Для определения температуры поверхности почвы пользуются ртутным Т. м. Деления его шкалы 0,5 °С; пределы измерения варьируются: нижний от -35 до -10 °С, верхний от 60 до 85 °С. Измерения температуры почвы на глубинах 5, 10, 15 и 20 смпроизводят ртутным коленчатым Т. м. (Савинова). Цена деления его шкалы 0,5 °С; пределы измерения от -10 до 50 °С. Вблизи резервуара термометр изогнут под углом 135°, а капилляр от резервуара до начала шкалы теплоизолирован, что уменьшает влияние на показания Т. слоя почвы, лежащего над его резервуаром. Измерения температуры почвы на глубинах до нескольких мосуществляются ртутными почвенно-глубинными Т. м., помещенными в специальных установках. Цена деления его шкалы 0,2 °С; пределы измерения варьируют: нижний -20, -10°С, а верхний 30, 40 °С. Менее распространены ртутно-талиевые психрометрические Т. м. с пределами от -50 до 35 °С и некоторые др.
Кроме Т. м., в метеорологии применяются ,термоэлектрические, транзисторные, биметаллические, радиационные и др. Термометры сопротивления широко используются в дистанционных и автоматических метеорологических станциях (металлические резисторы - медные или платиновые) и в (полупроводниковые резисторы); термоэлектрические применяются для измерения градиентов температуры; транзисторные термометры (термотранзисторы) - в агрометеорологии, для измерения температуры пахотного слоя почвы; биметаллические термометры (термопреобразователи) применяются в термографах для регистрации температуры, радиационные термометры - в наземных, самолётных и спутниковых установках для измерения температуры различных участков поверхности Земли и облачных образований.
Лит.:Стернзат М. С., Метеорологические приборы и наблюдения, Л., 1968.
М. С. Стернзат.
Рис. 1. Устройство максимального термометра.
Рис. 2. Устройство минимального термометра.
Термомеханическая обработка
Термомехани'ческая обрабо'ткаметаллов (ТМО), совокупность операций деформации, нагрева и охлаждения (в различной последовательности), в результате которой формирование окончательной структуры металла, а следовательно, и его свойств происходит в условиях повышенной плотности и оптимального распределения несовершенств строения, созданных пластической деформацией. Т. о., особенностью этого способа изменения свойств металлических сплавов является сочетание операций и .
Возможность применения ТМО определяется тем, что на процессы структурных превращений существ влияние оказывают присутствующие в реальных сплавах несовершенства строения ( ,дефекты упаковки, ) .С другой стороны, в результате некоторых структурных изменений образуются новые несовершенства, а также происходит перераспределение имеющихся несовершенств. Отсюда механизм и кинетика структурных изменений при ТМО зависят от характера и плотности несовершенств строения и, в свою очередь, влияют на их количество и распределение.
Для классификации технологических схем ТМО целесообразно выбрать в качестве классификационного признака последовательность проведения пластического деформирования и термической обработки ( рис. ).
Совмещение пластической деформации с фазовыми превращениями получило впервые практическую реализацию в начале 20 в. при осуществлении в процессе производства стальной проволоки. Использование по своеобразной технологической схеме комбинированного воздействия пластической деформации и термической обработки привело к получению таких высоких механических свойств, которые были недостижимы при всех др. способах упрочняющей обработки. В 30-е гг. 20 в. применялась другая схема ТМО при упрочнении бериллиевой бронзы: закалка, холодная деформация, старение; такая обработка также обеспечила существенное повышение механических свойств сплава.
Развитие ТМО и создание её основных положений оказались возможными лишь на базе теории дислокаций, в частности тех её разделов, в которых устанавливается связь между несовершенствами строения и процессами структурообразования при превращениях. Исторически первой опробованной схемой термомеханического упрочнения машиностроительной стали (1954, США) была низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО). Смысл переохлаждения в схеме НТМО заключается в том, чтобы вести деформацию ниже температуры его .Этим НТМО отличается от разработанной несколько позднее в СССР высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО), которая в дальнейшем получила большее распространение в связи с необходимостью повышения механических свойств массовых сортов стали, применяемых в современном машиностроении.
