07 膨胀合金解析
金属和合金热膨胀系数计算法
金属和合金热膨胀系数计算法
金属和合金在温度变化时会发生热膨胀现象，这对于一些需要精确计算的领域（如建筑、机械工程等）来说是一个重要的考虑因素。
因此，需要对金属和合金的热膨胀系数进行计算。
目前常用的计算方法有线膨胀系数法、面膨胀系数法和体膨胀系数法。
线膨胀系数法是指根据金属或合金的长度变化来计算热膨胀系数。
其计算公式为α = (ΔL/L0) / ΔT，其中α表示线膨胀系数，ΔL表示长度变化，L0表示原长度，ΔT表示温度变化。
面膨胀系数法是指根据金属或合金的面积变化来计算热膨胀系数。
其计算公式为β = (ΔS/S0) / ΔT，其中β表示面膨胀系数，ΔS表示面积变化，S0表示原面积，ΔT表示温度变化。
体膨胀系数法是指根据金属或合金的体积变化来计算热膨胀系数。
其计算公式为γ = (ΔV/V0) / ΔT，其中γ表示体膨胀系数，ΔV表示体积变化，V0表示原体积，ΔT表示温度变化。
需要注意的是，不同金属和合金的热膨胀系数是不同的，且随温度的变化而变化。
因此，在实际应用中需要根据具体情况进行计算。
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Inconel718(N07718、NC19FeNb)镍基合金 高温合金
上海商虎/张工：158 –0185 -9914材料牌号：Inconel718镍基合金美国牌号：NO7718德国牌号：W.Nr.2.4668/NiCr19Fe19Nb5法国牌号：Nc19FeNb一、Inconel718（N07718）镍基合金概述：Inconel718合金是以体心四方的γ"和面心立方的γ′相沉淀强化的镍基高温合金，在-253～700℃温度范围内具有良好的综合性能,650℃以下的屈服强度居变形高温合金的首位,并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能,以及良好的加工性能、焊接性能和长期组织稳定性，能够制造各种形状复杂的零部件，在宇航、核能、石油工业中，在上述温度范围内获得了极为广泛的应用。
该合金的另一特点是合金组织对热加工工艺特别敏感，掌握合金中相析出和溶解规律及组织与工艺、性能间的相互关系，可针对不同的使用要求制定合理、可行的工艺规程，就能获得可满足不同强度级别和使用要求的各种零件。
供应的品种有锻件、锻棒、轧棒、冷轧棒、圆饼、环件、板、带、丝、管等。
可制成盘、环、叶片、轴、紧固件和弹性元件、板材结构件、机匣等零部件在航空上长期使用。
1、Inconel718材料牌号：Inconel718。
2、Inconel718相近牌号：Inconel718(美国),NC19FeNb(法国)。
3、Inconel718材料的技术标准4、Inconel718化学成分：该合金的化学成分分为3类：标准成分、优质成分、高纯成分，见表1-1。
优质成分的在标准成分的基础上降碳增铌，从而减少碳化铌的数量，减少疲劳源和增加强化相的数量，提高抗疲劳性能和材料强度。
同时减少有害杂质和气体含量。
高纯成分是在优质标准基础上降低硫和有害杂质的含量，提高材料纯度和综合性能。
核能应用的Inconel718合金，需控制硼含量（其他元素成分不变），具体含量由供需双方协商确定。
当ω（B）≤0.002%时，为与宇航工业用的Inconel718合金加以区别，合金牌号为Inconel718A。
bni-7合金成分
bni-7合金成分
BNI-7合金成分
BNI-7合金是一种具有优异高温性能的合金材料。
其主要成分为镍（Ni）、铝（Al）和钛（Ti），同时含有少量的铜（Cu）、铬（Cr）和铁（Fe）。
该合金具有优异的高温强度、抗氧化性和耐腐蚀性等特点，因此在航空航天、石油化工、能源等领域得到了广泛的应用。
镍（Ni）是BNI-7合金的主要成分之一，其含量高达70%以上。
镍具有良好的耐高温性能，能够保持其力学性能和化学性质在高温环境下的稳定性。
此外，镍还具有良好的韧性和可塑性，能够满足合金的加工和成形要求。
铝（Al）是BNI-7合金中的另一个主要成分，其含量约为15%~20%。
铝具有轻量化、强度高、抗腐蚀、导热性能好等特点，在高温环境下也能保持其稳定性。
铝的加入能够有效提高合金的高温强度和抗氧化性能，使合金具有更好的耐蚀性和耐热性能。
