金属材料热膨胀系数的测定

《金属材料热膨胀系数的测定》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第二节第二节金属材料物理性能实验金属材料物理性能实验实验实验33金属材料热膨胀系数的测定金属材料热膨胀系数的测定中南大学材料科学与工程学院中南大学材料科学与工程学院伍伍汰汰沙沙一、实验目的一、实验目的11．．了解测定材料热膨胀曲线对生产了解测定材料热膨胀曲线对生产的指导意义。的指导意义。22．掌握示差法测定热膨胀系数的原．掌握示差法测定热膨胀系数的原理和方法。理和方法。二、实验原理概述二、实验原理概述••对于一般的金属材料，通常所说膨胀系数是指线对于一般的金属材料，通常所说膨胀系数是指线膨胀系数，其意义是温度升高膨胀系数，其意义是温度升高11℃℃时单位长度上

2、所时单位长度上所增加的长度，单位为增加的长度，单位为cmcm••cmcm--11••℃℃--11（即℃（即℃--11）。）。••假设物体原来的长度为假设物体原来的长度为L0L0，温度升高后长度的增，温度升高后长度的增加量为加量为ΔΔLL，则，则ΔΔL/L0=L/L0=αα11ΔΔTT2323--11式中式中αα11————线膨胀系数，也就是温度每升高线膨胀系数，也就是温度每升高11℃℃时，物体的相对伸长。时，物体的相对伸长。二、实验原理概述二、实验原理概述••当物体的温度从当物体的温度从T1T1上升到上升到T2T2时，其体积也时，其体积也从从V1V1变化为变

3、化为V2V2，则该物体在，则该物体在T1T1～～T2T2的温度的温度范围内，温度每上升一个单位，单位体积范围内，温度每上升一个单位，单位体积物体的平均增长量为物体的平均增长量为ββ=(V1=(V1--V2)/V1(T1V2)/V1(T1--T2)T2)2323--22式中式中--ββ————平均体膨胀系数。平均体膨胀系数。二、实验原理概述二、实验原理概述从测试技术来说，测体膨胀系数较为复杂。因此，在讨论材料的热膨胀系数时，常常采用线膨胀系数α=(L1-L2)/L1(T1-T2)23-3式中α——材料的平均线膨胀系数；L1——在温度为T1时试样的长度；L2——

4、在温度为T2时试样的长度。α与β的关系是：β=3α+3α2•ΔT2+α3•ΔT3上式中的第二项和第三项非常小，在实际中一般略去不计，而取β≈3α23-4二、实验原理概述二、实验原理概述膨胀系数实际上并不是一个恒定的值，而是随温度变化的，所以上述膨胀系数都是具有在一定温度范围ΔT内的平均值的概念，因此使用时要注意它适用的温度范围，一些典型钢铁材料的膨胀系数见表23-1。示差法是基于采用热稳定性较好的材料如石英玻璃（棒和管）在较高温度下，其线膨胀系数随温度而改变的性质很小，当温度升高时，石英玻璃与其中的待测试样与石英玻璃棒都会发生膨胀，但是待测试样的膨胀比石英玻

5、璃管上同样长度部分的膨胀要大。因而使得与待测试样相接触的石英玻璃棒发生移动，这个移动是石英玻璃管、石英玻璃棒和待测试样三者的同时伸长和部分抵消后在千分表上所显示的ΔL值，它包括试样与石英玻璃管和石英玻璃棒的热膨胀之差值，测定出这个系统的伸长之差值及加热前后温度的差数，并根据已知石英玻璃的膨胀系数，便可算出待测试样的热膨胀系数。二、实验原理概述二、实验原理概述表23-1常见钢铁材料线膨胀系数材料温度范围℃20～10020～20020～30020～40020～60020～700碳钢10.6～12.211.3～1312.0～13.512.9～13.913.5～14

6、.314.7～15高速钢——-----10.4～12.6-----------------铬钢11.211.812.41313.6------3Cr1310.211.111.611.912.312.81Cr18Ni9Ti16.61717.217.517.918.6铸铁8.7～11.18.5～11.610.1～12.211.5～12.711.5～12.712.9～13.2二、实验原理概述二、实验原理概述••图图2323--11是石英膨胀仪的工作原理示意图，是石英膨胀仪的工作原理示意图，••由图中可见，膨胀仪上千分表的读数为由图中可见，膨胀仪上千分表的读数为••

7、ΔΔL=L=ΔΔL1L1－－ΔΔL2L2••ΔΔL1=L1=ΔΔL+L+ΔΔL2L2••根据定义，待测试的线膨胀系数为：根据定义，待测试的线膨胀系数为：••αα=(=(ΔΔL+L+ΔΔL2)/(LL2)/(LΔΔT)T)••==ΔΔL/(LL/(LΔΔT)+T)+ΔΔL2/(LL2/(LΔΔT)T)••其中：其中：ΔΔL2/(LL2/(LΔΔT)=T)=αα二、实验原理概述二、实验原理概述图23-1石英膨胀仪的工作原理分析图二、实验原理概述二、实验原理概述•所以：•α=α石+ΔL/(LΔT)23-5•若温度差为T2-T1，则待测试样的平均线膨胀系数α可按下式

8、计算•α=α石+ΔL/L(T2-T1)23-6•式中