Температура проведения деформации при ВТМО лежит обычно выше верхней критической точки полиморфного превращения, поэтому неизбежны попытки проведения аналогии между ВТМО и термической обработкой с прокатного (или ковочного) нагрева. Принципиальное различие между этими видами обработки состоит в том, что при ВТМО создаются такие условия высокотемпературной пластической деформации и последующей закалки, при которых подавляется развитие рекристаллизационных процессов и создаётся особое структурное состояние, характеризующееся повышенной плотностью несовершенств и особым их распределением с образованием субструктуры полигонизации (см. металлов). Отсюда и экспериментально наблюдаемая развитая мозаичность строения стали после ВТМО, повышенная тонкая субмикроскопическая неоднородность строения и состава ,которая обеспечивает после ВТМО уникальное сочетание свойств, когда наряду с повышением прочности одновременно увеличиваются пластичность, вязкость и сопротивление хрупкому разрушению.
В таблице сопоставлены свойства типичной среднеуглеродистой машиностроительной легированной стали после ВТМО и НТМО. ТМО приводит к повышению усталостных характеристик; особенно велик прирост времени до разрушения в зоне ограниченной выносливости после ВТМО. В результате этой обработки повышается ударная выносливость стали, снижается порог хладноломкости и практически ликвидируется опасная склонность к хрупкости при отпуске (чего не наблюдается после НТМО). Развитие технологии ВТМО привело к созданию новой схемы - ВТМизО, в которой высокотемпературная деформация сочетается с изотермическим превращением. Изделия (в частности, рессоры), обработанные по этой схеме, характеризуются повышенными служебными характеристиками. В большем или меньшем объёме применяются все схемы термомеханического упрочнения, приведённые на рисунке. Выбор схемы проводится с учётом природы и назначения металлического сплава и конкретного изделия.
Механические свойства стали после ВТМО и НТМО
| Обработка | Образцы для испытаний | Предел прочности s в, кгс/мм 2 | Предел текучести s т, кгс/мм 2 | Относи-тельное удлинение d, % | Относи-тельное сжатие y,% | Ударная вязкость, a k, кгсЧм/см 2 |
| ВТМО + низкий отпуск | Плоские (нешлифованные) | 220-260 | 190-210 | 7-10 | 20-40 | 4-5 |
| НТМО + низкий отпуск | Круглые (шлифованные) | 240-280 | 200-230 | 5-7 | 15-30 | 3-4 |
Примечание: 1 кгс/мм 2= 10 Мн/м 2 .
Эффективность конкретного способа термомеханического упрочнения оценивается по комплексу механических свойств. В инженерном смысле под повышением прочности понимают повышение сопротивления деформации и сопротивления разрушению в различных напряжённых состояниях, в том числе и таком, которое может вызвать образование хрупкой трещины и преждевременное разрушение. Поэтому наряду с традиционными испытаниями на растяжение, удар, усталость современные высокопрочные, в том числе термомеханически упрочнённые, стали должны оцениваться по критериям механики разрушения, с определением энергоёмкости процесса развития трещины и других аналогичных параметров.
Понимание физической сущности упрочнения в результате ТМО оказалось возможным лишь после того, как стали проясняться основные закономерности структурных изменений при горячей деформации. Старое представление о том, что горячая деформация всегда сопровождается рекристаллизацией, оказалось неверным.
