NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.6.Phƣơng pháp nghiên cứu chuyển biến và tỷ phần pha khi tôi đẳng nhiệt
đẳng nhiệt
a) Nguyên lý
Với kích thước mẫu đo: có Lo = 100 mm, đường kính = 10 mm
Khi thay đổi nhiệt độ nung, vật liệu thay đổi kích thước. Chiều dài L của vật liệu phụ thuộc vào nhiệt độ theo công thức:
L = Lo + .T (2.4)
Khi tôi đẳng nhiệt, nhiệt độ không đổi, T = 0 nên L = L – Lo = 0, nghĩa là, nếu có thay đổi kích thước của mẫu, thì sự thay đổi đó không phải do ảnh hưởng của nhiệt độ, mà do một nguyên nhân khác. Đó chính là sự chuyển biến pha.
Trong quá trình tôi đẳng nhiệt, các phản ứng xảy ra đều kèm theo sự biến đổi thể tích và chiều dài của vật liệu. Áp dụng nguyên lý này để xác định các điểm tới hạn và xác định cửa sổ của quá trình. Sự thay đổi về thể tích V và độ dài L của mẫu như sau:
Phản ứng giai đoạn 1: γ → ferit + γHC ; V và L đều tăng;
Giai đoạn hình thành vùng “cửa sổ quá trình”: phản ứng giai đoạn 1 đã kết thúc, tổ chức (ferit + γHC)ổn định, không có phản ứng nào xảy ra mà chỉ có sự xắp xếp lại và ổn định tổ chức. Giá trị V và L gần như không thay đổi; Phản ứng giai đoạn 2: γHC → ferit + cácbit-; V và L đều tăng;
Luận án đã thiết kế và chế tạo thiết bị đo giãn nở, thiết bị có thể nhận biết được sự thay đổi kích thước theo chiều dài của mẫu, mức chính xác đến 1μm (hình 2.12).
54
Hình 2.12. Bộ thiết bị đo giãn nở nhiệt trong quá trình tôi đẳng nhiệt a) Đồng hồ so điện tử; b) Dụng cụ đọc tín hiệu đo; c) Cáp nối; d) Đấu nối thiết bị vào
máy tính; e) Ống thạch anh nối giữa đồng hồ so với mẫu tôi đẳng nhiệt
Môi trường đẳng nhiệt là hỗn hợp 2 muối 50 %KNO3+ 50 %NaNO3. Tín hiệu giãn nở nhận được qua thiết bị xử lý và được phần mềm ghi lại theo mỗi nhịp thời gian 3 giây.
Hình 2.13. Độ giãn nở của gang theo thời gian
b) Xác định tỷ phần chuyển biến pha của phản ứng giai đoạn I theo công thức Johnson-Mehl-Avrami.
Chuyển biến giai đoạn I làm tăng thể tích và độ dài của mẫu, ban đầu mẫu có chiều dài Lo, sau một thời gian, do chuyển biến pha mà mẫu sẽ có chiều dài L. Quan hệ chiều dài mẫu và thời gian đẳng nhiệt như trên hình 2.13.
Trên đường cong giãn nở của gang mà thiết bị đo được (hình 2.13), chuyển biến giai đoạn I: γ → ferit + γHC kết thúc thì đồ thị bắt đầu đi ngang, tức là mẫu gần như không giãn. Lấy điểm bắt đầu đi ngang trên đồ thì là điểm bắt đầu vào vùng “cửa sổ của quá trình. Sau một khoảng thời gian trong vùng “cửa sổ” mẫu bắt đầu có sự giãn nở, và điểm bắt đầu quá trình giãn nở chính là lúc bắt đầu bước vào giai đoạn II được minh họa trên hình 2.13