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材料的膨胀系数测定之于生产企业到底有何实际意义?

2018-09-07  浏览量:25

相信对于生产企业来说,材料的膨胀系数的重要性不言而喻。几乎任何工业设计都必须考虑材料的温度特性,而膨胀系数就是温度特性的重要部分,它是衡量材料的热稳定性好坏的一个重要指标。那么其在实际中的作用到底有哪些呢?

 

1. 能够提高产品的热稳定性

 

选用较低线膨胀系数的材料,可以提高产品的热稳定性,提高产品的使用安全性。


2. 能够提高产品的强度

 

如果层状物由两种材料迭置连接而成,则温度变化时,由于两种材料膨胀值不同,若仍连接在一起,体系中要采用一中间膨胀值,从而使一种材料中产生压应力而另一种材料中产生大小相等的张应力,恰当地利用这个特性,可以增加制品的强度。

 

3. 是焊接或熔接的重要参考指数

 

当两种不同的材料彼此焊接或熔接时,要求两种材料具备相近的膨胀系数。如果选择材料的膨胀系数相差比较大,焊接时由于膨胀的速度不同,在焊接处产生应力,会降低产品的机械强度和气密性,严重时会导致焊接处脱落、炸裂、漏气或漏油。

 

4. 为我们选用适合的材料提供依据

 

对于大型的加工机械、精密的仪器设备的选材,需要考虑选用膨胀系数小的材料。

 

因此,材料的热膨胀系数测定意义重大。接下来,通过案例来讲述它的实际应用:

 

1.液体温度计就是根据材料的热膨胀测量温度;根据两种不同材料的热膨胀系数的不同可以制造双金属温度计;

 

2.工作在高温环境下的机器零件,加工时一般是在常温下,设计时必须考虑留出热膨胀余量;

 

3.有些零件要求工作时紧密配合,可以根据其热膨胀系数,安装时加以冷冻,使之缩小,安装完毕,恢复常温,就能得到非常大的紧固力;

 

4.即使在常温下工作的设备,也必须考虑其热膨胀系数的影响,如:常见的铁轨都是露天安装,夏、冬温差巨大,所以过去的铁轨每两节之间必须留出胀缩缝;

 

5.在电真空工业和仪器制造工业中广泛地将非金属材料与各种金属焊接,在玻璃仪器、陶瓷制品的焊接加工中,都要求两种材料具备相近的热膨胀系数。

 

总之,类似利用温度或防止温度变化影响零件工作的都必须考虑材料热膨胀的影响。

 

说了半天,相信大家对材料的膨胀系数的实际意义了解的很多了。那么,不知道大家对于材料的膨胀系数检测是否了解呢?通常都是如何测定材料的膨胀系数呢?下面,我们一起来了解材料线膨胀系数的测定过程:

 

1.概念

 

膨胀系数是表征物体热膨胀性质的物理量,即表征物体受热时其长度、面积、体积增大程度的物理量。

 

长度的增加称“线膨胀”,面积的增加称“面膨胀”,体积的增加称“体膨胀”。

 

单位长度、单位面积、单位体积的物体,当温度上升1℃时,其长度、面积、体积的变化,分别称为线膨胀系数、面膨胀系数和体膨胀系数。

 

线膨胀系数测试的定义:

 

热膨胀系数的定义为:当温度由t1变到t2,长度相应地由L1变到L2时,材料在该温区的平均线膨胀系数为α=(L2-L1)/L1(t2-t1)=ΔL/L1ΔT,同理,平均体膨胀系数β=ΔV/V1ΔT。在一般情况下,表征材料的热膨胀特性采用平均线膨胀系数来表示。

 

2.案例详情

 

案例背景:

 

客户送检样品为4个不同尺寸的W-Cu 圆片样品,需在相同的测试标准及条件下测定4个样品的线性膨胀系数值。

 

测试过程:

 

首先,将样品制作成TMA标准试样,长度约2-10mm,宽度和厚度不超过10mm,测试方向上的两表面平行且光滑,调试仪器后,将样品置于样品台上,移动样品,使得探头在样品正中位置,输入样品信息,在N2保护气氛中,以5℃/min的速率,从25℃升温到500℃测量线性热膨胀系数。

 

检测环境  环境温度 23±2℃; 湿度 50±5%R.H

 

检测仪器  热机械分析仪(耐驰TMA402F3)

 

检测标准  ASTM E228-17 用推杆膨胀计测定固体材料线性膨胀的试验方法

 

检测条件  在N₂环境中,以5℃/min的速率从25℃升温到500℃。

 

测试曲线

 

样品1  样品2

 

样品3 样品4

                     

检测结果:

 

 

结论:通过对4个样品的测试结果进行比较,了解产品的热膨胀系数,进而了解产品的性能。

 

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