膨胀系数
一些固体的线性热膨胀系数α
物质α in 10-6/K
20 °C
铝23.2
纯铝23.0
锑10.5
芳纶-4.1
铍12.3
水泥 6 - 14 铅29.3
铜17.5
镉41.0
铬 6.2
钻石 1.3 冰, 0 °C51.0
铁12.2
锗 6.0
玻璃 (窗玻璃) 7.6
玻璃 (工业玻璃) 4.5
玻璃 (普通) 7.1
玻璃 (Borsilikatglas,
Duran, 派热克斯玻璃)
3.25
玻璃 (Quarzglas) 0.5
玻璃陶瓷 (Zerodur) < 0.1 金14.2
花岗岩 3.0
石墨 2.0
灰铸铁9.0
木头, Eiche 8.0
不变钢 1.7-2.0 铱 6.5
食盐40.0
碳纤维 (HM 35 in
L?ngsrichtung)
-0.5
康铜15.2 Kovar~ 5
铜16.5 一些液体的体积热膨胀系数
γ
物质
γ in
10-3/K
20 °C 酒精 (乙醇) 1.10
丙酮 1.43
汽油 1.06
苯 1.23
氯仿 (三氯甲
烷)
1.28
果酸 1.07
乙醚 1.62
乙酸乙酯 1.38
甘油
(Propantriol)
0.49
甲醇 1.10
矿物油 (液压
油)
0.70
石蜡0.76
煤油0.96
水银0.18
松节油 1.00
四氯化碳 1.22
甲苯 1.12
水0.21
镁26.0
锰23.0
砖 5.0
黄铜18.4
钼 5.2
新银18.0
镍13.0
铂9.0
尼龙120.0
聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 85.0
聚氯乙烯 (PVC) 80.0
瓷器 3.0
银19.5
锡 2.0
钢13.0
不锈钢14.4-16.0 钛10.8
铋14.0
钨 4.5
锌36.0
锡26.7
热膨胀系数实验报告
热膨胀系数实验报告 篇一：热膨胀系数测定实验报告数据处理 由，得α（50-200C）o 其中n1=，L=72mm；解得：α（50-200C） /C oo相变起始温度T0=283C， o相变终止温度T1=295C。 篇二：物理金属线膨胀系数测量实验报告 实验（七）项目名称：金属线膨胀系数测量实验 一、实验目的 1、学习测量金属线膨胀系数的一种方法。 2、学会使用千分表。 二、实验原理 材料的线膨胀是材料受热膨胀时，在一维方向的伸长。线胀系数是选用材料的一项重要指标。特别是研制新材料，
少不了要对材料线胀系数做测定。 固体受热后其长度的增加称为线膨胀。经验表明，在一定的温度范围内，原长为L的物体，受热后其伸长量?L与其温度的增加量?t近似成正比，与原长L 亦成正比，即： ?L???L??t （1）式中的比例系数?称为固体的线膨胀系数（简称线胀系数）。大量实验表明，不同材料的线胀系数不同，塑料的线胀系数最大，金属次之，殷钢、熔融石英的线胀系数很小。殷钢和石英的这一特性在精密测量仪器中有较多的应用。 实验还发现，同一材料在不同温度区域，其线胀系数不一定相同。某些合金，在金相组织发生变化的温度附近，同时会出现线胀量的突变。另外还发现线膨胀系数与材料纯度有关，某些材料掺杂后，线膨胀系数变化很大。因此测定线胀系数也是了解材料特性的一种手段。但是，在温度变化不大的范围内，线胀系数仍可认为是一常量。
为测量线胀系数，我们将材料做成条状或杆状。由（1）式可知，测量出时杆长L、受热后温度从t1升高到t2时的伸长量?L和受热前后的温度升高量?t，则该材料在温度区域的线胀系数为：?? ?L（2） 其物理意义是固体材料在温度区域内，温度每升高一度时材料的相对伸长量，其单位为。 测量线胀系数的主要问题是如何测伸长量?L。我们先粗估算一下?L的大小，若 L?250mm,温度变化t2?t1?100C，金属的?数量级为?10?5?1，则估算出 ? 1 ?L???L??t?。对于这么微小的伸长量，用普通量具如钢尺或游标卡尺是测不准的。可采用千分表（分度值为）、读数显微镜、光杠杆放大法、光学干涉法等方法。本实验用千分表（分度值为）
材料热膨胀系数的测定
材料热膨胀系数的测定 1. 实验目的 1.1 掌握热机分析的基本原理、仪器结构和使用方法。 1.2 掌握热膨胀系数的概念以及测定方法。 2. 基本原理 物体的体积或长度随着温度的升高而增大的现象称为热膨胀。它是衡量材料的热稳定性好坏的一个重要指标。目前，测定材料线膨胀系数的方法很多，有示差法（或称“石英膨胀计法”）、双线法、光于涉法、重量温度计法等。在所有这些测试方法中，以示差法具有广泛的实用意义。 当物体的温度从T 1上升到T 2时，其体积也从V 1变化为V 2，则该物体在T 1一T 2的温度范围内，温度每上升一个单位。单位体积物体的平均增长量为平均体膨胀系数。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，其意义是温度升高1℃时单位长度上所增加的长度，单位为cm ·cm ·℃-1 。 将试样装在装样管内用顶杆压住试样，顶杆与位移传感器接触，在加热炉中，通过精密温度控制仪按规定的升温速率加热试样到试验最终温度，并经位移传感器测量加热过程中试样的线膨胀情况．按下式计算由室温至试验温度的各温度间隔的线膨胀系数： 0 0001);(t t L L L t t --?=α 式中：0t —— 初始温度，℃； t —— 实际（恒定或变化）的试样温度，℃； 0L ——受测玻璃试样，在温度为0t 时的长度，mm ； L ——温度为t 时的试样长度，mm 。 若标称初始温度0t 为20℃；因此平均线性热膨胀系数就应表示为);C 20(t ?α。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内的平均值的概念，因此使用时要注意它适用的温度范围。 3. 仪器与试剂 热机分析仪 XYW-500B
