RU2707958C1 - Способ выявления теплового эффекта фазового превращения в металлах - Google Patents
Способ выявления теплового эффекта фазового превращения в металлах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2707958C1 RU2707958C1 RU2019109513A RU2019109513A RU2707958C1 RU 2707958 C1 RU2707958 C1 RU 2707958C1 RU 2019109513 A RU2019109513 A RU 2019109513A RU 2019109513 A RU2019109513 A RU 2019109513A RU 2707958 C1 RU2707958 C1 RU 2707958C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- sample
- cooling
- phase transition
- boiling
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K17/00—Measuring quantity of heat
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/02—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating changes of state or changes of phase; by investigating sintering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/02—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating changes of state or changes of phase; by investigating sintering
- G01N25/12—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating changes of state or changes of phase; by investigating sintering of critical point; of other phase change
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области исследования кинетики структурных и фазовых превращений в металлах. Заявлен способ выявления теплового эффекта фазового превращения в интервале низких температур до температуры кипения сжиженных газов. В способе выявления теплового эффекта фазового превращения в металлах, включающем выявление наличия фазового перехода второго рода в образце и ориентировочное значение температуры, при которой он происходит, согласно изобретению осуществляют понижение температуры однородного образца, путем охлаждения в сжиженном газе от произвольной начальной температуры до полного выравнивания температур образца и охлаждающей жидкости, при этом резкое кратковременное изменение интенсивности кипения сжиженного газа в процессе охлаждения образца используют в качестве индикатора произошедшего фазового перехода второго рода, а по моменту начала изменения интенсивности кипения ориентировочно определяет температуру фазового перехода. Технический результат изобретения заключается в упрощении процесса исследования и повышения точности измерений. 1 табл., 10 ил.
Description
Изобретение относится к области исследования кинетики структурных и фазовых превращений в металлах. Заявлен способ выявления теплового эффекта фазового превращения в интервале низких температур до температуры кипения сжиженных газов.
Известен способ определения теплоты полиморфных превращений в металлах и сплавах, заключающийся в скоростном адиабатическом нагреве испытуемых образцов с регистрацией их объема (Авт. св., СССР №670865, кл. G01N 25/02, 1979 г.). При этом для повышения точности определения теплоты фазовых превращений, измеряют изменение во времени температуры и объема образца, изменяют в момент начала образования новой фазы мощность энергоподвода, продолжают нагрев до завершения превращения, измеряют общее изменение объема образца при полиморфном превращении и по измеренным параметрам определяют теплоту превращения.
Недостатком известного способа является его относительная сложность и невысокая точность.
Известно явление выделения тепла при глубоком охлаждении (Сборник статей международной научно-практической конференции 1 марта 2018, стр. 71-76), в котором металлический стержень охлаждали в интервале низких температур до температуры кипения сжиженных газов.
Также известен способ определения фазового перехода и его теплоты в заданном интервале температур, заключающийся в калориметрическом измерении теплосодержания при изменении температуры (Авт. св., СССР №670866, кл. G01N 25/02, 1979 г. - прототип). При этом измеряют теплоту, идущую на повышение температуры для всего исследуемого интервала, затем повышают температуру образца на заранее известную долю от исследуемого интервала и измеряют соответствующую теплоту, а о наличии фазового перехода и его величине судят по соотношению, связывающему теплоту фазового перехода, теплоту, идущую на разогрев образца во всем интервале температур и, теплоту, идущую на повышение температуры на заранее известную долю от исследуемого интервала.
Недостатком известного способа является его относительная сложность и невысокая точность, обусловленные необходимостью измерения во время эксперимента нескольких параметров.
Все известные способы определения фазового перехода предназначены для интервала от комнатной температуры в сторону увеличения.
Техническим результатом является упрощение процесса исследования и повышение точности измерений.
