采用原位热电势测量技术表征碳钢热处理相变温度的方法技术

本发明专利技术涉及材料分析技术领域，具体涉及一种采用原位热电势测量技术表征碳钢热处理相变温度的方法，包括如下步骤：S1.在碳钢试样(1)两端分别焊接有铜导线，将碳钢试样(1)两端的铜导线与数字式直流电位差计(2)连接形成回路；在所述碳钢试样(1)两端分别连接有经过校准的热电偶(3)；S2.将碳钢试样(1)进行热处理，计算机实时获得温度差ΔT、温差热电势ΔV数据、炉温T数据；S3.实时计算出碳钢试样(1)相对参考电极铜导线的热电功率S，建立碳钢试样(1)的热电功率S随温度T变化曲线。该方法测试精度高，且对材料相组织结构的微小变化敏感，数据处理方便、快捷，受样品形状及尺寸的影响小。受样品形状及尺寸的影响小。受样品形状及尺寸的影响小。

【技术实现步骤摘要】
采用原位热电势测量技术表征碳钢热处理相变温度的方法


[0001]本专利技术涉及材料分析
，具体涉及一种采用原位热电势测量技术表征碳钢热处理相变温度的方法。

技术介绍

[0002]金属热处理通过控制金属的不同相变，获得不同的微观结构和相。不同的热处理工艺可得到材料的不同微观结构和性能。因此，钢铁等金属材料的性能，可通过热处理来控制其相变而获得改变。但是，材料的相变点温度并不是恒定的，不同的变温速度，直接影响着材料的相变点温度。因此，不同热处理工艺下的相变点温度的精确测量，是制备高性能材料的关键技术之一。
[0003]近年来有学者提出了新的热处理技术，即“精确控制热处理”，通过此特殊的热处理技术，可制备获得表面与芯部不同的梯度材料。例如在期刊“Super long
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range diffusion ofcarbon duringproeutectoid ferrite transformation[J].Journal ofCentral South University,2019,26(3).”、“亚共析钢的局部铁素体相变研究[D].东北大学,2019”以及专利CN2018116229555和CN2018116230016中公开了通过一种特殊的控制冷却热处理，在低碳钢(C≤0.15wt％)表面获得了表面铁素体层，其芯部仍为铁素体和珠光体(或贝氏体)的混合组织，即试样发生了表面(局部)铁素体相变。这种特殊的控制冷却热处理方法，通过精确控制热处理的降温速率，获得了不同于芯部的表面组织，使材料获得较好的强度和折弯性能结合并提高其耐腐蚀性能。因此，研究开发表征精控热处理相变的新技术、新方法有着广泛的应用前景。目前分析相变的主要研究手段有：传统的金相观察法；现代的检测手段如高温金相方法；X射线衍射法、热膨胀法以及示差热分析法等。传统的金相观察法需要在热处理结束后对金相组织进行观察，无法对相变过程进行在线、连续地表征；高温金相方法具有一定的局限性，仅适用于观测在转变过程中新相和母相之间有较大体积变化的组织。高温X射线衍射法通过对比分析不同温度下的衍射峰的变化从而分析材料的相变，但由于衍射峰强度与相的相对含量成正比，用高温X射线衍射方法测出的相变温度，与实际相比存在较大偏差。热膨胀法通过测量相变所伴随的体积效应来研究材料内部的相变过程，然而当所测相变无明显的体积效应，同时如果相变速率较小会影响测试的准确性。示差热分析法是根据材料相变过程释放的潜热来检测相变，对于潜热小和转变速率慢的相变过程不大适用，同时该方法还受到样品尺寸影响，用示差热分析法测出的相变温度，与实际温度会有差别。因此，对于精控热处理过程中相变的测定，尤其是不同变温速度下的相变点温度的确定，仍然缺乏一种既能实现在线原位精确定量、且不受到样品尺寸影响的相变检测表征方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有方法的局限，利用原位热电势测量技术在线采集不同相的热电功率随温度变化曲线来表征碳钢精控热处理过程中的相变。
[0005]本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种采用原位热电势测量技术表征碳钢热处理相变温度的方法，该方法解决相转变量小或相转变速率慢的条件下现有技术中的测量方法灵敏度不够而使得测定的相变点温度产生一定误差的缺陷，该方法测试精度较高，且对材料相组织结构的微小变化敏感，数据处理方便、快捷，受样品形状及尺寸的影响小。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的一种采用原位热电势测量技术表征碳钢热处理相变温度的方法，包括如下步骤：
[0007]S1.在碳钢试样两端分别焊接铜导线，将碳钢试样两端的铜导线与数字式直流电位差计连接形成回路；在所述碳钢试样两端分别设有经过校准的热电偶，所述热电偶分别与炉温测试仪连接；所述数字式直流电位差计、炉温测试仪均与计算机连接；
