一、概述
材料相变分析仪采用膨胀法是用于测定金属材料、陶瓷、耐火材料以及其它固体材料,特别是刚玉、耐火材料、精铸用型壳及型芯材料的热膨胀系数,临界温度以及相变分析。为工厂、科研院校检测金属材料、陶瓷、釉料及无机材料制品的性能及科研教学提供*的测试手段。
二、技术参数
1、zui高炉温:1000℃,冷却曲线zui高温度1000℃
2、升温速度:zui高100℃/min(室温至1000℃),降温速率:在通液氧环境条件下:从1000℃降至100℃,平均30℃/S,(从700℃降至100℃,平均50℃/S);在常温冷却气体环境下:从1000℃降至100℃,平均20℃/S(与气体压力有关)
3、电源电压:220V±10﹪,50HZ
4、zui大功耗≤6KW ,加热方式:远红外加热方式
5、膨胀值测量范围及误差:0--5㎜±0.1%
6、膨胀值指示方式:数字显示
7、膨胀值测量分辨率:1um
三、仪器的组成及简单原理
仪器由传感器装置、电阻炉、小车、基座、电器控制箱五部份组成。电炉升温后炉膛内的试样发生膨胀,顶在试样端部的测试杆产生与之等量的膨胀量(如果不计系统的热变形量的话),这一膨胀量由电感位移传感器及仪表测量出来,并由仪表显示(也可直接由千分表指示出来)。为消除系统热变形量对测试结果的影响,在计算中需加上相应的补偿值才是试样的真实膨胀值。
1、位移传感装置中的测试杆一端顶着试样,一端连着位移传感器的铁芯。试样的另一端顶在固定的试样架档板上。因而试样在此端的自由度被限制了,所以试样的膨胀将引起位移传感器的铁芯相应的位移。测试杆在导支套中移动。
2、采用红外镀钛灯管反射的管式炉。为保证炉管密封材料不致烧损,水冷端盖中通有冷却水。
3、试样装在试样管中固定不动,进出炉膛靠移动炉膛来实现。这样避免了试样受到振动,炉膛装在小车上,小车在基座导轨上移动。
4、电气部分:电气控制原理见附图,电炉采用红外镀钛灯管反射炉。炉温测定采用相应热电偶及温控仪。
四、使用与操作
仪器出厂时,各部分已作好调整。使用时只需要按下列程序操作:
1、将基座安放水平,调整电炉的位置,使炉膛与试样管相对运动自如,要防止它们相互发生擦、碰现象。调整、移动电阻炉时一定要缓慢,以防损坏炉膛和试样管。调好后将止动螺钉紧固好,将电炉固定在小车上。再调整定位脚在导轨上的位置,使小车靠住定位脚时,电炉端面至导支套端面距离约为30㎜,然后固紧定位脚。这样就能保证测试时试样处于炉膛均温区之中。
2、导支套之间须注入适量的机油(用粘度尽量小的润滑油,以尽可能减少磨擦阻力)。注入测试杆端部两小孔,使测试杆具有良好的随动性。
3、当测试杆和试样接触后,膨胀值显示可能不指示“零”位,此时可调节微调旋钮,使仪表指示在“零”位。
4、检查各部分的连线,确认各仪表性能正常。
5、电控箱:
(1)按电气接线图接好电源、电炉和电偶等连接线。
(2)升温控制可仔细阅读配套AI708说明书,利用该控温仪可手动、自动升温,如要求速度较慢,可将输出功率限在30左右,可减少程序升温的超差,如速度跟踪不上,可适当增大输出功率。
(3)随着炉温的升高,将试样膨胀变形值,通过电感位移传感器将其变化数值在仪表上指示,或直接在千分表上指示。量程在出厂前已调好,用户一般不要调整。
(4)仪器使用完毕,将各开关拨至原位,以免下次开机时造成误动作而损坏仪器。
6、膨胀系数计算方法:
试样升温达到测试温度后,根据记录结果,按下式计算出试样加热至t℃时的线膨胀百分率和平均线膨胀系数:
△Lt-Kt
线膨胀百分率计算公式:δ=———————×100﹪
L
△Lt-Kt
平均线膨胀系数计算公式:α=——————
L(t-to)
两公式中:L为试样室温时的长度(㎜);
△Lt为试样加热至t℃时测得的线变量值(mm)(仪表示值), △Lt数值正负表示试样的膨胀与负膨胀(收缩);
Kt为测试系统t℃时补偿值(mm);
t为试样加热量温度(℃);
t0为试样加热前的室温(℃)。
仪器的补偿值Kt需要用户自己预先测定和计算。求补偿值Kt方法是:1000℃以下用石英标样;1000℃以上用高纯刚玉标样作试样,进行升温测试,仪表中数值包含了标样、试样管及测试杆的综合膨胀值。而补偿值Kt应只是试样管及测试杆在相应温度下的综合膨胀值,所以应将标样在相应温度下的膨胀值,从膨胀量中扣除后,剩下的膨胀量即为仪器在相应温度下的补偿Kt。而标样的膨胀系数为已知的话,则Kt可用下列公式求出。即已知α标、Lt标、L标、t、t0则:
