一种金属材料热处理加工过程中的所对应物相变化的分析方法技术

本发明专利技术公开一种金属材料热处理加工过程中的所对应物相变化的分析方法。该方法根据待测金属材料的密度的变化，即可定量分析和判断待测金属材料物相变化情况。首先测量待测金属材料不同热处理状态下所对应的密度，然后以热处理温度为横坐标，待测金属材料的密度为纵坐标，建立待测金属材料的热处理温度与待测金属材料的密度的关系式，即工作曲线；通过所得的工作曲线图，根据待测金属材料的密度数值在工作曲线图中的位置，或通过比较不同的热处理状态下的密度，定量判断得出待测金属材料在某一热处理状态对应的物相情况。该分析方法具有试样制备简单，操作方便，实验数据精度高，重复性高，可靠性高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种金属材料热处理加工过程中的所对应物相变化的分析方法
本专利技术涉及一种金属材料热处理加工过程中的所对应物相变化的分析方法，这些金属材料包括钢铁材料，铝合金，镁合金，钛合金等，该分析方法适用于一切具有相转变的金属材料。
技术介绍
金属材料在加工过程中，将改变其物质结构状态，例如，一些钢铁及部分铝、镁合金材料可通过热处理来改变其相结构及相的组成，从而达到改变及提高材料性能的目的。金属材料的微观状态的改变，一般也将引起其尺寸及其他性能的变化，例如固体材料的一级相变，均伴随着其体积及尺寸的改变。因为此类变化一般很小，且测试及数据处理过程复杂，难以实用。例如，低碳钢淬火即发生马氏体相变时，其相对尺寸变化量仅为0.1%数量级。另外，此处理过程将经过高温（如900℃左右）加热并水淬，此过程测量的影响因素多，如果对同一材料处理前、后的尺寸测量，很难得出可信的数据结果。然而，如果测量质量与体积的比值——密度，则可测量得出可靠的微小变化的数据。目前，测量金属材料物相状态有数种方法，例如有传统的金相观察法，及现代的检测手段如X射线衍射、热膨胀法、示差热分析法等，间接方法有硬度测量等。但是一些传统的金相观察法费时费人力，如显微镜下难以得出物相的定量含量；现代测试方法虽然可以直观地确定物质的物相，但是对于一些中、小企业，难以配备现代大型测试仪器，而需要求助外援来分析，而且仪器操作复杂，费用高；热膨胀分析需在线测量费时、费用高；硬度测量的精度较低，测量偶然误差大、影响因素多，实验数据重复性低等。
技术实现思路
本专利技术的目的，是为了解决金属材料的相变分析过程中，所存在定量测量分析技术复杂、测试费用高等技术问题而提供一种金属材料热处理加工过程中的所对应物相变化的分析方法。该方法通过测试分析待测金属材料相变的密度变化，来定量表征金属材料的相变状况。本专利技术的技术原理金属材料的一些相转变（如一级相变）必伴随着体积的改变，即也必伴随着密度的变化。另一方面，由于密度是固体材料的一个基本的性能，其可由二次称重法（阿基米德法），用精密天平来实现测量。密度的测量受到仪器精度及仪器操作方法限制，以前的旧式天平测量，采用人工加载砝码，光标读取测量数据，操作费时费工，重复性差，误差大。因此，旧式天平难以有效的实现本专利技术的精确测量。以前对金属材料相转变的分析，未引起足够的重视，此前无人提出用该方法来测量和分析金属材料的相转变。另一方面，随着电子技术的发展，精密的电子天平一改旧式天平的繁琐的测量加载和测量结果的读取方法，测量方便，精度得到很大的提高。本申请是利用目前测量仪器的进步，将二次称重法应用于金属材料相变的这一高精度测试和定量的分析领域。一种金属材料热处理加工过程中的所对应物相变化的分析方法，具体包括如下步骤：（1）、首先建立待测金属材料的温度与密度关系先测量待测金属材料经不同的热处理状态下所对应的密度，然后以热处理温度为横坐标，待测金属材料的密度为纵坐标，建立待测金属材料的热处理温度与密度即物相变化的关系式，即工作曲线；所述的待测金属材料为钢铁、铝、镁、钛或铝、镁和钛合金等；所述的待测金属材料经不同的热处理状态，包括各种钢的退火、淬火和回火，以及钢及铝、镁合金的固溶、时效等状态；上述待测金属材料经不同的热处理状态所对应的密度的测量是通过使用二次称重法即阿基米德法测量而得，此测量法的具体操作步骤如下：首先，测量某一热处理状态下待测金属材料在空气中的质量，记作m1；然后，将某一热处理状态下的待测金属材料放置在装有液体的容器中，测量待测金属材料浸没在密度为ρ液的液体后的质量，记作m2；最后，按如下公式计算，得到上述的某一热处理状态下的待测金属材料的密度ρ物；；上述的经不同的热处理温度后待测金属材料的密度的测量方法，也适用于经不同的热处理温度后待测金属材料的比容的测量；（2）、通过步骤（1）中的工作曲线图，根据待测材料的密度数值在工作曲线图中的位置，或通过比较不同的热处理状态下的密度，定量判断得出待测金属材料在某一热处理状态下对应的物相状况。