YBB00202003-2015 平均线热膨胀系数测定法.doc
YBB00202003-2015 平均线热膨胀系数测定法 Pingjunxianrepengzhangxishu Cedingfa Test for Coefficent of Mean Linear Thermal Expansion 本法规定了远低于转变温度的弹性固体玻璃的平均线热膨胀系数的测定方法。 本法适用于各种材料药用玻璃平均线热膨胀系数的测定。 定义 （1）平均线热膨胀系数α（t 0：t ） 在一定的温度间隔内，供试品的长度变化与温度间隔及供试品初始长度之比。用式（1）表示： ()00001:t t L L L t t --?= α 式中： t 0 —初始温度或基准温度，℃； t —供试品实际温度，℃； L 0 —试验时玻璃供试品在温度t 0的长度，mm ； L —供试品在温度t 时的长度，mm 。 本法规定标称基准温度t 0是20℃，因此平均线热膨胀系数表示为α（20℃：t ）。 （2）转变温度t g 玻璃动态黏度为1012.3 Pa ·s 时的温度，该温度表示了玻璃由脆性状态向粘滞状态的转变，它相应于热膨胀曲线高温部分和低温部分两切线交点的温度。 仪器装置 （1）测量供试品的长度装置，精度为0.1%。 （2）推杆式膨胀仪（水平或垂直），能测出2×10-5L 0的供试品长度变化量（即2μm/100mm ）。 测长计的接触力不应超过1.0N 。这个力通过平面与球面的接触起作用，球面当的曲率半径不应小于供试品的直径。在一些特殊的装置中需要平行平面。 承载供试品装置应确保供试品安放在稳固的位置上，在整个实验过程中供试品要与推杆轴在同一轴线上，防止有任何微小改变。 若承载供试品装置是用石英玻璃制造，见结果表示（2）中给出的注意事项。 应采用标准材料进行仪器性能试验，方法见仪器性能试验 （3）加热炉 加热炉应与膨胀仪装置相匹配，起温度上限要比预期的转变温度高50℃左右，加热炉相对于膨胀仪的工作位置在轴向和径向上应具有0.5mm 以内的重现性。 在试验温度范围内（即上限温度比最高的预期的转变温度t g 低150℃并至少为300℃），在整个供试品长度区间，炉温应能恒定在±2℃之内。 （4）炉温控制装置应符合升降速率为5℃/min ±1℃/min 控制要求。 （5）温度测量装置 在t 0和t 温度范围内，能准确测定供试品的温度，误差应小于±2℃之内。 供试品 （1）形状和尺寸
热膨胀系数效应考虑方式
热膨胀系数效应可通过以下三种方式考虑： （1）secant coefficient of thermal expansion割线热膨胀系数（在MP命令以ALPX，ALPY，ALPZ 输入） （2）instantaneous coefficient of thermal expansion瞬时热膨胀系数（在MP命令以CTEX，CTEY，CTEZ输入） （3）thermal strain 热应变（在MP命令以THSX，THSY，THSZ输入） 当用ALPX输入多个割线热膨胀系数αse（secant coefficient of thermal expansion）时，相对某共同基准或者定义温度，程序插值这些系数值作为割线值或者平均值。例如，假设在一个测试实验室，测量的热应变开始于23 °C，在200°C，400°C，600°C，800°C和1000°C读数。当画出该应变-温度曲线时，可以使用THSX直接输入。该温度-应变曲线的割线的斜率就是相对于共同基准23 °C（T0）定义的热膨胀系数的平均值（或割线值）。 另外可以输入瞬时热膨胀系数αin（使用CTEX）。上述应变-温度曲线的切线斜率代表瞬时热膨胀系数。下图说明了割线热膨胀系数和瞬时热膨胀系数的区别。 fig 割线热膨胀系数与瞬时热膨胀系数ANSYS程序根据下式计算结构热应变： εth=αse（T）（T-T REF） T=单元计算温度 T REF=热应变为零时的温度（由TREF命令或者MP命令的REFT定义） αse（T）=温度相关的割线热膨胀系数（如ALPX），相对于定义温度T0（definition temp）（此例中，T0与TREF相同） 如果材料数据以瞬时热膨胀系数αin输入，则程序根据下式，将瞬时值转化为割线值： 其中： T n=计算割线值αse所处的温度 T0=定义αse处的定义温度（此例中，与TREF相同） αin（T）=在温度T处的瞬时热膨胀系数CTEX 如果材料特性以热应变输入，程序将根据下式将这些应变转化为割线热膨胀系数： 其中： εi th（T）=在温度T处的热应变THSX。 如果必要，THSX数据被转换以使热应变在Tn=Tref时为零。如果在Tref的数据点存在，在Tn=Tref处αse可能产生不连续。避免αse不连续的办法是确保εith的斜率在Tref两侧要匹配。 如果αse的值是基于定义温度T0与参考温度TREF相同，在secant coefficient of thermal expansion中填写热膨胀系数属性，并将参考温度设置为T0。 考虑：
金属热膨胀系数测量
