Studium reálných jakostí ocelí metodami DTA a TMA

Abstract

Tato bakalářská práce se zabývá studiem termofyzikálních vlastností dvou reálných jakostí oceli s rozdílným chemickým složením pomocí metod termické analýzy: DTA (Diferenční Termická Analýza) a TMA (Termo-Mechanická Analýza).

Teoretická část je zaměřena na obecný popis vlastností a chování železa a ocelí včetně fázových transformací dle metastabilního binárního diagramu Fe-Fe3C. Práce dále obsahuje charakteristiky vybraných metod termické analýzy s podrobnějším zaměřením na metody DTA a TMA. Popis veličin souvisejících s teplotní roztažností ocelí, včetně příslušných výpočtových vztahů, je rovněž uveden.

V experimentální části této práce jsou studovány teploty fázových transformací daných ocelí v nízkoteplotní oblasti (do 950 °C) a jejich souvislost s rozdílným obsahem některých legujících prvků. Konkrétně se jedná o počátek eutektoidní transformace (Ac1), ukončení transformace (Ac3) a Curieho bod (TC). Pro studium těchto teplot fázových transformací byly použity obě metody termické analýzy: DTA i TMA. Měření s využitím obou metod byla uskutečněna na přístroji Setaram SETSYS 18TM. Výsledky měření TMA byly také použity pro výpočet koeficientu teplotní délkové roztažnosti a závislosti hustoty na teplotě (až do 1400 °C).

Všechny uváděné vlastnosti ocelí byly studovány také teoreticky, byl proveden jejich výpočet v software Thermo-Calc, který pracuje na principu metody CALPHAD. Vypočítané teploty fázových transformací a další vlastnosti byly porovnány s experimentálními daty (DTA i TMA) a zjištěné rozdíly byly diskutovány. Stejně tak byly diskutovány výsledky s ohledem na rozdílné chemické složení studovaných ocelí.

The Bachelor thesis deals with thermal analysis of two real steel grades with different chemical composition using two different methods of thermal analysis: Differential Thermal Analysis (DTA) and Thermo-Mechanical Analysis (TMA).

The theoretical part is focused on general characteristics of iron and steel, including phase transformations according to metastable Fe-Fe3C diagram. It also includes description of some specific methods of thermal analysis with closer focus on DTA and TMA methods. Physical quantities associated with thermal expansion and possibilities of their calculation are also described.

In the experimental part of this thesis, the temperatures of phase transformations in the low-temperature area (up to 950°C) of real steel grades and their link with different content of some alloying elements are studied. Concretely it’s the start of eutectoid transformation (Ac1), end of transformation    (Ac3) and Curie point (TC). For study of temperatures of these phase transformations were used two methods of thermal analysis: DTA and TMA. Measurements, with the use of both methods, were realised using instrument Setaram SETSYS 18TM. Results of TMA measurements were also used for calculation of linear coefficient of thermal expansion and density depending on temperature (up to 1400 °C).

All mentioned steel properties were studied also theoretically and the calculations were realized using Thermo-Calc software which is based on CALPHAD principle. Calculated temperatures of phase transformations and other properties were compared with experimental data (DTA and TMA) and obtained differences were discussed. The results of each steel grade considering different chemical composition were also discussed.