Технический результат достигается тем, что в способе выявления теплового эффекта фазового превращения в металлах, включающем выявление наличия фазового перехода второго рода в образце и ориентировочное значение температуры, при которой он происходит, согласно изобретению осуществляют понижение температуры однородного образца, путем охлаждения в сжиженном газе от произвольной начальной температуры до полного выравнивания температур образца и охлаждающей жидкости, при этом резкое кратковременное изменение интенсивности кипения сжиженного газа в процессе охлаждения образца используют в качестве индикатора произошедшего фазового перехода второго рода, а по моменту начала изменения интенсивности кипения ориентировочно определяет температуру фазового перехода.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлены следующие процессы:; рис. 1 - завершение первого этапа охлаждения; на рис. 2 - процесс возникновения волны на правом конце; на рис. 3 - процесс перемещение правой волны; рис. 4 - процесс возникновение волны на левом конце; рис. 5 - движение волн кипения азота навстречу друг другу; рис. 6 - дальнейшее сближение волн кипения азота; рис. 7 - волны встретились; рис. 8 - прекращение кипения, рис. 9 - представлен график расхода азота, при использовании алюминиевого образца; рис. 10 - представлен график расхода азота, при использовании стального стержня.
Способ выявления теплового эффекта фазового превращения в металлах осуществляется следующим образом.
В способе предварительно осуществляют понижение температуры однородного образца, в качестве которого используют металлический стержнь, путем его охлаждения в сжиженном газе, например в сжиженном азоте от произвольной начальной температуры до полного выравнивания температур образца и охлаждающей жидкости. Резкое кратковременное изменение интенсивности кипения сжиженного газа в процессе охлаждения образца используют в качестве индикатора произошедшего фазового перехода второго рода, а по моменту начала изменения интенсивности кипения ориентировочно определяет температуру фазового перехода
Если при изменении температуры металла в процессе его охлаждения в сжиженном газе (например азоте) происходит фазовый переход второго рода, что приводит к резкому существенному изменению его теплофизических свойств (например резкому уменьшению теплоемкости), то происходит резкое существенное изменение интенсивности выделения тепла, что приводит к существенному изменению интенсивности кипения сжиженного газа. Указанный результат достигается тем, что при погружении тела нагретого до Т1 в жидкость с температурой, равной температуре кипения Тк тело будет охлаждаться до температуры Тк. Все извлеченное из тела тепло, равное cm(T1-Тк), будет затрачено на испарение части жидкости.
Пример конкретного осуществления способа выявления теплового эффекта фазового превращения в металлах.
Для подтверждения эффективности способа проводились опыты на базе научной лаборатории кафедры сопротивление материалов Кубанского агроуниверситета. Для опыта использовали для сжиженного газа несколько ванн, по количеству образцов. В проведенных опытах в качестве сжиженного газа был использован азот, предварительно нагретый до температуры кипения Тк=-193°С в который помещали металлический стержнь, например стержени из стали и алюминия при комнатной температуре +25°С и наблюдали процесс их охлаждения. Вначале наблюдается активное кипение азота по всей поверхности образца. Со временем, по мере охлаждения образца, интенсивность кипения уменьшается и практически сходит на нет. Затем, с одного конца стержня, или с двух сторон вновь начиналось бурное кипение азота. Причем интенсивность кипения выше, чем в начальный момент охлаждения. Волна кипения перемещалась по образцу, оставляя после прохождения полностью охлажденный до температуры кипения жидкого азота образец. Фотографии процесса образования, прохождения и затухания тепловой волны представлены на рисунках 1-8.
На рис. 1 алюминиевый образец спустя 229,8 секунды после начала охлаждения в жидком азоте. Кипение азота на его поверхности практически прекратилось. Остались только не оторвавшиеся, ранее образовавшиеся пузырьки. Завершение первого этапа охлаждения. На 230 секунде от начала охлаждения на правом конце образца началось бурное кипение азота (Рис. 2). Кипение усиливается и перемещается по стержню Рис. 3. Спустя две секунды (3 минуты 52 сек от начала охлаждения) началось кипение азота на левом конце (рис. 4). Волны кипения азота движется навстречу друг другу (рис. 5 и рис. 6). Волны встретились и кипение прекратилось. На концах стержня пузырьков азота практически нет, новые не появляются и оставшиеся не увеличиваются (рис. 7 и рис. 8).