金属线热膨胀系数测定 一、实验目的 1、了解千分表膨胀仪的结构和原理。 2、掌握相变对金属热膨胀系数的影响。 二、实验原理 1、线热膨胀系数的确定 当温度由T 1到T 2，相应地长度由L 1变到L 2时，材料在该温区的平均热膨胀系数为： 212111 ()L L L T T L T L α-?= = -?? (1) 平均线性膨胀系数，表示温度升高1K 时物体长度的相对增大。 当ΔT →0时，真线性膨胀系数αT 为 (2) 膨胀系数的单位为K -1。固体材料αT 不是一个常数，通常随温度升高而加大。 2、金属正常热膨胀的来源 金属固体多以晶态存在，周期排列的原子都在围绕其平衡位置做简谐振动，随温度增加，振幅加大，动能随之增加。 3、影响热膨胀的主要因素 金属热膨胀系数主要与其化学成分、晶体结构和键强度等密切相关。 ① 键强度：键强度高，热膨胀系数低；金属熔点高，键强度高，热膨胀系数低。 d 1 d T T L T L α=?
② 晶体结构： a 结构紧密的晶体热膨胀系数都较大，而比较松散的非晶态的热膨胀系 数都较小。如多晶石英与无定形石英 。 b 非等轴晶系的晶体，各晶轴方向的膨胀系数不等，如石墨等层状结构 材料，层内联系紧密，而层间联系较松散，使得层间膨胀系数较小，而层内膨胀系数较大。 ③ 相变的影响 a 一级相变：如纯金属同素异构转变时，点阵结构重排时体积突变，伴随着金属比容突变，导致线膨胀系数发生不连续变化。 b 二级相变：发生二级相变时，体积没有变化，也没有伴随热量的吸收和释放，只是热容量、热膨胀系数等物理量发生变化。如有序-无序转变时，膨胀系数在相变温区仅出现拐折。金属与合金在接近居里温度发生磁性转变，其膨胀曲线会出现明显的膨胀峰。与正常曲线相比，它具有明显的反常现象，其中Ni 和Co 具有正膨胀峰，Fe 具有负膨胀峰。 图3 有序-无序转变膨胀曲线 ④ 合金成分和组织的影响 组成合金的溶质元素对合金热膨胀有明显影响： a 由简单金属与非铁磁性金属组成的单相均匀固溶体合金的线膨胀系数 图1 一级相变时α和ΔL 随T 的变化 图2 二级相变时α和ΔL 随T 的变化
管材的线膨胀及伸缩量的计算
一、热膨胀量的计算 管道安装完毕投入运行时，常因管内介质的温度与安装时环境温度的差异而产生伸缩。 另外，由于管道本身工作温度的高低，也会引起管道的伸缩。实验证明，温度变化而引起 管道长度成比例的变化。管道温度升高，由于膨胀，长度增加；温度下降，则由于收缩， 长度缩短。温度变化1度相应的长度成比例变化量称为管材的线膨胀系数。不同材质的材 料线膨胀系数也不同。碳素钢的线膨胀系数为12×10—6 ／℃，而硬质聚氯乙烯管的线膨胀 系数为80X10—6／℃，约为碳素钢的七倍。 管材受热后的线膨胀量，按下式进行计算： ()L t t L 21-=?α 式中△L ——管道热膨胀伸长量(m)； ——管材的线膨胀系数(1／K)或(1／℃)； t 2——管道运行时的介质温度(℃)； t l ——管道安装时的温度(℃)，安装在地下室或室内时取t 1=—5℃；当室外架空敷 设时，t 1应取冬季采暖室外计算温度； L ——计算管段的长度(m)。 不同材质管材的。值见表2—1。 表2—1不同材质管材的线膨胀系数 在管道工程中，碳素钢管应用最广，其伸长量的计算公式为 ()L t t L 2161012-?=?- 管道材质 线膨胀系数/（×10—6/℃） 管道材质 线膨胀系数/（×10—6/℃） 碳素钢 铸铁 中铬钢 不锈钢 镍钢 奥氏体钢 12 17 纯铜(紫铜) 黄铜 铝 聚氯乙烯 氯乙烯 玻璃 80 10 5
式中12×10—6——常用钢管的线膨胀系数(1／)。 根据式(2—2)制成管道的热伸长量△L表(见表2—2)，由表中可直接查出不同温度下相应管长的热伸长量。 例有一段室内热水采暖碳素钢管道，管长70m，输送热水温度为95℃，试计算此段管道的热伸长量。 解根据钢管的热膨胀伸长量计算式(2—2) △L=12×10—6(t1—t2)L =12×10—6（95+5）×70 = 由已知管长及送水温度，直接查表2—2，也可得管道的热伸长量△L。 如果管道中通过介质的温度低于环境温度，则计算出来的是缩短量。 表2—2水和蒸汽管道的热伸长量△L表(m)
常用材料的线膨胀系数一览表
常用材料的线膨胀系数一览表 不同温度下钢材的平均线膨胀系数值如表1所示。 非金属材料的线膨胀系数如表2所示 表1不同温度下钢材的平均线膨胀系数值 在下列温度与20℃之间的平均线膨胀系数，“α”，10-6×℃-1材料 -196-150-100-50050100150200250300350400450500550600650700750800碳素钢、碳钼钢、9.1 低铬钼钢（至 Cr3Mo）9.449.8910.3910.76 11.12 11.5311.88 12.25 12.5612.90 13.24 13.5813.93 14.22 14.42 14.6214.74 14.90 15.02—铬钼钢（Cr5Mo～ 8.468.909.369.7710.16 10.52 10.9111.15 11.39 11.6611.90 12.15 12.3812.63 12.86 13.05 13.1813.35 13.48 13.58—Cr9Mo） 奥氏体不锈钢14.67 15.08 15.45 15.9716.28 16.54 16.8417.06 17.25 17.4217.61 17.79 17.9918.19 18.34 18.58 18.7118.87 18.97 19.07 19.29（Cr18-Ni9） 高铬钢（Cr13、7.748.108.448.959.299.599.9410.20 10.45 10.6710.96 11.19 11.4111.61 11.81 11.97 12.1112.21 12.32 12.41—Cr17） Cr25-Ni20 蒙纳尔 （Mone1） Ni67-Cu30 铝 灰铸铁
