Caractérisation thermique de l'acier inoxydable 1.4301 : Détermination de la capacité thermique spécifique

Introduction

La détermination de la Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique (_{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp}) de l'acier inoxydable 1.4301 est cruciale pour comprendre son comportement thermique dans des conditions de fonctionnement réelles. Ces données fondamentales sur les matériaux sont essentielles pour la conception et l'optimisation des processus thermiques dans l'industrie. Les domaines d'application typiques comprennent l'ingénierie des usines et des processus, ainsi que les industries alimentaires et chimiques, où l'acier inoxydable est souvent utilisé comme matériau structurel. La connaissance de la capacité précise de stockage de la chaleur est particulièrement importante dans les applications impliquant des charges de température cycliques ou transitoires. Cela permet d'effectuer des tests plus réalistes sur le site Thermal Simulations et d'améliorer la sécurité et l'efficacité opérationnelles des composants.

_DSC-cp, Détermination

La capacité calorifique spécifique (_{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp}) est généralement déterminée à l'aide d'un DSC par une méthode de mesure comparative avec un matériau de référence (par exemple, conformément à la norme DIN EN ISO 11357).

Tout d'abord, un étalonnage approprié est effectué sur le DSC (généralement un étalonnage de la température). Chaque détermination de la Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique d'un matériau comprend trois mesures : la ligne de base, un échantillon de référence en saphir et l'échantillon lui-même, et peut ensuite être calculée selon l'équation suivante :

Toutes les mesures sont effectuées à une vitesse de chauffage définie dans une atmosphère de gaz inerte afin de garantir des conditions cohérentes. La Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique (_{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp}) est déterminée dans une plage de température définie. Des lignes de base stables et une grande reproductibilité des conditions de mesure sont essentielles.

Pendant la mesure, la DSC enregistre le flux de chaleur en fonction de la température. Lors du calcul de la Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique, la quantité d'énergie thermique absorbée par l'échantillon par rapport au matériau standard est prise en compte. Les Transitions de phaseLe terme de transition de phase (ou changement de phase) est le plus souvent utilisé pour décrire les transitions entre les états solide, liquide et gazeux.transitions de phase ou les réactions au sein de l'échantillon peuvent affecter l'évaluation. Les Transitions de phaseLe terme de transition de phase (ou changement de phase) est le plus souvent utilisé pour décrire les transitions entre les états solide, liquide et gazeux.transitions de phase du second ordre, telles que les transitions vitreuses, doivent donc être prises en compte, tandis que les Transitions de phaseLe terme de transition de phase (ou changement de phase) est le plus souvent utilisé pour décrire les transitions entre les états solide, liquide et gazeux.transitions de phase du premier ordre, telles que les processus de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion, doivent être exclues.

Le résultat fournit la Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique apparente* de l'échantillon en fonction de la température, qui peut être utilisée pour la caractérisation des matériaux ou pour d'autres calculs thermophysiques. Les conditions de mesure exactes sont indiquées dans le tableau 1.

*La Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique apparente est un terme de thermodynamique utilisé pour décrire le comportement thermique des matériaux qui subissent des Transitions de phaseLe terme de transition de phase (ou changement de phase) est le plus souvent utilisé pour décrire les transitions entre les états solide, liquide et gazeux.transitions de phase (par exemple, Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion, évaporation) pendant le chauffage ou le refroidissement.

Tableau 1 : Paramètres de mesure DSC

Résultats et discussion

La figure 1 montre la courbe de mesure, illustrant la Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique apparente (_{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp}) de l'acier inoxydable 1.4301 en fonction de la température, dans une plage allant de la température ambiante à environ 1550°C. Au début et pendant le chauffage (jusqu'à environ 1200°C), le matériau présente, comme prévu, un comportement largement stable avec une légère augmentation des valeurs de _{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp}. Les valeurs mesurées ici vont d'environ 0,49 à 0,66 J/(g-K). Une nette augmentation de la courbe _{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp} peut être observée à partir d'environ 1400°C. La transformation commence à environ 1418°C, tandis qu'un effet EndothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est endothermique si la conversion nécessite de la chaleur.endothermique prononcé est observé à 1477,5°C. Ce pic net est typique d'une Transitions de phaseLe terme de transition de phase (ou changement de phase) est le plus souvent utilisé pour décrire les transitions entre les états solide, liquide et gazeux. transition de phase du premier ordre et indique le processus de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion du matériau. Dans la région de la réaction de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion, une énergie supplémentaire est nécessaire pour la transformation de l'état solide à l'état liquide (chaleur latente), ce qui se traduit par une forte augmentation de la valeur apparente de _{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp} et une structure de pic large. Dans la plage d'une transition de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion, _{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp} n'est pas défini de manière unique en raison de la chaleur latente associée à la Transitions de phaseLe terme de transition de phase (ou changement de phase) est le plus souvent utilisé pour décrire les transitions entre les états solide, liquide et gazeux. transition de phase.

L'intégration du pic donne une enthalpie de transformation d'environ 232 J/g, représentant la signature énergétique du processus de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion. Le point final de la transformation se situe à environ 1482°C, moment où le matériau est entièrement à l'état liquide.

Résumé

La détermination de la Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique fournit des informations thermophysiques complètes qui sont cruciales pour la caractérisation des matériaux et le développement des processus. L'un des principaux avantages de cette méthode est qu'elle capture l'intégralité du comportement thermique sur une plage de températures extrêmement large, y compris l'état solide, les Transitions de phaseLe terme de transition de phase (ou changement de phase) est le plus souvent utilisé pour décrire les transitions entre les états solide, liquide et gazeux.transitions de phase et la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion. Cela permet de créer des ensembles de données cohérents pour des paramètres tels que le _{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp}, l'enthalpie et l'enthalpie de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion, sans aucune lacune dans les données. En outre, la mesure jusqu'au Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope).point de fusion permet d'identifier et de quantifier sans ambiguïté les Transitions de phaseLe terme de transition de phase (ou changement de phase) est le plus souvent utilisé pour décrire les transitions entre les états solide, liquide et gazeux.transitions de phase, en particulier la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). température de fusion et la chaleur latente associée. Ceci est particulièrement important pour les alliages tels que l'acier inoxydable 1.4301. Ces données peuvent être intégrées directement dans le site Thermal Simulations (par exemple, moulage ou processus à haute température), ce qui permet une modélisation réaliste des processus de chauffage, de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion et de solidification.

Le DSC 500 Pegasus^® permet d'effectuer des mesures précises du cp dans une large gamme de températures. Grâce à la haute sensibilité du système et à la stabilité des conditions de mesure, les propriétés thermophysiques des matériaux peuvent être déterminées de manière fiable, même dans les applications exigeantes à haute température.