Для объективной оценки интенсивности кипения (затрат жидкого азота в единицу времени) производился замер изменения веса системы (ванночка + образец + жидкий азот) в течение времени опыта. По полученным данным интенсивность испарения азота во время прохождения волны была выше, чем в начальный период охлаждения. Полученные данные сведены в таблицу 1.
Алюминиевый образец диаметром 32 мм, длина 270,75 мм
Время охлаждения до начала волны 229,8 сек, время существования волны 7,2 сек, полного охлаждения 237 сек.
Время прохождения волны составляет от полного времени охлаждения 3% Расход азота за 7.2 сек времени прохождения волны составил 38 граммов, а за первые 30 секунд охлаждения, когда температура образца была максимальной расход азота всего 8 граммов.
Стальной образец диаметром 30 мм, длина 240,21 мм
Время охлаждения до начала волны 120 сек, существования волны 48 сек, полного охлаждения 168 сек. Время существования волны составляет от полного времени охлаждения 28,6%
Расход азота за 48 сек времени прохождения волны составил 152 грамма, а за первые 50 секунд охлаждения, когда температура образца была максимальной расход азота всего 63 грамма.
После извлечения образцов и полного их нагрева в течение суток до исходной (комнатной) температуры выявлено появление остаточной продольной деформации (укорочения).
Появление остаточных деформаций однозначно указывает на развитие в процессе охлаждения образцов осевых нормальных напряжений выходящих за пределы упругости.
Таким образом, заявляемый способ выявления фазового превращения в металлах направлен на повышение простоты и удобства определения его наличия в интервале низких температур (до температуры жидких газов), включая возможность выявления теплового эффекта превращения в быстро протекающих фазовых переходах.
Claims (1)
- Способ выявления теплового эффекта фазового превращения в металлах, включающий выявление наличия фазового перехода второго рода в образце и ориентировочное значение температуры, при которой он происходит, отличающийся тем, что осуществляют понижение температуры однородного образца, который охлаждают в сжиженном газе от произвольной начальной температуры до полного выравнивания температур образца и охлаждающей жидкости, при этом резкое кратковременное изменение интенсивности кипения сжиженного газа в процессе охлаждения образца используют в качестве индикатора произошедшего фазового перехода второго рода, а по моменту начала изменения интенсивности кипения ориентировочно определяют температуру фазового перехода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019109513A RU2707958C1 (ru) | 2019-04-01 | 2019-04-01 | Способ выявления теплового эффекта фазового превращения в металлах |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019109513A RU2707958C1 (ru) | 2019-04-01 | 2019-04-01 | Способ выявления теплового эффекта фазового превращения в металлах |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2707958C1 true RU2707958C1 (ru) | 2019-12-02 |
Family
ID=68836573
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019109513A RU2707958C1 (ru) | 2019-04-01 | 2019-04-01 | Способ выявления теплового эффекта фазового превращения в металлах |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2707958C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2789633C1 (ru) * | 2022-03-18 | 2023-02-06 | Федеральное автономное учреждение "25 Государственный научно-исследовательский институт химмотологии Министерства обороны Российской Федерации" | Способ определения температуры начала кристаллизации жидких углеводородов и топлив для реактивных двигателей |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5947370A (en) * | 1995-11-22 | 1999-09-07 | Arthur D. Little, Inc. | Apparatus and method for real time boiling point detection and control |
RU2338183C2 (ru) * | 2006-07-31 | 2008-11-10 | Александр Григорьевич Рябухин | Способ изменения метастабильного состояния вещества |
EA026872B1 (ru) * | 2010-06-15 | 2017-05-31 | Байофилм Ип, Ллц | Способы, устройства и системы для получения тепловой энергии из теплопроводящего металлического трубопровода |
RU2655458C1 (ru) * | 2017-06-02 | 2018-05-28 | Антон Владимирович Шмаков | Способ определения удельного теплового эффекта фазового превращения |
-
2019