常见物质及不锈钢的热膨胀系数
常见物质的热膨胀系数 常见物质的热膨胀系数α（10‐6/k）小拓分享 物质 热膨胀系数α （10‐6/k） 物质 热膨胀系数α （10‐6/k） 铝 23.3 钢 13 锑 10.5 不锈钢 14.4‐16 芳纶 ‐4.1 钛 10.8 水泥 6‐14 铋 14 铬 6.2 钨 4.5 钻石 1.3 锌 36 铜 17.5 锰 23 金 14.2 砖 5 花岗岩 3 石墨 2 玻璃（工业） 4.5 聚氯乙烯（PVC） 80 玻璃（普通） 7.1 陶瓷 3 玻璃（热派克） 3.25 胶木、硬橡皮 64‐77 陶板 4.6‐6 石墨板 5.5 石英 0.51 有机玻璃 130 不透性石墨板 5.5 硬聚氯乙烯 59 聚酰胺（尼龙6） 110‐140 聚酰胺（尼龙1010）14‐16
YD-TDS-1016 附录 常用金属材料的热膨胀系数表 YD100S TFE GUIDE 的长度计算:线膨胀系数8.3X10(-5 )厚度为1mm 1.区分Ａ：瞬间热膨胀系数长度△L=(d+1)×π×8.3×10^(-5)×(200-20)所以L=(d+1)×π-1.832.区分Ｂ：平均热膨胀系数 槽的内径公差=d×8.3×10^(-5)×(200-20)/10;为槽内的多余 空间 2050751001251501752002252502753003253503754004251000 A 11.5211.9112.2412.5612.8613.1513.4613.7414.0314.3314.6314.8915.1315.3715.5915.8116.01 B 11.5211.7611.8912.0512.2112.3712.5512.7012.8312.9913.1413.2813.4213.5713.6813.8313.96A 10.0510.7911.3711.9312.4612.9413.4113.8414.2314.5914.9215.2215.4815.7215.9216.1016.23B 10.0510.4610.7511.0411.3311.5911.8412.0912.3312.6012.8213.0013.1813.3713.5413.7113.87A 9.7310.4711.0711.6512.1912.6913.1613.6014.0114.3814.7315.0515.3315.5715.7815.9716.12B 9.7310.1010.3910.6911.0011.2811.5611.8512.1112.3512.5812.8012.9913.1913.3613.5113.65A 12.6212.9613.2213.4713.7213.9414.1714.3814.5814.7714.9615.1315.2815.4215.5515.6815.80B 12.6212.7912.9413.0913.2313.3813.4913.6213.7113.8113.9314.0314.1414.2414.3114.4014.48A 11.1411.6612.0612.4212.7413.0613.3513.6213.8814.1214.3614.5714.7614.9515.1315.2915.42B 11.1411.4011.6211.8212.0012.2112.3712.5412.6812.8312.9713.1013.2313.3613.4713.5913.69A 11.5912.0412.3012.5312.9413.2413.4513.7213.9214.1314.3114.4714.6214.7414.8714.9815.11B 11.5911.7811.9412.1012.2712.4312.5612.7012.8312.9613.0913.2113.3313.4313.5213.6113.71A 11.7311.9612.1512.3412.5212.6812.8613.0213.1813.3313.4813.6313.7713.9114.0414.1714.30B 11.7311.8212.0212.1412.2612.3712.4712.5312.5912.6612.7412.8212.8912.9613.0413.1113.17A 10.4710.7210.9311.1411.3511.5511.7411.9212.1012.2912.4612.6312.7912.9513.1113.2513.38B 10.4710.5910.7310.8710.9911.0811.2111.3011.3911.4811.5811.6711.7511.8511.9311.9912.07A 15.1415.6616.0716.4716.8517.2217.5517.8618.1118.3518.5818.7919.0019.2019.4019.5719.75B 15.1415.4515.6315.8216.1016.1616.3816.5516.7216.8917.0317.1817.3417.4717.5817.6617.81A 10.6010.6010.6110.6210.6210.6210.6410.6410.6410.6410.6610.7010.7510.8010.8710.9511.05B 