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一． 實(shí)驗目的

1. 了解材料線(xiàn)膨脹系數測定的意義、方法。

2. 了解WTD2智能型熱膨脹儀的原理、結構和操作步驟。

3. 學(xué)會(huì )初步掌握測試數據和曲線(xiàn)的分析方法。

二． 實(shí)驗原理

現代化大型工程，如高層建筑、鐵路、橋梁、航空航天器件等，都是由多

種復雜的材料構成，要經(jīng)過(guò)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)材料的熱膨脹系數以及其隨溫度變化的規律。

利用熱膨脹方法對材料進(jìn)行測定和研究稱(chēng)為“膨脹分析”。它不僅用于膨脹系數的測定，也是研究動(dòng)態(tài)相變過(guò)程的有效手段，例如鋼中過(guò)冷奧氏體的等溫轉變過(guò)程（TTT曲線(xiàn)）和連續冷卻轉變過(guò)程（CCT曲線(xiàn)）的測定，zui常用的方法就是膨脹分析。在金屬材料研究中，材料的結構轉變、再結晶、時(shí)效固溶和沉淀析出，往往都伴隨著(zhù)體積的變化，因此可以用膨脹分析法來(lái)研究。又如粉末冶金中材料燒結致密度的評定，非晶體材料的軟化溫度的測定等，也可以用這一方法。

1. 線(xiàn)膨脹系數

   線(xiàn)膨脹系數是指與單位溫度變化對應的試樣單位長(cháng)度的線(xiàn)膨脹量,當溫度從T1變到T2時(shí),試樣的長(cháng)度相應地從L1變到L2, 則材料在該溫度區間的平均線(xiàn)膨脹系數α為:

線(xiàn)膨脹系數α單位為: mm·mm-1·℃-1

2. 體膨脹系數

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

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

   β＝3α〔1＋α（T2－T1）〕

因為α（T2－T1）≤1，可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為

:

  β≈3α

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

   β≈α1+α2+α3

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

常用材料的膨脹系數                 表1 .1