Analisi termica e dilatometrica sull'acciaio

Materie:	Appunti
Categoria:	Tecnologia Meccanica
Voto:	1.5 (2)
Download:	540
Data:	21.01.2002
Numero di pagine:	7
Formato di file:	.doc (Microsoft Word)

Oggetto e scopo dell’esercitazione
Analisi termica differenziale e analisi dilatometrica per l’individuazione dei punti critici di un acciaio “Ncm2”.
Schema grafico

SOPRA:
FORNO DTA

SOTTO:
DILATOMETRO
Teoria
ANALISI TERMICA DIFFERENZIALE: Una variazione della struttura o una variazione allotropica di una lega causano uno scambio di calore (che può essere assorbito o emesso).Le variazioni di calore nel tempo permettono di individuare i punti in cui avvengono trasformazioni allotropiche o strutturali.
ANALISI DILATOMETRICA: Un materiale compreso in uno scambio di calore crea una deformazione che può essere di allungamento o di compressione. Tramite queste variazioni si possono riconoscere (sul grafico temperatura/allungamenti) i punti critici del materiale in esame.
PUNTI CRITICI DEGLI ACCIAI: indicano le temperature alle quali avvengono trasformazioni dovute al cambiamento della struttura. Questi punti sono rilevabili grazie ad alcune curve del diagramma Fe-C
Ac1: temperatura alla quale, durante il riscaldamento, la perlite si trasforma in austenite eutettoidica.
Ac3 temperatura alla quale, durante il riscaldamento, la struttura degli acciai ipoeutettoidi termina la trasformazione in austenite.
Ar1: temperatura alla quale, durante il raffreddamento, l’asustenite eutettoidica si trasforma in perlite.
Ar3: temperatura alla quale, durante il raffreddamento, l’austenite degli acciai ipoeutettoidi inizia ad emettere cristalli di ferrite.
Macchine e strumenti e apparecchi utilizzati
1) Forno Linseis L62 per l’analisi termica differenziale (DTA)
2) Dilatometro Linseis L76/11
3) Trasformatore
4) Computer munito di software e stampante
5) Calibro
Dati tecnici sulle macchine utilizzate
Nome
Temperatura massima
Diametro provino
Tensione disponibile
Sensibilità
DTA
Analisi Termica Differenziale
1550 °C
5mm
220 V
1/1000 mm
Entrambe le macchine sono munite di raffreddamento
Nella DTA le termocoppie hanno il compito di inviare i dati ad una CPU. Per agevolare L'alzata della campana del forno l'apparecchio è dotato di due maniglie. Ci sono 2 tipi di regolazioni da effettuare tramite delle manopole, quella del riscaldamento uniforme e quella del campo di misura.
Il dilatometro èformato da un supporto per il provino che può essere in cristallo o in allumina
Materiali utilizzati
1) Provino cilindrico forato per la prova per l’analisi termica differenziale (in NCM2)
2) Provino cilindrico per il dilatometro non unificato (in NCM2) (questo provino è più lungo di quello per la DTA)
Descrizione materiale:
Il metallo sul quale sono stati rilevati i punti critici è un NiCrMo3. Il suo nome commerciale è NCM2, fa parte degli acciai del secondo gruppo e quindi è trattabile termicamente. e contiene il 0.39% di Carbonio ed il 0.75 % di Nichel e quantità di Cromo e Molibdeno sono inferiori alle quantità da enunciare (secondo i dati denunciati dalla SIAU).