10.6010.6010.6110.6210.6210.6210.6410.6410.6410.6410.6610.6710.6710.6810.6910.7110.73A 14.2814.6714.9715.2515.5415.8216.0716.3216.5616.7917.0217.2317.4317.6217.7917.9818.30B 14.2814.5614.7514.8915.0615.2215.3615.4815.6015.7215.8415.9516.0616.1816.2916.3816.48A 15.2115.7216.0916.4316.7317.0417.3317.5917.8418.0818.3318.5518.7618.9419.1119.2719.41B 15.2115.4915.6815.8716.0516.2116.3716.5216.6616.8116.9417.0717.2017.3317.4617.5717.67A 16.1416.3316.5016.6616.8116.9417.0717.2017.3217.4417.5517.6617.7717.8817.9818.0818.17B 16.1416.3016.4216.5116.6116.6716.7416.8016.8716.9316.9917.0317.0917.1517.2017.2517.29A 15.3315.9016.3816.8317.2517.6217.9418.2418.4718.7018.9019.0819.2519.4119.5719.7319.88B 15.3315.6215.8516.1216.3616.6016.7716.9717.1417.3117.4717.6117.7417.8517.9618.0618.14A 16.3716.7116.9817.2417.5017.7417.9718.1918.4118.6118.8018.9919.1719.3319.4819.6419.77B 16.3716.5916.7516.9017.0517.1817.3217.4217.5417.6517.7517.8517.9518.0418.1418.2418.32A 14.8215.1615.4215.6715.8916.1216.3316.5416.7416.9217.0917.2517.4117.5517.6917.8117.94B 14.8215.0215.1715.3015.4515.5815.7115.8015.9216.0216.1116.2016.2916.3916.4816.5616.64A 15.8516.0816.2216.3316.4116.5116.5916.6716.7116.7716.8316.8816.9317.0017.0617.1417.2018.90 B 15.8516.0316.1516.2516.3216.3816.4116.4516.4816.5116.5416.5716.5916.6216.6616.6916.70A 14.7915.0815.3215.5615.7916.0116.2216.4216.6116.7916.9717.1417.3117.4617.6117.7417.87B 14.7914.9015.0215.1415.2615.3815.5115.6215.7415.8415.9316.0316.1316.2316.3216.4016.50A 15.6815.9816.1316.2716.4216.5716.7116.8617.0217.1717.3117.4717.6317.7917.9318.0818.24B 15.6815.8315.9616.0616.1916.2816.3616.4416.5116.5716.6316.7016.7716.8516.9116.9917.06A 10.6410.9711.2011.3911.5611.7111.8511.9712.0712.1512.2412.3312.4212.5112.6012.6912.79B 10.6410.8410.9911.1011.2311.3411.4211.5111.5711.6411.6911.7311.7811.8411.8911.9512.00A 9.589.8410.0510.2410.4110.5910.7710.9311.1011.2511.3911.5411.6811.8111.9412.0712.18B 9.589.739.859.9710.0810.1710.2510.3410.4210.5010.5810.6610.7410.8210.9010.9611.03A 9.039.189.309.439.549.659.789.9010.0110.1410.2610.3710.4910.6110.7110.8410.95B 9.039.169.239.299.379.429.469.539.589.649.709.749.809.869.919.9710.02A 12.1512.7313.1913.6013.9414.2314.4914.6914.8815.0615.1915.3015.4115.5115.6015.7015.76B 12.1512.5512.8113.0113.1813.3313.4913.6113.7213.8213.9314.0314.1114.2114.3014.3914.47A 