[0008]S2.将碳钢试样放置在带有温度传感器的管式炉内进行热处理，所述炉温测试仪实时采集碳钢试样两端的温度数据并将温度数据发送到计算机，计算机实时计算获得碳钢试样两端的温度差ΔT；所述数字式直流电位差计实时采集碳钢试样两端的温差热电势ΔV数据，并将温差热电势ΔV数据发送到计算机；温度传感器实时采集管式炉的温度T数据并将温度T数据发送到计算机；
[0009]S3.计算出碳钢试样相对参考电极铜导线的热电功率S，采用如下公式：S＝ΔV/ΔT；以温度T为横坐标，以热电功率S为纵坐标，建立碳钢试样的热电功率S随温度T变化曲线。
[0010]在得到热电功率S随温度T变化曲线后，就可以对曲线进行分析，由于热电功率S作为结构敏感的物理量，是表征金属材料内部组织结构变化的重要参数。在一定温度下，其组织结构的微小变化，如固溶体的分解，相结构的转变，碳化物的析出、溶解、晶粒度的变化，均能使热电功率发生明显的变化，因此，其曲线偏折处对应的温度T即为相变点温度。
[0011]采用上述方法后，具有如下有益效果：
[0012]1.本申请通过在线原位跟踪并测量碳钢热处理过程中不同相的热电功率的变化，来表征上述特殊热处理条件下的相变，本申请原位跟踪在于本申请是直接测量碳钢试样1两端的温度差ΔT和温差热电势ΔV，其测量位置直接是试样本身，精度高，由此对不同变温速度下的相变点温度进行精确定量的评价。
[0013]2.本申请将热电势测量技术应用于金属材料精控热处理过程中相变的分析和研究，该方法具有测量精度高，对金属材料组织结构变化敏感。
[0014]3.本申请以精控热处理过程中不同相的热电势信号为采集对象，此物理量对金属材料组织结构的微小变化敏感，且采集过程方便、快捷，对待测样品的制备要求不高，不受样品形状及尺寸的影响。
[0015]4.本申请提出通过测量金属材料的热电势变化可以获得其组织结构变化的信息，该方法测量精度高，重复性高，可以实现对相变过程的原位探测和连续监测。
附图说明
[0016]图1为采用原位热电势测量技术表征碳钢热处理相变温度的方法中的实验装置结构示意图。
[0017]图2为实施例1中冷速0.02℃/s下待测碳钢试样1的热电功率S随温度变化曲线。
[0018]图3为实施例1中冷速0.02℃/s下待测碳钢试样1截面金相组织。
[0019]图4为实施例2中冷速0.05℃/s下待测碳钢试样1的热电功率S随温度变化曲线。
[0020]其中：
[0021]1、碳钢试样；2、数字式直流电位差计；3、热电偶；4、炉温测试仪；5、计算机；6、管式炉。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和具体实施方式对专利技术作进一步详细地说明。
[0023]下文将使用本领域技术人员向本领域的其它技术人员传达他们工作的实质所通常使用的术语来描述本公开的专利技术概念。然而，这些专利技术概念可体现为许多不同的形式，因而不应视为限于本文中所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开内容更详尽和完整，并且向本领域的技术人员完整传达其包括的范围。也应注意这些实施例不相互排斥。来自一个实施例的组件、步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.采用原位热电势测量技术表征碳钢热处理相变温度的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.在碳钢试样(1)两端分别焊接铜导线，将碳钢试样(1)两端的铜导线与数字式直流电位差计(2)连接形成回路；在所述碳钢试样(1)两端分别设有经过校准的热电偶(3)，所述热电偶(3)分别与炉温测试仪(4)连接；所述数字式直流电位差计(2)、炉温测试仪(4)均与计算机(5)连接；S2.将碳钢试样(1)放置在带有温度传感器的管式炉(6)内进行热处理，所述炉温测试仪(4)实时采集碳钢试样(1)两端的温度数据并将温度数据发送到计算机(5)，计算机实时计算获得碳钢试样(1)两端的温度差ΔT；所述数字式直流电位差计(2)实时采集碳钢试样(1)两端的温差热电势ΔV数据，并将温差热电势ΔV数据发送到计算机(5)；温度传感器实时采集管式炉(6)的温度T数据并将温度T数据发送到计算机(5)；S3.计算出碳钢试样(1)相对参考电极铜导线的热电功率S，采用如下公式：S＝ΔV/ΔT；以温度T为横坐标，以热电功率S为纵坐标，建立碳钢试样(1)的热电功率S随温度T变化曲线。2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤S4.分析热电功率S随温度T变化曲线，其曲线偏折处对应的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈锟，周祎宁，刘克家，杨为江，王其惠，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：