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企業(yè)動(dòng)態(tài)
一. 實(shí)驗目的
1. 了解材料線(xiàn)膨脹系數測定的意義、方法。
2. 了解WTD2智能型熱膨脹儀的原理、結構和操作步驟。
3. 學(xué)會(huì )初步掌握測試數據和曲線(xiàn)的分析方法。
二. 實(shí)驗原理
現代化大型工程,如高層建筑、鐵路、橋梁、航空航天器件等,都是由多
種復雜的材料構成,要經(jīng)過(guò)酷暑寒冬甚至太空中的急劇溫度變化,因此必須確切地掌握有關(guān)材料的熱膨脹系數以及其隨溫度變化的規律。
利用熱膨脹方法對材料進(jìn)行測定和研究稱(chēng)為“膨脹分析”。它不僅用于膨脹系數的測定,也是研究動(dòng)態(tài)相變過(guò)程的有效手段,例如鋼中過(guò)冷奧氏體的等溫轉變過(guò)程(TTT曲線(xiàn))和連續冷卻轉變過(guò)程(CCT曲線(xiàn))的測定,zui常用的方法就是膨脹分析。在金屬材料研究中,材料的結構轉變、再結晶、時(shí)效固溶和沉淀析出,往往都伴隨著(zhù)體積的變化,因此可以用膨脹分析法來(lái)研究。又如粉末冶金中材料燒結致密度的評定,非晶體材料的軟化溫度的測定等,也可以用這一方法。
1. 線(xiàn)膨脹系數
線(xiàn)膨脹系數是指與單位溫度變化對應的試樣單位長(cháng)度的線(xiàn)膨脹量,當溫度從T1變到T2時(shí),試樣的長(cháng)度相應地從L1變到L2, 則材料在該溫度區間的平均線(xiàn)膨脹系數α為:
線(xiàn)膨脹系數α單位為: mm·mm-1·℃-1
2. 體膨脹系數
體膨脹系數是指與單位溫度變化對應的試樣單位體積的體積膨脹量,當溫度從T1變到T2時(shí),試樣的體積相應地從V1變到V2, 則材料在該溫度區間的平均體膨脹系數β為:
由于體膨脹系數測定較為復雜,所以對于熱膨脹各向同性的材料,平均體膨脹系數β與平均線(xiàn)膨脹系數α之間有如下的關(guān)系:
β=3α〔1+α(T2-T1)〕
因為α(T2-T1)≤1,可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為
:
β≈3α
對于熱膨脹各向異性的材料,平均體膨脹系數β可近似用三個(gè)相互垂直的晶軸方向的線(xiàn)膨脹系數α1、α2、α3的和來(lái)表示之間,有如下的關(guān)系:
β≈α1+α2+α3
由于膨脹系數實(shí)際上并不是一個(gè)恒定的值,而是隨溫度變化的。所以上述膨脹系數都是再一定溫度范圍ΔT內的平均值,因此在使用時(shí)要注意它適用的溫度范圍。表1.1列出了一些常用材料的膨脹系數。
常用材料的膨脹系數 表1 .1
材料名稱(chēng) | 溫度T ℃ | 線(xiàn)膨脹系數α10-6 K -1 | 材料名稱(chēng) | 溫度T ℃ | 線(xiàn)膨脹系數α10-6 K -1 |
Al(99.97%) | 200~100 | 23.6 | Al2O3 | 0~1000 | 8.8 |
鍛Al 4032 | 200~100 | 19.4 | MgO | 0~1000 | 13.5 |
鑄Al A132 | 200~100 | 19.0 | ZrO2(穩定化) | 0~1000 | 10 |
鑄Al 220 | 200~100 | 25.0 | ZrO | 0~1000 | 4.2 |
37黃銅 | 20~300 | 20.3 | SiC | 0~1000 | 4.7 |
鋁青銅 | 20~300 | 16.8 | 石英玻璃 | 0~1000 | 0.5 |
鈹青銅 | 20~300 | 17.8 | 鈉鈣硅玻璃 | 0~1000 | 9.0 |
20#鋼 | 20~100 | 11.7 | 硬質(zhì)瓷 | 0~1000 | 6 |
40#鋼 | 20~100 | 11.3 | 粘土耐火材 | 0~1000 | 5.5 |