Page 59 - 理化检验-物理分册2021年第九期

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

合, 以方便试样的放置。盖板上方圆孔包含以下功
能。( 1 ) 保证中心孔与底盘中心基本保持同一轴心;
( 2 ) 可以穿过测温热电偶;( 3 ) 冰、 二氧化碳、 液氮等介
质的灌入和输出;( 4 ) 可插入电热棒加热液体介质。
3.3 试样仓
试样仓是测定金属材料膨胀系数的核心装置, 为
金属材料冷热膨胀被测试样存放的载体, 其基本结构
如图5所示。其中陶瓷管底部采用堵头封口, 离堵头

端20mm 处设置30mm×5mm 的长方形观察窗口;

陶瓷管内放置 6mm×200mm 的圆柱体石英推杆,
ϕ
推杆与陶瓷管内壁保证一定间隙, 以提高检测精度; 图5 试样仓基本结构示意图

被测试样为 6~7mm×55~70mm 的圆柱体 [ 3-4 ] 。 Fi g 5 Basicstructuredia g ramofsam p lebin

ϕ
3.4 温度显示 分表顶在试样仓石英顶杆平面上, 可以随时观察金
热膨胀特性参数测定装置的冷热介质有冰水混 属材料冷热膨胀的微量变化。微量变形测定系统的
合物、 酒精加二氧化碳混合物、 酒精加液氮混合物、 灵敏度和测定精度满足长度测定精确的要求 [ 5 ] 。
液氮、 水加热等, 采用 K 型热电偶作为测温传感器。
温度控制涉及介质种类、 环境箱体积大小、 升温或降 4 金属材料热膨胀系数的测定
温速率、 保温时间等。 采用开发的热膨胀特性参数测定装置在 20~
3.5 微量变形测定系统 100℃和2~18℃下分别测定了钢、 铜、 铝基金属材

金属材料冷热膨胀测定系统中的微量变形测量 料的试样长度变化量和 100 ℃ 下的线性热膨胀系

机采用相对稳定的机械检测方法; 将计量合格的千 数, 结果如表3和表4所示。
表3 采用开发的热膨胀特性参数测定装置在20~100℃下测得的不同金属材料的试样长度变化量和线性热膨胀系数

Tab 3 Sam p lelen g thvariationsandlinearthermalex p ansioncoefficientofdifferentmetalmaterialsmeasuredat

20~100℃b y develo p edthermalex p ansioncharacteristic p arametermeasurin g device
100℃线性

长度变化量 / mm
试样 试样 / 试样长度 /
ϕ
热膨胀系数 /
材料 mm mm
20℃ 30℃ 40℃ 50℃ 60℃ 70℃ 80℃ 90℃ 100℃ ( 10 -6 ℃ -1 )
钢 6.91 58.83 0.000 0.001 0.007 0.008 0.014 0.018 0.022 0.023 0.030 510
纯铜 7.01 56.77 0.000 0.006 0.016 0.022 0.031 0.040 0.048 0.050 0.059 1039

铝 6.20 57.57 0.002 0.007 0.011 0.023 0.033 0.048 0.057 0.068 0.080 1089

黄铜 6.93 59.93 0.000 0.002 0.003 0.012 0.021 0.030 0.038 0.042 0.049 817
表4 采用开发的热膨胀特性参数测定装置在2~18℃下测得的不同金属材料的试样长度变化量

Tab 4 Sam p lelen g thvariationsofdifferentmetalmaterialsmeasuredat2~18℃b y develo p edthermalex p ansion

characteristic p arametermeasurin g device
试样 试样 / 试样长度 / 长度变化量 / mm
ϕ
材料 mm mm 18℃ 15℃ 14℃ 12℃ 10℃ 8℃ 6℃ 4℃ 3℃ 2℃

铝 6.20 57.57 0.000 -0.004 -0.008 -0.012 -0.014 -0.016 -0.019 -0.023 -0.024 -0.027
纯铜 7.01 56.77 0.000 -0.004 -0.005 -0.006 -0.007 -0.008 -0.010 -0.012 -0.014 -0.017
黄铜 6.93 59.93 0.000 -0.001 -0.004 -0.007 -0.009 -0.010 -0.011 -0.013 -0.017 -0.018
钢 6.91 58.83 0.000 0.000 -0.001 -0.002 -0.003 -0.004 -0.005 -0.008 -0.008 -0.009
采用开发的热膨胀特性参数测定装置对钢和纯 表5所示。

铜在-196℃液氮条件下测得的线性热膨胀系数如 由表3~5可知, 开发的热膨胀特性参数测定装
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