Etalonnage calorimetrique d'un microanalyseur thermique differentiel entre — 180 et 950 ‡C. application a la determination experimentale de l'enthalpie des transformations structurales α′→γ et γ→α′ dans les alliages fer-nickel

Abstract

Thermal effects of theα′→γ structure transformation during heating and that ofγ→α′ during cooling (martensitic transformation) were determined in a series of high-purity iron-nickel alloys containing 20–31 per cent nickel with a differential thermal microanalyzer used as microcalorimeter.

The calorimetric calibration of the DTA apparatus was carried out in the range from −180‡ up to 950‡ on the basis of solid-solid or solid-liquid phase transformations of 18 mineral or organic compounds selected as standards.

The transformation enthalpies of the thermal effects were calculated from the correlation

$$[\Delta {\rm H}]_{T_s }^{T_f } = M/m[Q]_{T_s }^{T_f } $$

whereM: mole mass of the alloy;m: sample mass;$[Q]_{T_s }^{T_f }$: thermal effect measured between the initial and final temperatures of the transformation. While the nickel content increases from 20 up to 31 percent, the enthalpy of the martensitic transformationΔH _γ→α′ decreases from 820 to 310 cal ·mole⁻¹ for cooling, and the enthalpy of the reverse transformationΔH _α′→γ for heating decreases from 480 to 330 cal · mole⁻¹.

Résumé

Les effets thermiques liés aux transformations structuralesα′→γ au chauffage etγ→α′ au refroidissement (transformation martensitique) d'alliages fer-nickel de haute pureté ont été déterminés dans la gamme des compositions comprises entre 20 et 31 pour cent de] nickel, à l'aide d'un microanalyseur thermique différentiel utilisé comme microcalorimètre. L'étalonnage calorimétrique du dispositif ATD a été réalisé entre − 180 et 950‡ à l'aide des transitions de phase solide→ solide ou solide → liquide de 18 composés minéraux ou organiques sélectionnés comme étalons.

Les enthalpies des transformations se déduisent de la mesure des effets thermiques par la relation

$$[\Delta {\rm H}]_{T_s }^{T_f } = M/m \cdot [Q]_{T_s }^{T_f } $$

(M: masse molaire de l'alliage;m: masse de l'échantillon;$[Q]_{T_s }^{T_f }$ effet thermique mesuré entre les températures de début et de fin de transformation). Quand la teneur en nickel croÎt de 20 à 31 pour cent, les enthalpies de transformation martensitiqueΔH _γ→α′ au refroidissement décroissent de manière continue de 820 à 310 cal · mol⁻¹ et celles de la transformation inverseΔH _α′→γ au chauffage de 480 à 330 cal · mol⁻¹.

Zusammenfassung

Die mit den StrukturÄnderungenα′→γ bei dem Erhitzen undγ→α′ bei dem Abkühlen (Martensit-Umwandlung)hochreiner Eisen-Nickel-Legierungen verbundenen thermischen Effekte wurden im Bereich der Zusammensetzungen von 20 bis 31 % Nickel mit Hilfe eines Differential-Thermo-Mikroanalysators, der als Mikrokalorimeter verwendet wurde, bestimmt. Die kalorimetrische Eichung der DTA-Vorrichtung wurde zwischen − 180 und 950‡ durch fest-fest oder fest-flüssig PhasenübergÄnge von 18 anorganischen oder organischen Verbindungen, die als Etalon gewÄhlt wurden sind, durchgeführt.

Die Enthalpien der Umwandlungen werden aus den Messungen der thermischen Effekte durch die Gleichung

$$[\Delta {\rm H}]_{T_s }^{T_f } = M/m \cdot [Q]_{T_s }^{T_f } $$

abgeleitet. (M: molare Masse der Legierung;m: Masse der Probe,$[Q]_{T_s }^{T_f }$ der zwischen den Anfangs- und Endtemperaturen der Umwandlung gemessene thermische Effekt). Wenn der Nickelgehalt von 20 auf 31 % ansteigt, nehmen die Enthalpien der Martensit-UmwandlungΔH _γ→α′ bei dem Abkühlen kontinuierlich, von 820 bis 310 cal · Mol⁻¹ und die der umgekehrten UmwandlungΔH _α′→γ bei dem Erhitzen von 480 bis 330 cal · Mol⁻¹ ab.

РЕжУМЕ

В РьДУ ВысОкОЧИстых ж ЕлЕжО-НИкЕлЕВых сплА ВОВ, сОДЕРжАЩИх 20–31% НИкЕль, с пОМОЩьУ ДИФФЕРЕНцИ АльНОгО тЕРМИЧЕскОг О МИкРОАНАлИжАтОРА, Ис пОльжУЕМОгО В кАЧЕст ВЕ МИкРОкАлОРИМЕтРА, Бы лИ ОпРЕДЕлЕНы тЕРМИЧ ЕскИЕ ЁФФЕкты А′ → γ стРУктУ РНОгО пРЕВРАЩЕНИь пРИ НАгР ЕВАНИИ И ОБРАтНОгО пР ЕВРАЩЕНИь γ → α′ пРИ ОхлАжДЕНИИ (МА РтЕНсИтНОЕ пРЕВРАЩЕНИЕ). кАлОРИМ ЕтРИЧЕскАь кАлИБРОВ кА ДтА АппРАтУРы БылА пРОВЕ ДЕНА В ОБлАстИ тЕМпЕРАтУР О т-180‡ ДО 950‡ НА ОсНОВЕ тВЕР ДОЕ тЕлО-тВЕРДОЕ тЕлО ИлИ тВЕРДОЕ тЕлО-жИДкОсть ФАжОВы х пРЕВРАЩЕНИИ 18 МИНЕРА лОВ ИНИ ОРгАНИЧЕскИх сОЕДИН ЕНИИ, Вжьтых В кАЧЕстВЕ стАНДАРтОВ. ЁНтАльпИИ пРЕВРАЩЕН Иь ЁтИх

тЕРМИЧЕскИх ЁФФЕктО В БылИ ВыЧЕслЕНы НА ОсНОВЕ кОРРЕльцИО ННОгО сООтНОшЕНИь$[\Delta {\rm H}]_{T_s }^{T_f } = M/m[Q]_{T_s }^{T_f }$, гДЕM — МОльНАь МАссА сплАВА,m-МАссА ОБРАжц А,$[Q]_{T_s }^{T_f }$ — тЕРМИЧЕскИИ ЁФФ Ект, ИжМЕРЕННыИ МЕжДУ НАЧ АльНОИ И кОНЕЧНОИ тЕМпЕРАтУР ОИ пРЕВРАЩЕНИь. с УВЕл ИЧЕНИЕМ сОДЕРжАНИь НИкЕль От 20 ДО 31% ЁНтАльпИь МАРтЕНсИт НОгО пРЕВРАЩЕНИьΔH _γ→α′ п РИ ОхлАжДЕНИИ УМЕНьшАЕ тсь От 820 ДО 310 кАл. МОль⁻¹, А ЁНтАль пИь ОБРАтНОгО пРЕВРА ЩЕНИьΔH _α′→γ пРИ НАгРЕВАНИИ УМЕНьшАЕтсь От 480 ДО 330 кА л. МОль⁻¹.