Kt=△Lt标-α标×L标×(t-t0)
石英标样的膨胀系数取样平均值0.55×10-6/℃;刚玉标样的膨胀系数可在附录表中查到。
例如:求1400℃时仪器补偿值K1400,用刚玉标样作试样进行升温测试,升温前量得标样长度L标=50.1mm,室温t0=20℃升温至1400℃时,记录△L1400标=0.11㎜,在表一中查的1400℃时刚玉标样的平均线膨胀系数α标=8.623×10-6/℃将上述数值代入公式中
K1400=△L1400标-α标×L标(1400-20)
=0.11-8.623×10-6× 50.1×(1400-20)=-0.408(㎜)
五、调整与校正
1、膨胀值数字显示方式的调整与校正
①零点:膨胀值采用智能数字式仪表进行显示,应将AI501显示仪表按其说明调整好所需参数和量程。开启仪表电源,并接好各线,所显示不在“0”位,可通过调零旋钮使其回到零点。
②量程校正:
2、升温过程参数调整:
出厂时已对升温过程各参数进行调整,并已锁定。用户若要改变,可以参阅AI810P仪表调校方法说明书。智能仪表相当于一程序给定器,调节参数可任意进行,用户在使用中可以定期对参数进行标定。
六、试样规范及制备
1、试样尺寸
圆柱体Φ(6~10)×50(mm)方形体(6~10)×(6~10)×50(mm)
2、试样制备
①型壳材料试样:用模具压制蜡模,按型壳工艺涂挂试样, 脱蜡后在350~400℃烧烤保温一小时,去除残余模料,随炉冷却。试样如果需要进行焙烧,可免去烘烤。
②陶芯材料试样:用模具压制陶芯,按陶芯制工艺烧制试样(300℃保温2小时,500℃保温1小时,900℃保温1小时,zui后升温至1150℃保温2小时,然后随炉冷却。)
③用户可根据自己的工艺要求制作试样。
七、安装、保养
1、仪器应安装在稳定的基础上,周围无震动源,机械主机的工作台高度应低于800㎜。
2、仪器使用过程中,须用氩气瓶、冷却水,因而要考虑装置的摆放和连接。客户订购的测温在1000℃以下的仪器及仪器不需要氩气保护。
3、试验完毕后,应及时清洁仪器。
八、产品成套一览表
规格 | 名 称 | 规 格 | 单位 | 数量 | 备 注 |
主 机 | 机械主机 |
| 台 | 1 | 1000℃以上另配刚玉标样壹只.用户可按实际情况将橡皮管剪成六段 |
电 控 箱 |
| 台 | 1 | ||
附 件 | 石英标样 | Ф8×50 | 件 | 1 | |
技术文件 | 产品说明书 |
| 份 | 1 | |
控温表说明书 | AI708P | 份 | 1 | ||
产品合格证书 |
| 份 | 1 |
九、高纯刚玉标样线膨胀系数
温度(℃) | 线膨胀系数(1/℃) | 温度(℃) | 线膨胀系数(1/℃) |
室温20 | 9.12×10-6 | 900 | 6.546×10-6 |
100 | 9.18×10-6 | 1000 | 6.508×10-6 |
200 | 7.28×10-6 | 1100 | 7.28×10-6 |
300 | 7.92×10-6 | 1200 | 7.352×10-6 |
400 | 7.88×10-6 | 1300 | 7.537×10-6 |
500 | 7.042×10-6 | 1400 | 7.607×10-6 |
600 | 6.742×10-6 | 1500 | 7.828×10-6 |
700 | 6.72×10-6 | 1600 | 8.253×10-6 |
800 | 6.64×10-6 | 1700 | 8.325×10-6 |
附:
一、前期准备:
测试主机一台、随机配套测试软件一套、测试仪器一台
二、测试软件的安装:
1、将装有测试软件的安装光盘放入光驱中,打开光盘并双击运行.EXE程序文件。
2、在出现在安装窗口中,按照软件提示操作,依次完成软件的完装。
3、软件安装完成后,软件会自动在桌面创建其对应的快捷方式,同时用户也可以自行创建快捷方式图标到桌面。当要启动本测试软件时用户只须双击桌面图标即可启动,同时用户也可以通过在“开始”菜单中的程序中找到相应的应用程序名称启动程序。
三、测试软件主要功能
用户进入系统后,可以完成以下操作(界面如图1):
1、 系统补偿值测试。
2、 材料热膨胀系数测试,可测材料室温到1000度,不同温度下的膨胀系数,软化点(临界温度)。
3、 膨胀法测试材料连续冷却转变曲线
4、 仪表控温参数及升降温曲线设置.
