材料物理性能分析

线膨胀系数计算公式：
a

l
l0 l0
T
1 T0
石英
式中l、l0分别为试样在T、T0温度时的长度， 后一项为石英棒的线膨胀系数石= 0.55 10-6
石英管 石英棒 试样
应用1 测定相变点
纯铁加热过程中比容变化
钢中组织的比容顺序：马氏体〉铁素体〉珠光体〉奥氏体
钢的高温组织奥氏体比容最小
DSC和DTA曲线形状相似，但纵坐标意义不同， DTA 表 示温差， DSC表示热流率
DSC的应用
玻璃化转变 熔融、结晶 共熔温度、纯度 物质鉴别 相容性 热稳定性、氧化稳定性 热力学参数 反应动力学 液相、固相比例 比热
热分析应用举例
1 研究相图
exothermic
材料物理性能分析
内容
1.前沿 2. 电阻分析在材料研究中的应用 3. 热分析在材料研究中的应用 4. 磁性测量
材料物理性能分析
研究不同材料的物理性能变化规律，作 为研究材料的一种物理方法和手段
材料物理性能分析特点：
1 有效进行材料试验动态过程研究，较精确 地判断材料中发生相变的温度、时间、数 量和限度。
研究Al-Si-Cu-Mg铸造合金的时效
对经过490C/8hr+520C/8hr 水淬的 合金在不同温度进行时效
1.时效初期，固溶体中形成G-P 区，使导电电子发生散射，因 而导致电阻增大。
2.当合金开始脱溶析出CuAl2和 MgSi时，电阻开始下降。
3.随着时效温度的增高和时间 的延长，新相的析出量增加， 合金的电阻进一步下降。
I %为两个温度范围内总的
转变量 AB,EF为转变区范围中点
F B
与膨胀曲线直线部分延
长线交线
E
A
3 测定钢的过冷奥氏体等温转变曲线 Time-Temperature-Transformation
膨胀量
温度
时间
时间
测定钢的连续冷却转变CCT曲线
CCT曲线
磁性分析
铁磁分析应用实例
在钢铁研究中的应用原理： 奥氏体为顺磁体，马氏体铁素体等为铁磁体，
微裂纹。
热分析方法的应用
热容测量的经典方法是量热计法 在金属研究中常用来自百度文库是撒克司(Sykes)和史密
斯(Smith)法。
热分析基本原理
热效应的来源：材料物理或化学变化
现代 热分析方法
热分析是在程序控制下，测量物质的物理 性质与温度关系的一种技术。
质量 热重法TG (Thermal Gravitymeter) 温度 差热法DTA (Differential Thermal Analyzer) 热量 差示扫描量热法DSC (Differential Scanning Calorimeter) 尺寸 热膨胀法 力学 热机械分析TMA (Thermal Mechanical Analyzer)
1差热法DTA Differential Thermal Analysis
在相同条件下，测量试样与标准试样间 的温度差
DTA
温度
差热电势 (温差)
差热电势 (温差)
时间
时间
温度
DTA曲线
吸热转变 T试<T标 放热转变 T试> T标 对同一物质不同的实验条件差热分析测量
值可能不一致
渗碳体为弱铁磁体
淬火钢中残余奥氏体量测量
(1) 马氏体+残余奥氏体 钢的饱和磁化强度
Ms
MM
Heat Flow
2 研究相变曲线
DSC measurement of martensitic transformation
Temperature
endothermic
Thermomechanical behaviour of NiTi
(DSC)
Stress
dQ/dt
Temperature
Strain
铁碳相图
钢的热膨胀曲线示意图
a)亚共析钢 b)共析钢
c) 过共析钢
2 测定相变转变量
杠杆定律：
B
C点新相转变量（体积比）%
=AC/AB×I%
I%该温度范围内最大转变量
C
转变完全时,I%=100%
转变不完全时,I%=(100-A残)%
A
不同温度区间转变相对量
AB=AB/(AB+EF) ×I% EF=EF/(AB+EF) ×I%
高聚物的DTA曲线示意图
加热过程中依次发生玻璃化转变Tg、结晶Tc、熔 融Tm、热氧化Tox裂解等转变
2差示扫描量热法DSC Differential Scanning Calorimetry
试样和标样在程序控温下，测量输给试样和标样的热流量 （或功率）差与温度或时间的关系。
DSC基本特征： 试样和标样温度差为0； 试样和标样必须在相同条件下加热
由于很容易对材料的许多物理过程进行电阻的跟 踪测量，常用测量电阻率的变化来研究材料内部 组织结构的变化，称为电阻分析。
如：研究过饱和固溶体的脱溶和溶质元素的回溶、 测定固溶体的溶解度曲线、研究合金的时效、合 金的不均匀固溶体的形成以及有序-无序转变等。
马氏体相变和逆相变时的电阻-温度 曲线示意图
A
A
s f
Shape memory effect of NiTi
3 研究有序-无序相变
通过熔点进行高分子材料的鉴别 （DSC）
热重分析(TG )测试CuSO4 5H2O的 热重曲线
热膨胀测试方法及应用
测试方法：机械放大、光学放大、电磁放 大
机械放大
光学放大
电磁膨胀仪
l2 l1 l T2 T1 l1
2 灵敏地确定一些微元素对材料结构与性 能的影响
3 所得结果反映材料的整体效应，可避免 局部微观区域观察或测定可能造成的错觉
亚共析钢的膨胀曲线
膨胀量 Ac1
Ac3 Ar1
Ar3
温度
1.电阻分析在材料研究中的应用
电阻率是对材料成分、组织和结构极敏感的性能， 能灵敏地反映材料内部的微弱变化。
材料疲劳过程的研究
材料的应力疲劳是内部位错的增殖、裂纹的扩展等一系列微观缺陷的发 展导致宏观缺陷发展的过程，故将引起电阻的变化。
疲劳过程，电阻变化可以分为四个阶段： 第1、2阶段：电阻变化不大； 第3阶段：电阻值有缓慢增加的趋势，这对应于材料内部缺陷的密度
不断的增高； 第4阶段：电阻变化更加明显，这时试样内部裂纹已发展到表面出现