上述的一种金属材料热处理加工过程中的所对应物相变化的分析方法，也适用于金属的焊接，轧制或锻造等过程中的物相分析。本专利技术的有益效果本专利技术的一种金属材料热处理加工过程中的所对应物相变化的分析方法，将密度法应用于金属材料的相变的定量分析和研究，该方法具有精度高，对金属材料状态变化敏感，相对密度测量的精确度可达0.01%及更高。进一步，本专利技术的一种金属材料热处理加工过程中的所对应物相变化的分析方法，可直接反映待测金属材料的微观结构的变化，分析中所用仪器为天平，简单且通用，测量时仪器无需变温、真空等特殊环境；并且过程操作简单，对待测金属材料的制备要求不高，对待测金属材料无损，数据处理简单；分析过程速度快，耗能低，耗材少，即整个分析判断的过程不要求操作人员有很高的理论知识，减少了人力，物力，财力的消耗。附图说明图1、实施例1中待测金属材料的工作曲线。具体实施方式下面通过具体实施例并结合附图对本专利技术进一步阐述，但并不限制本专利技术。本专利技术实施例中质量测定所用的仪器为CP153型电子数字天平，感量为10-3g，对重量为10g物体相对测量精确度可达0.01%。实施例1一种金属材料热处理加工过程中的所对应物相变化的分析方法，具体包括如下步骤：（1）、首先建立待测金属材料的温度与密度关系先测量3个待测金属材料经不同的热处理状态下所对应的密度，然后以处理温度为横坐标，密度为纵坐标，建立待测金属材料的温度与密度的关系式，即工作曲线；待分析测试的材料是牌号为2XXX的铝合金，三个金属试样的尺寸约为20´20´10mm，重量大于10g。先经过固溶处理，本测量是其时效效果的测量。三个试样编号分别为G1，G2和G3；其中G1为100℃时效；G2为165℃时效，并指定其为待测试样；G3为300℃时效，时效时间均为5h。三个试样以二次称重法测量密度，得到的密度分别为ρG1=2.8395（g/cm3），ρG2=2.8347（g/cm3）和ρG3=2.8273（g/cm3），测量的相对误差为±0.0003（g/cm3）。由上述结果，G1和G3的相对密度差约为0.43%。由G1，G3可建立待测金属材料的工作曲线，具体如图1所示的斜线，线左端点为G1、右端点为G3点；（2）、由步骤（1）所得的工作曲线，根据待测材料G2的密度数值在图1中的位置（即图1中的中间的点），即可判断出待材料对应的物相（165℃时效状态）；以判断其是否是预期的相转变；由步骤（1）的密度测定结果知，G2在图中的位置基本处于预期的线上（密度的相对偏差仅为0.03%，在测量范围内）。由此表明：（1）此时效处理的密度变化可用线性变化来近似表达；（2）G2试样的处理工艺达到了预期的结果，其密度变化符合（线性）变化规律，偏差小、可忽略，即该工艺过程及实际处理结果达到了预期工艺要求；（3）该材料的密度的近似线性变化可由固溶体合金的Vegard定理给予理论说明，但在此不再赘述。此例表明了本专利技术的分析方法的准确性、可靠性。以上所述仅是本专利技术的实施方式的举例，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属材料热处理加工过程中的所对应物相变化的分析方法，其特征在于其分析过程具体包括如下步骤：（1）、首先建立待测金属材料的温度与密度关系：先测量待测金属材料经不同的热处理状态下所对应的密度；然后以热处理温度为横坐标，待测金属材料的密度为纵坐标，建立待测金属材料的热处理温度与待测金属材料的密度的关系式，即工作曲线；所述的待测金属材料为具有相转变的金属材料；所述的具有相转变的金属材料为钢、铝、镁、钛、钢合金、铝合金或镁合金；（2）、通过步骤（1）中的工作曲线图，根据待测金属材料的密度数值在工作曲线图中的位置，或通过比较不同的热处理状态下的密度，定量判断得出待测金属材料在某一热处理状态对应的物相情况。

【技术特征摘要】
1.一种金属材料热处理加工过程中的所对应物相变化的分析方法，其特征在于其分析过程具体包括如下步骤：（1）、首先建立待测金属材料的温度与密度关系：先测量待测金属材料经不同的热处理状态下所对应的密度；然后以热处理温度为横坐标，待测金属材料的密度为纵坐标，建立待测金属材料的热处理温度与待测金属材料的密度的关系式，即工作曲线；所述待测金属材料经不同的热处理状态所对应的密度的测量是通过使用阿基米德法测量而得，此测量法的具体操作步骤如下：首先，测量经某一热处理状态下的待测金属材料在空气中的质量，记录数据m1；然后，将经热处理后的待测金属材料放置在装有液体的容器中，测量待测金属材料浸没在密度...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘克家，薛银，陈琨，陈慧芬，王浩，付伟英，
申请(专利权)人：上海应用技术学院，
类型：发明
国别省市：上海;31