第13讲 热容.ppt
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
影响.
温
温
度
度
T
T
T1
T2
时间t
时间t
二、示差热分析法
（Differential thermal analysis DTA）
DTA热分析方法:
利用在相同条件下加热或冷却时试样和标准样 (参比物)的温度差与温度或时间关系对组织结 构分析的一种技术。
注意: 参比物在整个测试的温差范围内不发生分解,相变,破坏,也不
1300 温度
(°C)
1.3.2. 热分析的应用
金属 及合金
钢的加热 或冷却过程
组织转变 的热效应
液态-固态 各种亚稳态 的组织转变 有序-无序转变
一、建立合金的相图
A
rB ×100
B
热效应测量温区宽（可达2000度，变温速度小于5度/分，保护氩气） 凝固峰与共晶峰，液态线（峰的起始点）与共晶线（峰值温度）
以上可得:热流Φ, 转变潜热: M s t
1.3.2. 热分析方法
简单热分析; 示差热分析DTA; 差动扫描量热DSC.
一、简单热分析方法
简单热分析：
加热冷却中的热效应所产生的温度 T ~ t 时间 关系图的分析技术。
应用：用于研究恒温转变（纯金属或合金的凝 固），过冷转变等。
差动扫描量热法
（Differential scanning calorimetry DSC ）
用差动方法测量加热或冷却过程中，在 试样和标样的温度差保持为零时，所要 补充的热量与温度和时间的关系的分析 技术。
DTA与DSC方法的实验原理比较
ΔT
T
ΔT T
标样 试样
标样
试样
DSC优点:
DTA
精确度高、 差动热量补偿器
与被测物反应,同试样的比热容,热传导系数相接近.如钢铁材料 常用镍,硅酸盐材料常用高温煅烧的Al2O3,MgO作参比物。
DTA热分析方法的实验原理
ΔT
ΔT
T
T
标样
试样
DTA分析测量示意图
DTA曲线和温度T的关系
思考：放热与吸热峰的区别 用途：确定组织转变的起始温度，DTA峰的面积与该峰的热焓成正比。 优点：灵敏度高，自动控制，中低温下作定量分析，高温下的定性分析。
1.3.3. 热分析的应用
一. 量热计法.
1. 混合法：
cp
Q Fra Baidu bibliotek T f
1 m
,
Q为水和量热计吸收的热 量 : (m0c0 q)T
高温→低温(试样被冷却)：正向量热计法
低温→高温(试样被加热): 反向向量热计法.
研究淬火钢的回火，冷加工金属的再结晶。
2. 电阻加热法：
c I 2Rt
p
m(T2 T1 )
中低温确定比热方法,
忽略了量热计与外界的热交换.
二. 撒克司法
思想: 试样1与箱子2(量热计)保持恒温,以避免热损耗. 办法: 同时加热试样1与箱子2. 采用温差热电偶
W
dQ dt
mcP
dTs dt
温 差 热
电
dTs dt
dTB dt
d dt
(Ts
TB )
偶
试 样
定量分析
(700 度以下)
温度变化时发生晶相转变，引起体积膨胀.
单斜－ZrO2 1170 °C 四方－ZrO2
g/cm3：5.56
g/cm3：6.1
2370 °C 立方－ZrO2
g/cm3：6.27
2715 °C
液相
99% ZrO2 ，19500C预烧
900 1000
1100 1200
ZrO2 的差热分析曲线
测 温 热 电 偶
箱
子
（适用于高温,修正了与外界的热散耗） 思考：加热箱子，电阻丝，示差热电偶的作用各是如何
三. 斯密特法
（适用测比热与转变潜热）
温差(试样与容器)恒定,热流Φ恒定 容器 : tB TCBM B
试样 容器 : ts Ts (CsM s CbM b ) 标样 容器 : tr Tr (CbM b Cr M r )
《材料物理性能》
（Physical Properties of Materials）
第一章 材料的热学性能
(第三讲)
安徽工业大学材料学院 2019年11月1日
第一章 材料的热学性能
1.1 固体的热容
热容的基本概念 热容的实验规律 热容的基本理论(经典、量子理论)
1.2 影响热容的因素
温度 结构,相变 合金元素,化合物
二、研究SUJ2钢的过冷奥氏体转变
(一）测量等温转变曲线：
实验仪器： 炉子：加热炉（830度通氩气），等温炉 标准样：（NiCr合金WCr=10%); 试样：棒状： 1 ~ 1.5mm, L 10 ~ 15mm 示差热测量装置：差热峰：奥矢体分解（金相法校验）
E / mV
52s 520度
t/s
200s 320度
三、研究有序-无序转变
Cp （a）
无序态
Ni3Fe合金:
350 470
有序态:稳定的低能态 无序态
五序态:亚温(高能)态
有序态 完全无序态
（b）
吸热峰
有序态
T / °C
300 400 500 600
课堂测验题
1. 一级相变与二级相变对热容的影响有何不 同? 试举例说明.
2. 简述撒克司法测量比热容的基本原理. 3. 何谓DSC热分分析? 较DTA分析法有何优点? 4. 试分析Ni3Fe合金有序-无序转变对比热的
1.3 热容的测量原理与热分析方法
1.3 比热容的测量与热分析
1.3.1. 比热容的常用测量方法
一.量热计法.(适用于低温和中温测比热) 二.撒克司法. (适用于高温测比热) 三.斯密特法.（适用测比热与转变潜热）
1.3.2. 热分析方法
一.简单(普通)热分析; 二.示差热分析DTA(微分热分析); 三.差动扫描量热法DSC.
