Diffusività termica dei metalli in funzione della dimensione dei grani

Introduzione

Insieme alla Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica, λ, la Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica, a, è un importante parametro termofisico. A differenza della conducibilità termica, che descrive il trasferimento di calore stazionario, la Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica, α, è un parametro per il trasferimento di calore transitorio di un materiale. Per calcolare la conducibilità termica, oltre allaCapacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione. capacità termica specifica, _{Capacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione.cp}, e alla densità, ρ, è necessaria la Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica, a:

λ = _{α-Capacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione.cp-ρ}

LaCapacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione. capacità termica specifica dipende solo dalla composizione chimica. La densità è una funzione della struttura macroscopica di un materiale (ad esempio, i pori). La Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica dipende dalla macrostruttura, ma anche in parte dalla microstruttura di un campione.

Di seguito viene illustrata la Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica di un campione di rame in funzione della dimensione dei grani. Di norma, più smaller la dimensione dei grani (= più confini tra i grani), più bassa è la Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica. La struttura di un campione di rame, prodotto mediante fabbricazione additiva, è caratterizzata da molti small grani e quindi da molti confini di grano, a causa dei cicli di riscaldamento e raffreddamento relativamente brevi. Temperando il campione (1 h a 1000°C) si ottiene una struttura con grani significativamente larger e quindi meno confini di grano. La figura 1 mostra un confronto tra le microstrutture.

Condizioni di misura

La misura della Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica a temperatura ambiente dei due campioni di rame è stata effettuata con l'LFA 467 HyperFlash^®. I campioni LFA avevano un diametro di 12,7 mm e uno spessore di 3 mm. Prima della misurazione, i campioni sono stati leggermente rivestiti di grafite, ma non in modo opaco, per migliorare le proprietà di emissione e assorbimento dei campioni di rame.

Risultati della misurazione

I risultati sono riassunti nella tabella 1. Il campione temprato, con 116,88 mm²/s, presenta quasi il valore di letteratura del rame puro, pari a 117 mm²/s [1]. Il campione di rame direttamente dopo la produzione additiva, con una microstruttura smalla grana grossa, mostra una Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica significativamente inferiore, pari a 108,97 mm²/s.

Conclusione

LFA è un metodo di misura senza contatto che può risolvere in modo affidabile anche small differenze, come quelle causate da una variazione della microstruttura, senza l'influenza di disturbo delle resistenze di contatto.

Riconoscimento

Si ringrazia Infinite Flex GmbH per la produzione additiva e il rinvenimento dei campioni di rame e l'Università di Bayreuth, Dipartimento di Metalli, per aver fornito le micrografie.

Tabella 1: Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.Diffusività termica del rame puro con diverse strutture a temperatura ambiente