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熱膨脹實驗?zāi)康募皩嶒炘?/h1>
更新時間:2013-01-28點擊次數(shù):6510

一. 實驗?zāi)康?/span>

1. 了解材料線膨脹系數(shù)測定的意義、方法。

2. 了解WTD2智能型熱膨脹儀的原理、結(jié)構(gòu)和操作步驟。

3. 學會初步掌握測試數(shù)據(jù)和曲線的分析方法。

二. 實驗原理

現(xiàn)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(fù)雜的材料構(gòu)成,要經(jīng)過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(shù)以及其隨溫度變化的規(guī)律。

利用熱膨脹方法對材料進行測定和研究稱為“膨脹分析”。它不僅用于膨脹系數(shù)的測定,也是研究動態(tài)相變過程的有效手段,例如鋼中過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變過程(TTT曲線)和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過程(CCT曲線)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(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變、再結(jié)晶、時效固溶和沉淀析出,往往都伴隨著體積的變化,因此可以用膨脹分析法來研究。又如粉末冶金中材料燒結(jié)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. 線膨脹系數(shù)

   線膨脹系數(shù)是指與單位溫度變化對應(yīng)的試樣單位長度的線膨脹量,當溫度從T1變到T2,試樣的長度相應(yīng)地從L1變到L2, 則材料在該溫度區(qū)間的平均線膨脹系數(shù)α為:

  

線膨脹系數(shù)α單位為mm·mm-1·-1

2. 體膨脹系數(shù)

   體膨脹系數(shù)是指與單位溫度變化對應(yīng)的試樣單位體積的體積膨脹量,當溫度從T1變到T2,試樣的體積相應(yīng)地從V1變到V2, 則材料在該溫度區(qū)間的平均體膨脹系數(shù)β為:

   

由于體膨脹系數(shù)測定較為復(fù)雜,所以對于熱膨脹各向同性的材料,平均體膨脹系數(shù)β與平均線膨脹系數(shù)α之間有如下的關(guān)系:

   β=3α1+α(T2T1

因為α(T2T1)1,可以進一步簡化為

:

  β≈3α

對于熱膨脹各向異性的材料,平均體膨脹系數(shù)β可近似用三個相互垂直的晶軸方向的線膨脹系數(shù)α1、α2、α3的和來表示之間,有如下的關(guān)系:

   β≈α1+α2+α3

由于膨脹系數(shù)實際上并不是一個恒定的值,而是隨溫度變化的。所以上述膨脹系數(shù)都是再一定溫度范圍ΔT內(nèi)的平均值,因此在使用時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(shù)。

常用材料的膨脹系數(shù)                 表1 .1

材料名稱

溫度T

線膨脹系數(shù)α10-6 K -1

材料名稱

溫度T

線膨脹系數(shù)α10-6 K -1

Al99.97

200100

23.6

Al2O3

01000

8.8

Al  4032

200100

19.4

MgO

01000

13.5

Al  A132

200100

19.0

ZrO2穩(wěn)定化

01000

10

Al  220

200100

25.0

ZrO

01000

4.2

37黃銅

20300

20.3

SiC

01000

4.7

鋁青銅

20300

16.8

石英玻璃

01000

0.5

鈹青銅

20300

17.8

鈉鈣硅玻璃

01000

9.0

20#鋼

20100

11.7

硬質(zhì)瓷

01000

6

40#鋼

20100

11.3

粘土耐火材

01000

5.5

服務(wù)熱線
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