYZ) 中每個(gè)方向的熱擴(kuò)散率。

你了解樣品的各向異性嗎?
填料(AlN、SiO2、SiC、CNT等)和樹(shù)脂的復(fù)合材料的熱導(dǎo)率根據(jù)混合比例的不同而變化很大,因此測(cè)量熱擴(kuò)散率非常重要。還可以測(cè)量樹(shù)脂基材料。

目的

電子部件散熱材料的評(píng)價(jià)、半導(dǎo)體激光電極的評(píng)價(jià)、熱電發(fā)電材料的評(píng)價(jià)、硬質(zhì)合金工具涂層的評(píng)價(jià)等。

樣本測(cè)量方向熱擴(kuò)散率[m 2 s -1 ]
測(cè)量值參考值*
聚酰亞胺t=25μm垂直的0.14× 10-60.13× 10-6
水平的0.8× 10-60.73× 10-6
硅橡膠散熱片垂直的1.1× 10-6不適用
水平的1.3× 10-6不適用
含有碳納米管(CNT)的橡膠垂直的0.24× 10-6不適用
水平的6.0× 10-6不適用
石墨片垂直的1.9× 10-61.8~2.8× 10-6
水平的100× 10-690~100× 10-6
高導(dǎo)熱樹(shù)脂A 20Wm -1 K -1級(jí)
(尤尼吉可制造)
垂直的1.6× 10-62.4× 10-6
水平的16× 10-612× 10-6
高導(dǎo)熱樹(shù)脂B 5Wm -1 K -1級(jí)
(尤尼吉可制造)
垂直的0.74× 10-61.2× 10-6
水平的3.9× 10-63.1× 10-6
  • 參考值是指文獻(xiàn)值、目錄值以及其他測(cè)量方法的測(cè)量結(jié)果。

分布測(cè)量

樹(shù)脂流動(dòng)狀態(tài)

即使使用相同的樹(shù)脂,熱導(dǎo)率也會(huì)根據(jù)成型條件和模具形狀而變化。

導(dǎo)熱系數(shù)分布評(píng)價(jià)(定性值)
熱導(dǎo)率分布評(píng)價(jià)(定性值) *可以將熱導(dǎo)率的均勻程度繪制成圖表。

即使使用相同的樹(shù)脂,熱導(dǎo)率也會(huì)根據(jù)成型條件和模具形狀而變化。

主要規(guī)格


TA35TA33TA32TA31
測(cè)量目標(biāo)熱擴(kuò)散率
測(cè)量范圍0.1~1000[×10 -6 m 2 s -1 ]
輸出數(shù)據(jù)頻率、距離、幅度、相位、厚度【TXT格式】
測(cè)量模式垂直方向-
水平方向-
分布測(cè)量---
其他配件溫度調(diào)節(jié)加熱器選項(xiàng)選項(xiàng)--
焦點(diǎn)調(diào)節(jié)汽車汽車手動(dòng)的手動(dòng)的
控制/分析軟件
個(gè)人電腦
測(cè)量環(huán)境測(cè)量溫度室內(nèi)溫度
測(cè)量溫度(安裝加熱器時(shí))室溫?300[℃]-
測(cè)量頻率0.01[Hz]~100[kHz]
半導(dǎo)體激光器波長(zhǎng)808[納米]
最大輸出1.5[瓦]
輻射溫度計(jì)元素銻化銦
冷卻方式液氮
舞臺(tái)可動(dòng)區(qū)域檢測(cè)階段±5[毫米]±5[毫米]±5[毫米]-
樣品臺(tái)±10[毫米]---
重復(fù)性±5[%]
電源AC100-240[V]、10-5[A]、50/60[Hz]
激光安全Ⅰ類激光產(chǎn)品
IEC/EN 60825-1:2007



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