При ТМО проводится немедленное и резкое охлаждение после завершения горячей деформации, и конечная структура упрочнённой стали наследует тонкое строение горячедеформированного аустенита. В зависимости от условий деформирования, определяемых величиной напряжения, температурой и скоростью деформации, структура аустенита по окончании горячей деформации сильно различается. Она может отвечать: а) состоянию горячего наклёпа с неупорядоченным распределением дислокаций, когда при последующей закалке прочность повышается и одновременно снижается сопротивление хрупкому разрушению; б) формированию субструктуры в результате динамического возврата и особенно чёткого и устойчивого субзёренного строения в результате динамической полигонизации - закалка в этом случае приведёт к оптимальному сочетанию высоких значений прочности и сопротивления хрупкому разрушению; в) состоянию динамической рекристаллизации, когда в одних объёмах еще сохранена повышенная плотность дислокаций, а в других она резко понижена - закалка в этом случае может привести к получению комплекса повышенных механических свойств, однако значения их в связи с неоднородностью и нестабильностью тонкого строения будут неустойчивы. Следовательно, режимы горячей деформации металлических сплавов при осуществлении ТМО необходимо выбирать с таким расчётом, чтобы получить развитую и устойчивую субструктуру в результате динамической полигонизации. При последующей закалке благодаря сдвиговому характеру субструктура деформированного аустенита, сформированная на стадии динамической полигонизации, наследуется образующимся мартенситом. Если, например, осуществляется др. схема ТМО, а именно ВТМизО ( рис. ), то благодаря сдвиговому характеру превращения при образовании последний также наследует субструктуру горячедеформированного аустенита. Во всех случаях присутствие в конечных фазах (мартенсите и др.) этой устойчивой субструктуры определяет высокую дисперсность и мозаичность этих фаз, а также тонкое распределение примесей в них - это и приводит к повышению всех механических свойств, характеризуемому одновременным возрастанием сопротивления пластической деформации и сопротивления разрушению. Это наблюдается не только при «прямой» ТМО, но и при последующей после ТМО термической обработке. Открытое в СССР и широко используемое в отечественной и зарубежной практике явление «наследования» термомеханическое упрочнения базируется на том, что созданная при горячей деформации совершенная и устойчивая субструктура оказывается устойчивой при последующей перекристаллизации. В условиях повторной термической обработки после ТМО перекристаллизация протекает по сдвиговому механизму, что определяет сохранение субструктуры и, следовательно, комплекса высоких механических свойств, созданного при «прямой» ТМО. Развитие идей «наследования» термомеханического упрочнения позволило создать новую схему - предварительную термомеханическую обработку (ПТМО), нашедшую применение в СССР и США, а также объяснить высокий уровень свойств в результате патентирования, являющегося, по существу, разновидностью ТМО.
Применительно к дисперсионно-твердеющим сплавам ТМО в промышленности осуществляют по следующим технологическим схемам: а) нагрев до температуры закалки, деформация, немедленная закалка, старение (ВТМО); б) закалка, деформация, старение (НТМО). Первая схема сравнительно легко осуществима, но имеет недостаток - опасность сильного развития рекристаллизации в связи с высокой температурой деформации, проводимой при температуре закалки. Она широко используется в производстве прессованных изделий из многих алюминиевых сплавов, в которых небольшие добавки Mn, Сr и др. затрудняют рекристаллизацию. При осуществлении второй схемы могут возникать трудности, связанные с высоким сопротивлением деформации твёрдого раствора при комнатной температуре. Эта схема имеет ряд преимуществ: происходит старение с образованием весьма дисперсных фаз уже при холодной (или тёплой) деформации, создаётся более равномерное распределение выделений упрочняющих фаз, образующихся на дислокациях по всему объёму зёрен. Вторая схема ТМО успешно используется для повышения прочности стареющих медных и алюминиевых сплавов.
Лит.:Бернштейн М. Л., Термомеханическая обработка металлов и сплавов, т. 1-2, М., 1968.
М. Л. Бернштейн.
Классификация видов термомеханической обработки: ПТМО - предварительная термомеханическая обработка; ВТМО - высокотемпературная термомеханическая обработка; ВТМПО - высокотемпературная термомеханическая поверхностная обработка; ВТМизО - высокотемпературная термомеханическая изотермическая обработка; НТМО - низкотемпературная термомеханическая обработка; НТМизО - низкотемпературная термомеханическая изотермическая обработка; ВНТМО - высоко-низкотемпературная термомеханическая обработка; НВТМО - низко-высокотемпературная термомеханическая обработка; ДМО-1 - деформация мартенсита с последующим отпуском; ДМО-2 - деформация мартенсита после ВТМО с последующим отпуском; МТО - деформация немартенситных структур на площадке текучести, в том числе многократная ММТО; МТО-1 - механико-термическая обработка деформацией при комнатной температуре со старением; МТО-2 - механико-термическая обработка деформацией при повышенных температурах со старением; НВТМУ - наследственное высокотемпературное термомеханическое упрочнение; A 1и А 3- нижняя и верхняя критические точки; М н- температура начала мартенситного превращения. Термомеханическая обработка I и IV классов основана на явлении наследования упрочнения, сохраняющегося после соответствующей термической обработки.