- 2019-04-01 RU RU2019109513A patent/RU2707958C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5947370A (en) * | 1995-11-22 | 1999-09-07 | Arthur D. Little, Inc. | Apparatus and method for real time boiling point detection and control |
RU2338183C2 (ru) * | 2006-07-31 | 2008-11-10 | Александр Григорьевич Рябухин | Способ изменения метастабильного состояния вещества |
EA026872B1 (ru) * | 2010-06-15 | 2017-05-31 | Байофилм Ип, Ллц | Способы, устройства и системы для получения тепловой энергии из теплопроводящего металлического трубопровода |
RU2655458C1 (ru) * | 2017-06-02 | 2018-05-28 | Антон Владимирович Шмаков | Способ определения удельного теплового эффекта фазового превращения |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2789633C1 (ru) * | 2022-03-18 | 2023-02-06 | Федеральное автономное учреждение "25 Государственный научно-исследовательский институт химмотологии Министерства обороны Российской Федерации" | Способ определения температуры начала кристаллизации жидких углеводородов и топлив для реактивных двигателей |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Vavilov | Thermal NDT: historical milestones, state-of-the-art and trends | |
Guo et al. | An energy method for rapid evaluation of high-cycle fatigue parameters based on intrinsic dissipation | |
Meneghetti et al. | The use of the specific heat loss to analyse the low-and high-cycle fatigue behaviour of plain and notched specimens made of a stainless steel | |
Morozov et al. | The pulsed eddy current response to applied loading of various aluminium alloys | |
Meneghetti et al. | A two-parameter, heat energy-based approach to analyse the mean stress influence on axial fatigue behaviour of plain steel specimens | |
Tabin et al. | Strain localization during discontinuous plastic flow at extremely low temperatures | |
RU2707958C1 (ru) | Способ выявления теплового эффекта фазового превращения в металлах | |
Yang et al. | Experimental procedure for energy dissipation estimation during high-cycle fatigue loading of metallic material | |
WANG et al. | Constitutive model for a new kind of metastable β titanium alloy during hot deformation | |
Zaretsky et al. | Shock wave determination of the strengthening of commercial aluminum alloy 6061 by point defects | |
Robinson et al. | Residual stress development and relief in high strength aluminium alloys using standard and retrogression thermal treatments | |
Peng et al. | Dynamic thermal tomography based on continuous wavelet transform for debonding detection of the high silicon oxygen phenolic resin cladding layer | |
Liscic | Critical heat-flux densities, quenching intensity and heat extraction dynamics during quenching in vaporizable liquids | |
Li et al. | Thickness measurement research using transmission step-heating thermography | |
Laux et al. | Ultrasonic evaluation of coconut water shear viscosity | |
Zhang et al. | Research on fatigue crack propagation behaviour of 4003 ferritic stainless steel based on infrared thermography | |
Matijevic et al. | Comparative Measurement and Evaluation of the Quenching Intensity of Palm Oil, Canola Oil and a Conventional Petroleum Oil Quenchant Based on Temperature Gradient Measurements | |
Milovanović et al. | Detecting defects in reinforced concrete using the method of infrared thermography | |
RU2655458C1 (ru) | Способ определения удельного теплового эффекта фазового превращения | |
Risitano et al. | Determination of the fatigue limit by semi static tests | |
Lyubimova et al. | Consideration of intrastructural stresses in the processes connected with the effect of structural nonuniformity on corrosion damages inflicted to heat-transfer tubes | |
Duan | Probability of detection analysis for infrared nondestructive testing and evaluation with applications including a comparison with ultrasonic testing | |
Chrostek | The influence of the heating and cooling rates on the temperature of the phase transitions | |
Jin et al. | Investigation of the Two-Phase Flow Interface Behavior during Quench based on Advanced Imaging Processing | |
Matijevic et al. | Using Thermal Gradient Measurements to Compare Bath Temperature and Agitation Effects on the Quenching Performance of Palm Oil, Canola Oil and a Conventional Petroleum Oil |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210402 |