Formule ed esempi di calcolo
In questa esperienza non sono presenti formule di calcolo. Tutti i dati sono stati forniti dalle macchine per le prove.
Descrizione e condotta dell’esercitazione
Ci sono varie tecniche di analisi termica, in questa esperienza si è usata quella termica differenziale e quella dilatometrica.
Esistono 3 tipi di dilatazione:
lineare(deve avvenire solo in una direzione) ,di superficie (avviene in 2 direzioni) e volumetrica (avviene in 3 direzioni). Le prove effettuate prendono in esame la dilatazione lineare.
L'espansione termica lineare e l'intervallo di fusione sono le proprietà termiche più importanti delle leghe.Tali proprietà vengono determinate, mediante Analisi dilatometrica e Analisi Termica Differenziale (DTA). Il coefficiente di espansione termica lineare, misurato con un dilatometro, è la misura standard dell'espansione in funzione della temperatura. Lo strumento registra, con un sistema computerizzato, la variazione di lunghezza di un campione in funzione dell'aumento di temperatura, producendo una curva tipica per ciascun materiale. L'intervallo di fusione viene misurato mediante Analisi Termica Differenziale. Lo strumento consente, durante un ciclo di riscaldamento imposto dall’operatore, di confrontare la temperatura del campione di lega con quella di un campione inerte di riferimento. Quando avviene una transizione di fase, come durante la fusione, si registra una differenza tra la temperatura del campione e quella del riferimento inerte: questa differenza si traduce in un picco. L'analisi del picco permette la definizione dell'intervallo di fusione (mentre l'area del picco consente di calcolare il calore di fusione).
DTA (analisi termica differenziale): Il campione in esame viene inserito in una termocoppia in un supporto in allumina mentre il campione di riferimento (in allumina) viene inserito nell’altra termocoppia. A questo punto viene abbassata la campana di riscaldamento tramite due colonne di scorrimento.
Non c’è un vero azzeramento della macchina. Viene utilizzato un cilindro di riferimento del quale vengono assicurati con certezza, la temperatura massima fino alla quale il materiale non varia le sue proprietà, quindi la capacità del materiale a non deformarsi a causa del surriscaldamento. I dati vengono inseriti tramite un appostito software nel PC che è collegato ad ambedue le macchine. Le rivelazioni dei punti critici di un materiale si possono effettuare analizzando le diverse temperature che le provette raggiungono ad intervalli di tempo stabiliti. Inizialmente dopo aver recuperato i dati di riferimento viene scelta la macchina con cui effettuare la prova e viene scelta la tensione da utilizzare.
A questo punto la macchina viene fatta partire, il forno raggiunge le temperature predefinite. Al termine della prova la Leinsein fornisce un grafico tensione-temperatura.
L 76 analisi dilatometrica: Un provino di 25mm (circa) viene inserito nell’ apposita sede dopo averlo misurato. Viene posizionato il sensore per la temperatura. Il pistone che trasferisce i dati relativi all’allungamento del provino viene portato a contatto con il provino. A questo punto si porta la linea dello zero nella posizione ideale tramite delle rondelle di posizionamento, ed in fine si chiude il forno elettrico. La lunghezza iniziale del pezzo viene considerata come punto zero rispetto al suo allungamento. I dati vengono inseriti nello stesso modo della prova precedente (DTA). Ora si può dare inizio alla prova, il movimento del pistone viene monitorato dal sistema che fornisce le misure della dilatazione del provino. Al termine della prova i dativengono elaborati da una CPU e la Linseins fornisce un grafico temperatura – e dilatazione (Δl)
Distinta dei risultati
Tabella dei dati rilevati al riscaldamento
Trasformazioni
Temperature C°
Allungamenti μm
Tensioni μV
D.T.A.
Ac1
730.5
\
113.8
D.T.A.
Ac3
786.9
\
124.8
Dilatometro
Ac1
731.7
120.4
\
Dilatometro
Ac3
780.9
56.6
\
Tabella dei dati rilevati al raffreddamento.
Trasformazioni
Temperature C°
Allungamenti μm
Tensioni μV
D.T.A.
Ar3
716.5
\
20.9
D.T.A.
Ar1
642.8
\
19.4
Dilatometro
Ar3
711.5
42.3
\
Dilatometro
Ar1
643.9
83.5
\
Osservazioni
Analizzando valori dei punti critici fornitici dopo la prova si può osservare essi si avvicinano a quelli teorici. Si può supporre che la differenza fra i dati reali rilevati dopo la prova e quelli teorici siano dovute alla presenza di Nichel Cromo e Molibdeno all’interno della lega. Questi elementi hanno spostato i punti critici. Sul grafico si possono riconoscere i punti critici osservando le brusche variazioni provocate dalle linee che hanno una certa continuità. Non sempre avverrà una dilatazione, ma il materiale si può contrarre.
Ad esempio, nel passaggio dal punto critico Ac1 ad Ac3 presente il cambiamento della struttura passerà da c.c.c a c.f.c. In questa fase il provino ha subìto una piccola contrazione che ne varia il volume. Questo perché nella nuova struttura gli atomi sono più vicini fra loro.
Un dato molto importante è quello della velocità di riscaldamento \ raffreddamento, esse non sono lente e per questo è avvenuto uno spostamento delle curve che indicano i punti critici nel diagramma teorico Fe-C. Il diagramma Fe-C o meglio Fe3-C tratta leghe binarie mentre il provino da noi analizzato è una lega che contiene 5 elementi: ferro carbonio nichel cromo molibdeno.
Elenco eventuali allegati
Allegato 1 : documentazione fotografica
Allegato 2 : Flow Chart
Allegato 3 : grafico temperatura-tensioni
Allegato 4 : grafico temperature-Δl
Allegato 5 : sovrapposizione grafici
Il titolare del laboratorio
……………….…………………………
Allegato: 2
Flow Chart
Attività
Descrizione
Mezzi utilizzati
INIZIO dell’esperienza
Controllo dei materiali e macchine per la prova dilatometrica e della prova di analisi termica differenziale.
Se dovesse essere tutto a posto si passa al prossimo passaggio altrimenti si ripete il precedente.
A questo punto viene inserito il provino nella macchina (prendendo le sue misure)
Vengono inseriti tutti i dati riferiti all’acciaio e alle temperature che deve raggiungere in un tempo da noi previsto.
Se i dati non dovessero essere inseriti correttamente si ripete il passaggio precedente altrimenti si passa al successivo.
A questo punto si sceglie il tipo di macchina da utilizzare e si effettua la taratura.
inizio prova
Fine prova
I dati fortiniti dalla macchina vengono prelevati e analizzati
FINE
/
/
/
Calibro
computer
/
Pannello di controllo
Forno
/
Stampante
/
Allegato: 1
Documentazione fotografica
Foto
Descrizione
Dilatometro Linseis L76/11 per la prova dilatometrica
Forno Linseis L62 per l’analisi termica differenziale (DTA)
Pannello di controllo per la scelta di che macchina utilizzare e di conseguenza di che prova fare.
Posizionamento del provino per la prova dilatometrica. E’ possibile vedere il pistone a contatto del provino.
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