Page 57 - 理化检验-物理分册2021年第九期
P. 57
卫志清, 等: 金属材料热膨胀特性参数测定装置的开发及应用
典的测定方法, 其是采用机械测量原理, 将试样的一 由式( 1 ) 可见, α m 是线性热膨胀系数( ΔL / L 0 )
端固定, 另一端与顶杆( 石英) 接触, 试样加热时, 热 与温度变化( Δ t ) 的商, 单位一般为℃ -1 。
膨胀值通过顶杆传递出来, 进而可以被测得 [ 2 ] 。 1.3 瞬间线膨胀系数
目前市场上符合用户需求和技术条件的测定金 瞬间 线 膨 胀 系 数 为 在 温 度 t 下, 与 温 度 变
属材料热膨胀特征参数的仪器非常少, 从非标准设 化1℃相应的线性热膨胀值α t , 表示为
备走向标准化定型设备, 还有许多工作要做。 1 L 2-L 1 dL / dt
α t= lim = ( t 1 <t i <t 2 )
某公司几十年来生产了大量的压力容器、 火力 L i t → t t 2- t 1 L i
2
1
发电机组、 核能发电机组、 军工设备等钢制锻件, 涉 ( 2 )
及到近三百种牌号的钢。近年来为了提升我国高端 式中: α t 为温度t 下的热膨胀率, ℃ -1 ; L i 为指定温
装备制造中锻件制造能力, 公司理化室开展许多材 度 t i 下的试样长度, mm 。
料性能方面的研究工作以满足锻件成形质量的要 2 试样制备及精加工设备
求。公司理化室在检测某些合金材料时, 被要求提
供恒定温度状态下该合金材料的膨胀参数值。为保 由于材料热膨胀量相对较少, 所以对试样端面
与推杆的接触面的加工精度和表面粗糙度的要求较
证材 料 合 格 率, 以 试 验 数 据 为 依 据, 根 据 GB / T
4339 — 2008 《 金属材料热膨胀特征参数的测定》 和 高。考虑到试样横向尺寸比较小, 一般加工设备较
难满足试样装夹和加工的要求, 因此在试验室现有
ASTM E228 : 2017 Standard Test Method f or
的自动金相制样设备上自行设计、 改装专用的压力
Linear ThermalEx p ansiono f Solid Materials
夹盘, 通过对不同转速的控制、 不同规格砂纸的替
WithaPush-RodDilatometer 等的技术要求进行
换, 以及对经粗加工的试样进行精加工, 保证试样端
零部件选材、 加工等, 并对测定金属材料冷热膨胀特
面的加工精度和表面粗糙度满足试验要求。 GB / T
性参数的装置进行了开发。
4339-2008和某公司理化室对试样尺寸的要求如
1 金属材料热膨胀特性参数测定的术语和 表1所示。
定义 表1 热膨胀特性参数测试试样尺寸
Tab 1 S p ecimensizesforthermalex p ansion
GB / T4339 — 2008将金属材料热膨胀特性参 characteristic p arametertest mm
数的测定描述为采用步进式变温方式或缓慢恒速变 标准推荐试样尺寸 试验室试样尺寸
温方式对温度进行控制, 利用推杆式熔融石英膨胀 试样横向尺寸: 3~10 试样横向尺寸: 6~7
仪检测作为温度函数的固体材料试样相对于其载体 试样的最小长度:( 25±0.1 ) 试样长度: 55~70
的长度变化。
开发的精加工制样机如图1~3所示, 其是自动
1.1 线性热膨胀系数
控制的研磨、 抛光设备, 适用于各类金相或其他试样
线性热膨胀系数是指与温度变化相应的试样长
的精密制样。该制样机机身采用 ABS ( 丙烯腈 - 丁二
度变化 与 试 样 在 环 境 温 度 下 原 始 长 度 之 比, 用
烯 - 苯乙烯共聚物) 材料一体成形, 具有较高的耐腐
至所需温
Δ L / L 0 表示。其中: Δ L 是从起始温度 t 1
蚀性能; 采用 7 寸高清 LCD 液晶触摸屏操控和显
下试
度 t 2 间观察到的长度变化; L 0 是环境温度 t 0
示, 可以根据不同试样设置不同的制样参数, 且能存
样的原始长度。线性热膨胀常以百分几或百万分之
-6
几( 10 ) 表示, 一般以20℃为起始温度。
1.2 平均线膨胀系数
之间, 与温
平均线膨胀系数为在温度t 1 和t 2
, 表示为
度变化1℃相应的试样长度相对变化α m
L 2-L 1 ΔL / L 0
α m = = ( t 1 <t 2 ) ( 1 )
(
L 0t 2- t 1 ) Δt
为温
式中: t 1t 2
, 为测定中选取的两个温度, ℃ ; L 2
下的试样长 图1 精加工制样机
度 t 2 下的试样长度, mm ; L 1 为温度 t 1
Fi g 1 Finishmachinin g sam p lemakin gmachine
度, mm 。
4 1