Термомеханический эффект
Термомехани'ческий эффе'кт,эффект фонтанирования, появление в сверхтекучей жидкости разности давлений D р, обусловленной разностью температур D Т(см. ) .Т. э. проявляется в жидком сверхтекучем гелии в различии уровней жидкости в двух сосудах, сообщающихся через узкую щель или капилляр и находящихся при разных температурах ( рис. , а). Другой наглядный способ демонстрации Т. э. заключается в нагреве излучением трубки, плотно набитой мелким чёрным порошком и опущенной одним концом в сверхтекучий гелий. При освещении порошок быстро нагревается, и в силу термомеханической разности давлений жидкий гелий фонтаном выбрасывается из верхнего конца капилляра ( рис. , б) .Обратный эффект - охлаждение сверхтекучего гелия при продавливании через узкие щели или капилляры - называется .В рамках двухкомпонентной модели сверхтекучего гелия Т. э. можно объяснить как выравнивание концентрации сверхтекучей компоненты, свободно протекающей через щель в направлении нагретой части жидкости. В то же время поток нормальной компоненты в обратном направлении невозможен из-за проявления сил вязкости в узкой щели (см. ) .Термодинамика даёт для разности давлений в Т. э. соотношение D р/D Т= pS,где р - плотность, S - жидкого гелия.
Лит.:Кеезом В., Гелий, пер. с англ., М., 1949; Мендельсон К., Физика низких температур, пер. с англ., М., 1963.
И. П. Крылов.
Термомеханический эффект: а - уровень жидкости в сосуде с нагревателем Н выше, чем в сообщающемся с ним сосуде; б - фонтанирование гелия при освещении и нагреве порошка П, находящегося в сосуде со сверхтекучим гелием (В - гигроскопическая вата).
Термонастия
Термона'стия,движение органов растений, обусловленное изменением температуры в окружающей среде; см. .
Термопара
Термопа'ра, температуры, состоящий из двух соединённых между собой разнородных электропроводящих элементов (обычно металлических проводников, реже полупроводников). Действие Т. основано на эффекте Зеебека (см. ) .Если контакты (обычно - спаи) проводящих элементов, образующих Т. (их часто называют термоэлектродами), находятся при разных температурах, то в цепи Т. возникает эдс (термоэдс), величина которой однозначно определяется температурой «горячего» и «холодного» контактов и природой материалов, примененных в качестве термоэлектродов.
Т. используются в самых различных диапазонах температур. Так, Т. из золота, легированного железом (2-й термоэлектрод - медь или хромель), перекрывает диапазон 4-270 К, медь - константан 70-800 К, хромель - копель 220-900 К, хромель - алюмель 220-1400 К, платинородий - платина 250-1900 К, вольфрам - рений 300-2800 К. Эдс Т. из металлических проводников обычно лежит в пределах 5-60 мв.Точность определения температуры с их помощью составляет, как правило, несколько К, а у некоторых Т. достигает ~0,01 К. Эдс Т. из полупроводников может быть на порядок выше, но такие Т. отличаются существенной нестабильностью.
Т. применяют в устройствах для измерения температуры (см. ) и в различных автоматизированных системах управления и контроля. В сочетании с электроизмерительным прибором (милливольтметром, и т. п.) Т. образует термоэлектрический термометр. Измерительный прибор подключают либо к концам термоэлектродов ( рис. , а), либо в разрыв одного из них ( рис. , б) .При измерении температуры один из спаев осязательно термостатируется (обычно при 273 К). В зависимости от конструкции и назначения различают Т.: погруженные и поверхностные; с обыкновенной, взрывобезопасной, влагонепроницаемой или иной оболочкой (герметичной или негерметичной), а также без оболочки; обыкновенные, вибротряскоустойчивые и ударопрочные; стационарные и переносные и т. д. См. также .
Лит.:Сосновский А. Г., Столярова Н. И., Измерение температур, М., 1970.
Д. Н. Астров.
Схемы включения термопары в измерительную цепь: а - измерительный прибор 1 подключен соединительными проводами 2 к концам термоэлектродов 3 и 4; б - в разрыв термоэлектрода 4; T 1, Т 2- температура «горячего» и «холодного» контактов (спаев) термопары.
Термопластическая запись
Термопласти'ческая за'пись,запись оптического изображения или электрических сигналов, несущих информацию об изображении, на прозрачной или отражающей плёнке из ,причём на поверхности плёнки образуется микрорельеф со структурой, соответствующей записываемому изображению (сигналу). Эта система разработана в конце 50-х гг. 20 в. У. Э. Гленном (США) как один из способов консервации телевизионных программ.
