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
【技术领域】
[0001] 本发明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。
【背景技术】
[0002] 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°C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 体积的比值一一密度，则可测量得出可靠的微小变化的数据。
[0003] 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。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的，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。
[0005] 本发明的技术原理 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发明的精确测量。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。
[0006] 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。
[0007] -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?1; 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P#的液体后的质量，记作?^ 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;
【主权项】
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。
2. 如权利要求1所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，其特征在于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，测量某一热处理状态下待测金属材料在空气中的质量，记作?1; 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P#的液体后的质量，记作?^ 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;
3. 如权利要求2所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，其特征在于测量待测金属材料质量所用的仪器为精密天平，所述精密天平的感量为 l(T3g及更高，对重量为l〇g物体相对测量精确度达〇. 01%。
【专利摘要】本发明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。
【IPC分类】G01N9-36
【公开号】CN104614283
【申请号】CN201510005843
【发明人】刘克家, 薛银, 陈琨, 陈慧芬, 王浩, 付伟英
【申请人】上海应用技术学院
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月5日