温
温
度
度
T
T
T1
T2
时间t
时间t
二、示差热分析法
（Differential thermal analysis DTA）
DTA热分析方法:
利用在相同条件下加热或冷却时试样和标准样 (参比物)的温度差与温度或时间关系对组织结 构分析的一种技术。
注意: 参比物在整个测试的温差范围内不发生分解,相变,破坏,也不
1300 温度
(°C)
1.3.2. 热分析的应用
金属 及合金
钢的加热 或冷却过程
组织转变 的热效应
液态-固态 各种亚稳态 的组织转变 有序-无序转变
一、建立合金的相图
A
rB ×100
B
热效应测量温区宽（可达2000度，变温速度小于5度/分，保护氩气） 凝固峰与共晶峰，液态线（峰的起始点）与共晶线（峰值温度）
以上可得:热流Φ, 转变潜热: M s t
1.3.2. 热分析方法
简单热分析; 示差热分析DTA; 差动扫描量热DSC.
一、简单热分析方法
简单热分析：
加热冷却中的热效应所产生的温度 T ~ t 时间 关系图的分析技术。
应用：用于研究恒温转变（纯金属或合金的凝 固），过冷转变等。
差动扫描量热法
（Differential scanning calorimetry DSC ）
用差动方法测量加热或冷却过程中，在 试样和标样的温度差保持为零时，所要 补充的热量与温度和时间的关系的分析 技术。
DTA与DSC方法的实验原理比较
ΔT
T
ΔT T
标样 试样
标样
试样
DSC优点:
DTA
精确度高、 差动热量补偿器
与被测物反应,同试样的比热容,热传导系数相接近.如钢铁材料 常用镍,硅酸盐材料常用高温煅烧的Al2O3,MgO作参比物。
DTA热分析方法的实验原理
ΔT
ΔT
T
T
标样
试样
DTA分析测量示意图
DTA曲线和温度T的关系
思考：放热与吸热峰的区别 用途：确定组织转变的起始温度，DTA峰的面积与该峰的热焓成正比。 优点：灵敏度高，自动控制，中低温下作定量分析，高温下的定性分析。
1.3.3. 热分析的应用
一. 量热计法.
1. 混合法：
cp
Q Fra Baidu bibliotek T f
1 m
,
Q为水和量热计吸收的热 量 : (m0c0 q)T
高温→低温(试样被冷却)：正向量热计法
低温→高温(试样被加热): 反向向量热计法.
研究淬火钢的回火，冷加工金属的再结晶。
2. 电阻加热法：
c I 2Rt
p
m(T2 T1 )
中低温确定比热方法,
忽略了量热计与外界的热交换.
二. 撒克司法
思想: 试样1与箱子2(量热计)保持恒温,以避免热损耗. 办法: 同时加热试样1与箱子2. 采用温差热电偶
W
dQ dt
mcP
dTs dt
温 差 热
电
dTs dt
dTB dt
d dt
(Ts
TB )
偶
试 样
定量分析
(700 度以下)
温度变化时发生晶相转变，引起体积膨胀.
单斜－ZrO2 1170 °C 四方－ZrO2
g/cm3：5.56
g/cm3：6.1
2370 °C 立方－ZrO2
g/cm3：6.27
2715 °C
液相
99% ZrO2 ，19500C预烧
900 1000
1100 1200
ZrO2 的差热分析曲线
测 温 热 电 偶
箱
子
（适用于高温,修正了与外界的热散耗） 思考：加热箱子，电阻丝，示差热电偶的作用各是如何
三. 斯密特法
（适用测比热与转变潜热）
温差(试样与容器)恒定,热流Φ恒定 容器 : tB TCBM B
试样 容器 : ts Ts (CsM s CbM b ) 标样 容器 : tr Tr (CbM b Cr M r )
《材料物理性能》
（Physical Properties of Materials）
第一章 材料的热学性能
(第三讲)
安徽工业大学材料学院 2019年11月1日
第一章 材料的热学性能
1.1 固体的热容
热容的基本概念 热容的实验规律 热容的基本理论(经典、量子理论)
1.2 影响热容的因素
温度 结构,相变 合金元素,化合物
二、研究SUJ2钢的过冷奥氏体转变
(一）测量等温转变曲线：
实验仪器： 炉子：加热炉（830度通氩气），等温炉 标准样：（NiCr合金WCr=10%); 试样：棒状： 1 ~ 1.5mm, L 10 ~ 15mm 示差热测量装置：差热峰：奥矢体分解（金相法校验）
E / mV
52s 520度
t/s
200s 320度
三、研究有序-无序转变
Cp （a）
无序态
Ni3Fe合金:
350 470
有序态:稳定的低能态 无序态
五序态:亚温(高能)态
有序态 完全无序态
（b）
吸热峰
有序态
T / °C
300 400 500 600
课堂测验题
1. 一级相变与二级相变对热容的影响有何不 同? 试举例说明.
2. 简述撒克司法测量比热容的基本原理. 3. 何谓DSC热分分析? 较DTA分析法有何优点? 4. 试分析Ni3Fe合金有序-无序转变对比热的
1.3 热容的测量原理与热分析方法
1.3 比热容的测量与热分析
1.3.1. 比热容的常用测量方法
一.量热计法.(适用于低温和中温测比热) 二.撒克司法. (适用于高温测比热) 三.斯密特法.（适用测比热与转变潜热）
1.3.2. 热分析方法
一.简单(普通)热分析; 二.示差热分析DTA(微分热分析); 三.差动扫描量热法DSC.