钛（Ti）是BNI-7合金的另一个重要成分，其含量约为5%~10%。
钛具有良好的高温强度和抗腐蚀性能，在高温环境下也能保持其稳定性。
钛的加入不仅能够提高合金的高温强度和抗氧化性能，还能够提高其耐腐蚀性和耐磨性。
除了镍、铝和钛之外，BNI-7合金中还含有少量的铜、铬和铁等元素。
铜的加入能够提高合金的强度和硬度，铬的加入能够提高合金
的耐腐蚀性能，而铁的加入能够提高合金的强度和塑性。
总的来说，BNI-7合金的成分设计合理，各元素之间的含量和比例经过精确的计算和控制，能够使合金具有优异的高温性能和耐腐蚀性能，在高温、高压、强腐蚀等恶劣环境下能够保持其性能的稳定性和可靠性。
因此，BNI-7合金在航空航天、石油化工、能源等领域得到了广泛的应用和发展。
低膨胀合金的应用和发展_刘江
第14卷 第5期2007年10月金属功能材料M etallic Functional M aterialsVol 114, No 15October, 2007低膨胀合金的应用和发展刘 江(钢铁研究总院科技信息室,北京100081)摘 要:阐述了低膨胀合金的发展,介绍了低膨胀合金的分类和用途。
对影响低膨胀合金的因素,例如:化学成分、塑性加工、热处理、析出相等进行了分析。
介绍了笔者研制的低膨胀合金。
最后综述了低膨胀合金的发展动态。
关键词:低膨胀合金;研究;动态中图分类号:T G 132111 文献标识码:A 文章编号:1005-8192(2007)05-0033-05Application and Development ofLow Expansion AlloysLIU Jiang(Info rmation and Consultation Center of CISRI,Bejing 100081,China)ABSTRAC T:Development of lo w ex pansion alloy is described 1T he so rts,applicatio n and t echnolog y o f low ex pan -sio n allo y w ere summarized 1T he factor s affecting dilatability of lo w ex pansio n such as chemical composit ions,heat treastment ,plastic deformat ion,pr ecipitate phase w ere analyzed 1T he low ex pansio n alloy s dev elo ped by the author wer e int roduced 1F inally,the development tr ends of low expansion alloys ar e reviewed 1KEY WORDS:lo w ex pansio n allo y;research;develo pment作者简介:刘江(1956-),女,高级工程师。
合金钢热膨胀系数
合金钢热膨胀系数一、引言合金钢是一种高强度、高耐磨损的金属材料，广泛应用于航空、汽车、机械等领域。
在使用过程中，合金钢的热膨胀系数是一个重要的物理参数，它决定了材料在受热时的变形程度，对于工程设计和生产具有重要意义。
二、什么是热膨胀系数热膨胀系数（Coefficient of thermal expansion）指的是物质在温度变化时单位温度变化所引起的长度变化比例。
通常用α表示，单位为1/K（开尔文），或者ppm/K（百万分之一/开尔文）。
其计算公式为：α = ΔL / (L * ΔT)其中，ΔL表示长度变化量，L表示初始长度，ΔT表示温度变化量。
三、合金钢的组成和性质合金钢是由铁和其他元素组成的合金材料。
其中添加的元素可以提高钢材的硬度、强度和耐腐蚀性能。
常见的合金元素包括铬、镍、钼等。
合金钢具有优异的力学性能和耐磨损性能，在高温下也具有较好的稳定性。
同时，合金钢还具有较低的热膨胀系数，这使其在高温下的变形量相对较小，从而保证了材料的稳定性和可靠性。
四、合金钢的热膨胀系数合金钢的热膨胀系数随着温度的升高而增加。
一般来说，合金元素含量越高，热膨胀系数越大。