13.9114.7215.1315.4215.6515.8516.0116.1416.2716.3816.4516.5216.6016.6916.8016.9617.13B 13.9114.4914.8215.0715.2915.4915.6515.7815.9016.0116.0916.1616.2416.3316.4116.4916.56A 13.4513.7013.9014.0814.2514.4114.5714.7314.8915.0615.2115.3515.4815.6215.7515.8816.01B 13.4513.6313.7713.9114.0214.1314.2314.3314.4314.5214.6114.7714.8014.8914.9615.0515.12A 12.0512.4112.7512.9713.0213.0513.1013.1813.2313.2913.4013.5013.5813.7413.9414.1414.38B 12.0512.2612.6112.8312.9012.9613.0413.1313.1713.2113.2813.3613.4413.5113.5513.6113.68A 12.6812.9313.1513.2513.5513.7213.9214.0814.2514.4114.5514.6814.8214.9615.1015.2315.38B 12.6812.8012.9113.0213.1213.2013.3013.3913.4913.5913.6713.7613.8413.9214.0014.0814.14A 12.0612.5212.7812.9913.1713.3313.5113.6513.7613.8313.8613.8713.9013.9814.1214.3214.56B 12.0612.3012.4812.6412.8112.9713.1313.2913.4113.4813.5013.5113.5413.5913.6813.7913.91A 13.4513.5813.8713.9314.2314.6514.8214.9715.0715.0715.0815.1215.2315.3515.4715.6015.72B 13.4513.5713.6813.7313.8213.97 14.1114.2014.3014.3514.4314.4814.5314.6314.6814.7314.77 3.个材料的区分如下表示 1)碳素钢、合金钢(区分1) ?碳素钢 ? 3/4Ni-1/2Mo-Cr-V ?3/4Ni-1Mo-3/4Cr ?碳?钼钢 ? 3/4Ni-1/2Mo-1/3Cr-V ?1Ni-1/2Cr-1/2Mo ? 1/2Ni-1/2Mo-V ?3/4Ni-1/2Cr-Mo-V 2)碳素钢、合金钢(区分2) ?碳?硅钢 ? 1/2Cr-1/2Mo ?1Cr-1/5Mo-Si ?1/2Mo ?1Cr-1/5Mo-V ?1Cr-1/2Mo ?1Cr-1Mn-1/4Mo ?1Cr-1/5Mo ?1?3/4Cr-1/2Mo-Cu 0.15145.15 3)碳素钢、合金钢(区分3) 2.382712.4 ?碳?钼钢 ? 1?1/4Ni-1/2Mo ?2Cr-1/2Mo ?1/2Cr-1/4Mo-Si ?1?1/4Cr-1/2Mo-Si ?3Cr-1Mo ?1Cr-1/2Mo-V 4)碳素钢、合金钢(区分4) ?Mn-1/2Mo ?Mn-1/2Mo-1/2Ni ?Mn-1/2Mo-1/4Ni ?Mn-1/2Mo-3/4Ni 水泥在1000度以上的热膨胀系数为5.8 5)碳素钢、合金钢(区分5)310S在800度时热膨胀系数为18.5 ?1.1/4Ni-1Cr-1/2Mo ?2Ni-3/4Cr-1/4Mo ?3.1/2Ni ?1.3/4Ni-3/4Cr-1/4Mo ?2Ni-3/4Cr-1/2Mo 310S在1000度时热膨胀系数为19.5 ?3.1/2Ni-1.3/4Cr-1/2Mo-V ?2Ni-1Cu ?2.1/2Ni ?1Cr-1/2Mo-V 6)奥氏体不锈钢SS(区分1) 7)奥氏体不锈钢SS(区分2) 8)奥氏体不锈钢SS(区分3) ?18Cr-13Ni-3Mo ?18Cr-12Ni-2Mo ?17Cr-4Ni-Cu ?18Cr-5Ni-3Mo 9)奥氏体不锈钢SS(区分4) 10)奥氏体不锈钢SS(区分5) 11)奥氏体不锈钢SS(区分6) ?18Cr-8Ni ?18Cr-11Ni ?18Cr-10Ni-Ti ?18Cr-10Ni-Cb 0.459 12)奥氏体不锈钢SS(区分7) 13)奥氏体不锈钢SS(区分8) 14)奥氏体不锈钢SS(区分9)0.505 ?18Cr-9Ni-Mo-W ?22Cr-13Ni-5Mn ?25Cr-12Ni ?23Cr-12Ni ?25Cr-20Ni 15)奥氏体不锈钢SS(区分10) 16)奥氏体不锈钢SS(区分11) ?