В процессе записи термопластическую (ТП) плёнку сначала электрически заряжают так, чтобы в каждой её точке поверхностная плотность зарядов соответствовала яркости записываемого изображения ( рис. 1 , а). Затем ТП слой расплавляют (например, воздействуя на него инфракрасным излучением). Под действием электростатических сил между поверхностными зарядами и зарядами, возникающими (вследствие электростатической индукции) в электропроводящем слое плёнки, на ТП слое образуется рельеф ( рис. 1 , б), глубина которого в каждой точке определяется плотностью зарядов и, следовательно, яркостью изображения. После этого ТП слою дают застыть. Обычно глубина рельефа не превышает 1 мкм.
В зависимости от способа нанесения зарядов различают Т. з. обычную и фототермопластическую (ФТП). При обычной Т. з. рабочее распределение зарядов создают в вакуумной камере сфокусированным на плёнку сканирующим электронным лучом, развёртывающим изображение (см. ) .ФТП запись производят в воздушной атмосфере с применением ФТП плёнок, у которых либо сам ТП слой обладает свойством ,либо между ТП и проводящим слоями расположен слой фоточувствительного .Предварительно поверхность ФТП плёнки равномерно заряжают (используя ) ,подобно тому, как это делается в .Затем на неё фокусируют записываемое изображение. Благодаря фотопроводимости плёнки на ТП слое происходит перераспределение зарядов в соответствии с изображением.
Структуре зарядов на плёнке придают растровый характер (при ФТП записи это достигается, например, фокусировкой изображения на плёнку через сетку). Поэтому получаемый микрорельеф представляет собой совокупность параллельных канавок переменной глубины. При этом, в отличие от ,меняется не плёнки, а её светопреломляющая способность, так что микрорельеф является системой с фазовой (наподобие фазовой ) .
Воспроизведение записанного рельефного изображения осуществляется оптическими системами, действие которых основано на том, что при прохождении световой волны через плёнку переменной толщины (или отражении от неё) фаза волны претерпевает изменения (волна приобретает так называемый фазовый рельеф, повторяющий рельеф на плёнке). Специальными устройствами эти фазовые изменения преобразуются в амплитудные, то есть в изменения яркости черно-белого изображения, получаемого на экране. Оптическая система ( рис.2 ) устроена так, что если в неё введён участок плёнки без записи (плоскопараллельный участок, рис. 2 , а), то все световые лучи, пройдя конденсор и плёнку, попадают на непрозрачные заслонки, а к экрану не проходят. При наличии записи ( рис. 2 , б) свет рассеивается (дифрагирует) на неровностях плёнки, в результате чего частично проникает между заслонками на экран (через объектив), создавая на нём оптическое изображение рассеивающих центров микрорельефа. Возможно также создание систем для получения и цветных изображений.
Важным преимуществом Т. з. перед фотографической записью является то, что при Т. з. готовая для воспроизведения сигналограмма образуется практически в процессе записи (время нагрева составляет несколько десятков мсек,время образования микрорельефа ~ несколько мсек) .Кроме того, такую запись при необходимости можно стереть (расплавив ТП слой) и произвести новую запись. Исключительно высокая разрешающая способность ТП и ФТП плёнок, достигающая несколько тысяч линий на мм,при их, как правило, гораздо более высокой чувствительности по сравнению с фото и киноплёнками с такой же разрешающей способностью определяет целесообразность применения Т. з. (помимо телевидения) в таких областях, как , и др.
Лит.:Термопластическая запись. Сб. пер. ст., М., 1966; Гущо Ю. П., Фазовая рельефография, М., 1974.
Ю. А. Василевский.
Рис. 2. Схема воспроизведения изображения при черно-белой термопластической записи, иллюстрирующая прохождение световых лучей через неэкспонированный участок плёнки (а) и участок с рельефным изображением (б): 1 - щелевые источники света; 2 - конденсор; 3 - плёнка; 4 - непрозрачные заслонки; 5 - объектив; 6 - экран.
Рис. 1. Строение термопластической плёнки и структура её поверхности до (а) и после (б) образования микрорельефа: 1 - термопластический слой (толщиной 1-10 мкм); 2 - электропроводящий слой (10-100 нм); 3 - основа (10- 50 мкм); значками + и - показаны электрические заряды.
Термопластичные эластомеры
Термопласти'чные эластоме'ры,то же, что .
Термопласты
Термопла'сты,термопластичные полимеры, пластмассы, при переработке которых не происходит химические реакции