以下是几种常见合金钢的热膨胀系数数据：1. 42CrMo4钢：α = 11.7 × 10^-6/K2. 4140钢：α = 12.2 × 10^-6/K3. H13钢：α = 12.5 × 10^-6/K4. D2钢：α = 11.5 × 10^-6/K需要注意的是，不同厂家生产的同种合金钢可能存在差异，因此在实际应用中需要根据具体情况进行测试和计算。
五、影响热膨胀系数的因素除了材料本身的组成外，还有其他因素会影响材料的热膨胀系数。
以下是几个主要因素：1. 温度：温度升高会导致热膨胀系数增加，因此在高温下使用的合金钢需要注意其热膨胀系数的变化。
2. 加工方式：不同的加工方式对材料的组织和晶粒大小有影响，从而影响热膨胀系数。
第1-4讲 膨胀
品种与规格： 冷轧钢带
0.2~1.2×20~200
低膨胀合金发展简况
发现 年代
1897 1931
名称
Fe-Ni因瓦 超因瓦
成分
65Fe-35Ni
晶系 磁性
铁磁 铁磁
α /（1/℃） at RT
Tc或 TN/℃
立方 32Ni-6Fe-4Co 立方
37Fe-52Co11Cr
75Fe-25Pt 67Fe-31Pd 94Cr-5.5Fe0.5Mn
α
Ni
Fe
Co
T/K
520 600 680 920 1000 1200 1400
（2）不同结构的物质
原子间结合力与ΘD2成正比，结合力越大，德拜 温度越高，膨胀系数越小。 通常结构紧密的晶体膨胀系数较大，而类似于 无定型玻璃往往有较小的膨胀系数。 多晶石英的α值为12 ×10-6/K；而无定型石英玻 璃的α值只有0.5 ×10-6/K。 键强则热膨胀系数值高:石墨平行于c轴α值为27 ×10-6/K;而垂直与c轴的α值为1.0 ×10-6/K。
1.3.4 影响膨胀性能的因素
(化学成分、晶体结构、结合键、相变等）
1.相变的影响：
一级相变的比容有突变,膨胀系数在转变点 无限大.
一级相变特点：体积、比容、焓有突变，伴有潜 热发生。如三态转变，同素异构转变等属于一 级相变。
二级相变在相变温区内膨胀系数曲线上有拐 点.
二级相变无体积突变和相变潜热，但膨胀系数和 比热容有突变。
1.3.1 热膨胀的物理本质：原子的非简谐振动
r0
T1
r > r0 T2
x E(r)
Ep+Ek=C
r0
X´
r r0
析出相在gh907低膨胀合金中的作用
析出相在gh907低膨胀合金中的作用《gh907低膨胀合金中的相析出作用》1. 引言gh907低膨胀合金是一种具有广泛应用前景的特种合金材料，在航空航天、航空发动机、化工和能源等领域都有重要用途。
相析出作用是指在合金材料中发生的相变现象，对材料的性能和结构有重要影响。
本文将深入探讨gh907低膨胀合金中相析出作用的机制、影响因素以及其对材料性能的影响。
2. gh907低膨胀合金中的相析出作用2.1 相析出的机制在gh907低膨胀合金中，相析出是由于固溶度的超过而引起的，当合金中的某些元素含量超出了其在基体晶格中的固溶度时，就会发生相析出的现象。
这种相析出可能会使合金的结构和性能产生显著变化。
2.2 影响因素相析出的过程受到多种因素的影响，包括合金成分、热处理工艺、应力状态等。
其中，合金成分对相析出的影响最为显著，不同成分的含量和比例都会对相析出的行为产生重要影响。
3. gh907低膨胀合金的性能影响相析出作用对gh907低膨胀合金的性能具有重要影响，包括硬度、强度、热稳定性等方面。
理解相析出对合金性能的影响，对于合金的设计和应用具有重要意义。
4. 个人观点和结论从简单到深入地了解gh907低膨胀合金中的相析出作用，有助于我们更好地理解合金材料的特性和行为。
对相析出的深入研究，有助于优化合金的配方和热处理工艺，提高合金材料的性能和应用前景。
相析出作用是gh907低膨胀合金中值得深入研究的重要现象，我们应该充分认识其机制和影响因素，以期更好地应用和发展这一重要合金材料。
通过以这种方式来撰写文章，我相信我们可以更好地探讨和理解gh907低膨胀合金中的相析出作用，并能更好地应用它在实际工程中。
5. 潜在应用gh907低膨胀合金的特性使其在航空航天领域有着广泛的应用潜力。
它可以用于制造高性能的航空发动机零部件，如涡轮叶片、轴承和密封件，以满足高温高压工作环境下的要求。
gh907合金还可以应用于航空航天结构材料，用于制造航天器的结构和外壳，以确保飞行器在极端环境下的可靠性和耐久性。
第七章 金属与合金的热膨胀
式中第一项为吸引力，第二项为排斥力。由于n>m，故如图所示，