(660)26Ni-15Cr-2Ti ?28Ni-19Cr-Cu-Mo 17)马氏体不锈钢SS(区分1) ?12Cr ?12Cr-1Al ?13Cr ?13Cr-4Ni 18)马氏体不锈钢SS(区分2) 19)马氏体不锈钢SS(区分3) ?17Cr ?27Cr 20)高镍合金(区分1) 21)高镍合金(区分2) 22)高镍合金(区分3) ?Ni-Cr-Fe(NCF600) ?Ni-Fe-Cr(NCF800,NCF800H) ?Ni-Fe-Cr-Mo-Cu(NCF825,GNCF2種及び３種) 23)高镍合金(区分4) 24)高镍合金(区分5) 25)高镍合金(区分6) ?Ni-Cr-Mo-Cb(NCF625,GNCF1種) ?Ni-Fe-Cr-Mo-Cb(NCF718) ?Ni-Cr(NCF750) 各温度的热膨胀系数(×10-6 ℃) 温 度 (℃)材 料碳素钢、合金钢(区分１) SCPH2/A105碳素钢、合金钢(区分2)碳素钢、合金钢(区分3)SCPH21/A182-F11奥氏体不锈钢SS(区分7)碳素钢、合金钢(区分4)碳素钢、合金钢(区分5)合金钢 2.25Cr 1Mo 合金钢 5.0Cr 0.5Mo 合金钢 7Cr 0.5Mo/9Cr 1Mo 奥氏体不锈钢SS(区分1)14A/16A(316/316L)奥氏体不锈钢SS(区分9)309S/309H/310S 奥氏体不锈钢SS(区分10)奥氏体不锈钢SS(区分11)马氏体不锈钢SS(区分1) SUS410/410SS 马氏体不锈钢SS(区分2) 440A/B/C 奥氏体不锈钢SS(区分2) SUS630/17-4PH 奥氏体不锈钢SS(区分3)奥氏体不锈钢SS(区分4)13A/19A(304/304L)奥氏体不锈钢SS(区分5) 321SS 奥氏体不锈钢SS(区分6) 347SS 高镍合金(区分6)镍?铬?铁合金690核工业规格 区分马氏体不锈钢SS(区分3) 高镍合金(区分1)高镍合金(区分2)高镍合金(区分3)高镍合金(区分4)高镍合金(区分5)奥氏体不锈钢SS(区分8)
热膨胀系数
热膨胀系数 【热膨胀】物体因温度改变而发生的膨胀现象叫“热膨胀”。通常是指外压强不变的情况下，大多数物质在温度升高时，其体积增大，温度降低时体积缩小。在相同条件下，气体膨胀最大，液体膨胀次之，固体膨胀最小。也有少数物质在一定的温度范围内，温度升高时，其体积反而减小。因为物体温度升高时，分子运动的平均动能增大，分子间的距离也增大，物体的体积随之而扩大；温度降低，物体冷却时分子的平均动能变小，使分子间距离缩短，于是物体的体积就要缩小。又由于固体、液体和气体分子运动的平均动能大小不同，因而从热膨胀的宏观现象来看亦有显著的区别。 【膨胀系数】为表征物体受热时，其长度、面积、体积变化的程度，而引入的物理量。它是线膨胀系数、面膨胀系数和体膨胀系数的总称。 【固体热膨胀】固体热膨胀现象，从微观的观点来分析，它是由于固体中相邻粒子间的平均距离随温度的升高而增大引起的。晶体中两相邻粒子间的势能是它们中心距离的函数，根据这种函数关系所描绘的曲线，如图2-6所示，称为势能曲线。它是一条非对称曲线。在一定温度下，粒子在平衡位置附近振动、具有的动能为EK，总能量为EK与相互作用能EP之和，它在整个运动过程中是守恒的。图中，粒子间最接近的距离是r′，最远的距离是r〃。由于距离减小所引起的斥力增长比由于距离增大所引起的引力下降快的多，因而粒子间接近的距离与粒子间远离的距离关系是r0r′＜r〃-r0所以两相邻粒子中心的平均距离为变的情形。由此可见，当晶体温度升高，粒子热振动加剧，体积膨胀。 【固体的线膨胀】由于固体随温度的变化而变化，当温度变化不太大时，在某一方向长度的改变量称为“固体的线膨胀”。例如，一细金属棒受热而伸长。固体的任何线度，例如，长度、宽度、厚度或直径等，凡受温度影响而变化的，都称之为“线膨胀”。 【线膨胀系数】亦称线胀系数。固体物质的温度每改变1摄氏度时，其长度的变化和它在0℃时长度之比，叫做“线膨胀系数”。单位为1/开。符号为αl。其定义式是即有lt=l0（l+αlt）。由于物质的不同，线膨胀系数亦不相同，其数值也与实际温度和确定长度l时所选定的参考温度有关，但由于固体的线膨胀系数变化不大，通常可忽略这种变化，而将α当作与温度无关的常数。
热膨胀计算
摘要:通过分析热变形与热量之间的关系，提出利用平均线膨胀系数，将较复杂温度分布(如移动持续热源形成的温度分布) 情况下工件热变形量的计算简化为热量含量相同且温度均布状态下工件热变形量的计算方法，并给出了计算实例。 1 引言 在机械制造、仪器仪表等行业，由温度引起的热变形是影响机器、仪器设备精度的重要因素，热变形引起的误差通常可占总误差的1/3。在精密加工中，热变形引起的误差在加工总误差中所占比例可达40%～70%。为提高机器设备的工作精度，通常可采用温度控制和精度补偿两种途径来减小温度对精度的影响。温度控制是对关键热源部件或关键零件的温度波动范围进行精密控制(包括环境温度控制)。实现方法包括:①采用新型结构，如机床中的复合恒温构件等;②使用降温系统控制部件温升;③采用低膨胀系数材料等。这些方法都可程度不同地降低热变形程度，但成本较高。精度补偿方法是通过建立热变形数学模型，计算出热变形量与温度的关系，采用相应的软件补偿或硬件设备进行精度补偿。精度补偿法虽然成本较低，但要求建立精确且计算简便的数学模型。目前常见的数学模型大多是以温度作为主要计算因素，当形状规则的工件处于稳定、均匀的温度场中时，热变形数学模型的计算简便性可得到较好保证，但对于处于移动持续热源温度场中的工件，其温度分布函数的计算将变得相当复杂，甚至无法得出解析解，只能采用逼近的近似数值解法。例如:对精密丝杠进行磨削加工时，磨削热引起的丝杠热变形会导致丝杠螺距误差。在计算丝杠热变形量时，首先必须建立砂轮磨削热产生的移动持续热源在丝杠上形成的温度分布数学模型。再如:车削加工中产生的切削热形成一持续热源，使车刀产生较大热膨胀量(可达0.1mm)，严重影响加工精度。