5、 实验分析报告
图1
四、测试软件具体操作(以下各步均以仪器准备就绪为前提):
图2
1、系统补偿值测试(界面如图2):
此功能主要用于对仪器误差的校正,因为仪器在实验升温的过程中,试样架、位移顶杆本身在温度作用下也会产生一定的位移,造成实验过程中的位移误差,本软件该功能的实现就是用于解决此问题。
具体操作如下:
1) 启动测试软件,进入测试主界面,单击“系统标样补偿值标定实验”按钮,进入系统补偿值测试界面。
2) 在系统补偿值测试界面中,将标样的实际长度数据填入“试样长度”对应的文本框(标样为50MM),单击“开始实验”按钮,系统便开始进行系统补偿值测试。
3) 当测试界面中“试样温度”所对应文本框显示的温度为1000℃或1600℃时(具体温度得看量程、标样选择),此时用户便可以单击“试验结束”按钮,停止仪器工作,完成系统补偿值测试。
4) 此时用户可以通过单击“查看补偿值”按钮来查看仪器在每个温度点的补偿值。如果用户不打算做任何操作,则可以通过单击界面中的“返回”按钮,返回测试主界面,并单击“退出实验”退出测试软件。
仪器在出厂前已做过了补偿值测试,用户以后可根据实际情况来确定是否要进行补偿值测试。
图3
2、膨胀法测材料临界温度测定实验(界面如图3):
此功能为软件进行实验测试模块,用户可以通过运行本模块实现对样品热膨胀系数的测试。具体操作如下:
1) 启动测试软件,进入测试主界面,单击“材料临界温度测定实验(膨胀法)”按钮,进入材料临界温度测定实验界面。
2) 在材料临界温度测定实验界面中,将试样的实际长度数据填入“试样长度”对应的文本框,单击“实验开始”按钮,系统便开始进行材料临界温度测定实验。
3) 当测试软件显示当前温度达到试样实验终止温度,此时用户便可以单击“试验结束”按钮,此时仪器停止工作,测试主机与仪器通讯终止。
4) 此时用户可以通过单击“数据结果输出”按钮来查看打印试样的测试结果,或者单击“数据处理”按钮查看整个测试过程中试样位移与温度的变化曲线。用户在完成操作后,可以通过单击“退出实验”按钮,返回测试主界面(退出前单击“保存数据”保存测试结果)。
图4
3、膨胀法测试材料连续冷却转变曲线(界面如图4):
此功能为软件进行实验测试模块,用户可以通过运行本模块实现对样品转变温度的测试。具体操作如下:
1) 启动测试软件,进入测试主界面,单击“连续冷却转变曲线测定实验(膨胀法)”按钮,进入材料连续冷却转变曲线测定实验界面。
2) 在材料连续冷却转变曲线测试界面中,将试样的实际长度数据填入“试样长度”对应的文本框,单击“实验开始”按钮,系统便开始进行材料临界温度测定实验。
3) 当测试软件显示当前温度达到试样实验终止温度,此时用户便可以单击“试验结束”按钮,此时仪器停止工作,测试主机与仪器通讯终止。
4) 此时用户可以通过单击“数据结果输出”按钮来查看打印试样的测试结果,或者单击“数据曲线”按钮查看整个测试过程中试样位移与温度的变化曲线(其界面如图5所示)。
5) 用户也可以单击“数据查询”按钮查看整个实验过程中的详细数据,同时还可以单击“输出实验报告(CCT图)”按钮,以实现CCT图报告的输出(其界面如图6所示),用户在完成操作后,可以通过单击“退出实验”按钮,返回测试主界面(退出前单击“保存数据”保存测试结果)。