计算车刀的热变形量时，首先需要建立持续热源在车刀刀杆中的温度分布模型，这就增加了计算的复杂性。 图1 双原子模型示意图 本文从温度、热量和热变形的定义出发，分析了热量与热变形的关系。利用该关系，可简化实际工程应用中的热变形数学模型，减小运算工作量。 2 热变形原理及计算公式 热变形原理相当复杂，目前只能在微观上给予定性解释。固体材料的热膨胀本质上可归结为点阵结构中各点平均距离随温度的升高而增大。德拜(Debye)理论认为，各原子间的热振动相互牵连制约，随着温度的升高，各质点的热振动加剧，质点间的距离增大，在宏观上表现为晶体膨胀现象。用图1所示双原子模型可解释如下:在温度T0时，原子1与原子2的间距为r0，当温度升高时，原子热运动加剧，原子间势能增加，两原子间势能U(r)增大，原子间距r=r0+x0。将U(r)在r=r0处展开成泰勒级数为U(r)=U(r0)=( dU )r0x+ 1 ( d2U )r0x2+ 1 ( d3U )r0x3+… dr 2! dr2 3! dr3 (1) 略去x3以后的高次项，则式(1)曲线如图1中实线所示。图中，线1、2、3分别代表在温度T1、T2、T3下质点振动的总能量。由图可见，当两原子平衡后，其平衡位置分别位于A、B、C处，晶体处于膨胀状态。 在实际应用中，固体材料热膨胀参数以实测的热膨胀系数来表示。热膨胀系数可分为平均线膨胀系数和热膨胀率两种。平均线膨胀系数定义为:在温度t1与t2之间，温度变化1℃时相应的试样长度相对变化均值，以αm表示(单位:×10-6/℃)，计算公式为αm=(L2-L1)/[L0(t2-t1)]=(ΔL/L0)/Δt(t1 常用材料的热膨胀系数 ×106 ?????????? 表常用材料的热膨胀系数 ×106 （mm/mm·℃） t/℃ -100~0 20~100 20~200 20~300 20~400 20~500 20`600 20~700 20~800 20~900 15号钢、A 3钢 A3F 、B3钢 10号钢 20号钢 45号钢 1Cr13、2Cr13 Cr17 12Cr1MoV 10CrMo910 Cr6SiMo X20CrMo WV121 1Cr18Ni9Ti 10.6 — — — 10.6 — 10.05 — — — — 16.2 — — — 11.75 11.5 11.60 11.16 11.59 10.50 10.00 9.80~ 10.63 12.50 11.50 10.80 16.60 10.60~ 12.20 12.41 12.60 12.12 12.32 11.00 10.00 11.30~ 12.35 13.60 12.00 11.20 17.00 11.30~ 13.00 17.10~ 13.45 12.78 13.09 11.50 10.50 12.30~ 13.35 13.60 11.60 17.20 12.10~ 13.50 17.60 17.90 20.90 13.60 13.00 13.38 13.71 12.00 10.50 13.00~ 13.60 14.00 12.50 11.90 17.50 12.90~ 13.90 18.00~ 13.85 13.93 14.18 12.00 11.00 12.84~ 14.15 14.40 12.10 17.90 13.14 13.20 13.90 14.60 14.38 14.67 13.80~ 14.60 14.7 13.00 12.30 18.20 13.50~ 14.30 18.60 13.31 13.50 14.81 15.08 14.20~ 14.86 18.60 14.70~ 15.00 13.54 13.80 12.93 12.50 13.50 12.48 13.56 开尔文单位和空气热膨胀计算 1开尔文单位 绝对温标是建立在卡诺循环基础上的理想而科学的温标，将水的冰点(0℃)取为273.16 K( K称开尔文，绝对温标的单位)，绝对温标的分度与摄氏温标相同。绝对零度即绝对温标的开始，是温度的最低极限，相当于-273.15℃，当达到这一温度时所有的原子和分子热运动都将停止。热力学第三定律指出，绝对零度不可能通过有限的降温过程达到，所以说绝对零度是一个只能逼近而不能达到的最低温度。以绝对零度作为计算起点的温度。即将水三相点的温度准确定义为273.16K后所得到的温度,过去也曾称为绝对温度。开尔文温度常用符号表示，其单位为开尔文，定义为水三相点温度的1/273.16,常用符号K表示。开尔文温度和人们习惯使用的摄氏温度相差一个常数273.15，即=+273.15（是摄氏温度的符号）。例如，用摄氏温度表示的水三相点温度为0.01℃，而用开尔文温度表示则为 273.16K。开尔文温度与摄氏温度的区别只是计算温度的起点不同，即零点不同,彼此相差一个常数，可以相互换算。这两者之间的区别不能够与热力学温度和国际实用温标温度之间的区别相混淆，后两者间的区别是定义上的差别。热力学温度可以表示成开尔文温度；同样，国际实用温标温度也可以表示成开尔文温度。当然，它们也都可以表示成摄氏温度。摄氏温度和开尔文温度关系为：1℃=274.15k ，0℃=273.15K。 2空气的热膨胀计算 由于LLY-56C服装压力测试仪的试验管路和气囊传感器中充斥有一定量的空气，因此气囊传感器和试验管路必然会受环境温度影响测得结果，温度热膨胀T=1/(273+气温)。假设室温为27℃，皮肤温度为33℃的环境下进行试验，温度热膨胀计算：{1/(273+27)}×(33-27)=1/50各种材料的热膨胀系数
开尔文单位和空气热膨胀计算