当r＝r0时，位能最小，动能最大，当r=ra和r＝rb时，位能最大，动 能变为零。a,b两点是振动的极限位置，a,b不对称于ro。
第三节 膨胀系数和其他物理性能的关系 1、膨胀系数与热熔
3. 磁性转变 金属与合金的磁性转变也属于二级相变。转变是在接近居里点的 温度范围内进行。 其中镍和钴具有正膨胀 峰，称为正反常，铁具有 负膨胀峰，称为负反常。
Fe-Ni合金，它们在居里点以 下，膨胀系数随温度变化曲线上 都存在不同程度的负反常现象， 并具有共同的特点，即在各自的 居里点附近膨胀系数都急剧上升
第二节 金属热膨胀的物理本质 波恩(Born)的双原子模型中两个原子间相互作用的位能E(r)与原子 间距r的关系式：
A B E (r ) m n r r
式中第一项为吸引力能，第二项为排斥力能，A和B为正值常数, 指 数m<n。对于金属，m约等于3，而n对不同金属可在较宽范围内变化。 两原子间相互作用力可写成：
二、合金化的影响 1．固溶体合金 绝大多数金属形成单相固溶体 时，其膨胀系数介于组元的膨胀系 数之间。 溶剂中溶入低膨胀系数的 溶质时，固溶体的膨胀系数降低， 反之则升高。固溶体膨胀系数随组 元浓度变化的规律，比按算术相加 规律的计算值要低，故呈凹形曲线 有些合金系中，膨胀系数并不主要 决定于溶质元素的膨胀系数，而是 决定于溶质元素的价数。固溶体的 膨胀系数随溶质金属的价数增加而 增大，这是由于溶质金属的作用使 点阵常数增大之故。
V
KVm CV ,m
V —体膨胀系数，K—1； Cr,m—定容摩尔热容，J／(mol，K)； K——体积模量，N／m3； Vm——摩尔体积，m3／mol； γ——格留奈申常数，对于一般材料γ＝1.5—2.5
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7.1 热膨胀的物理本质及影响因素（6） （3）、几种典型的热膨胀
热 正常热膨胀 膨 胀 反常热膨胀 1
热膨胀系数
2 3
8
正反常热膨胀 反常热膨胀 负反常热膨胀
0
温度
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7.1 热膨胀的物理本质及影响因素（7）
原子间的相互作用力F与位能 W
Ca Cr W ( R) m n R R
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第七章 膨胀合金
热膨胀的物理本质及影响因素
金属与合金的热膨胀特性、热膨胀的物理本质及 影响因素、反常热膨胀现象
低膨胀合金
FeNi36 因瓦合金、 Fe-Ni-Co 系超因瓦合金、其 他低膨胀合金
定膨胀合金
Fe-Ni-Co系定膨胀合金、其他定膨胀合金
高膨胀合金 热双金属
热双金属的主要特性参数、材料的组成、分类及 2 生产工艺
18
l(20~100℃)
1.2
0.3
0
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7.2 低膨胀合金（7）
Fe-Ni-Co合金中Ni质量分数对膨胀系数的影响
19
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7.2 低膨胀合金（8）
三、其它低膨胀合金
不锈因瓦合金：如FeCo54Cr9，膨胀系数接近零或为负 值，耐蚀性好。但获得如此低的膨胀系数的温度范围很窄，且 合金的成本高、加工性差。
因瓦合金与一般合金的热膨胀曲线 1-因瓦合金 2一般合金
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7.1 热膨胀的物理本质及影响因素（10）
四、具有特殊热膨胀系数的合金
低膨胀合金：
20~100 C 1.810-6/C, 如Fe-36wt%Ni
定膨胀合金：
20~400 C =4~1110-6/C, 如Ni29Co18Fe52Xx
为了使合金具有好的机械性能和深冲性、抗焊料渗透性及抗 应力腐蚀开裂性，要求合金的晶粒度不应大于 5级，因此退火温度 23 应在750~1000℃之间，氢气保护，保温1h缓冷。
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7.3 定膨胀合金（4）
冷加工及加工后热处理对合金 膨胀系数的影响
a-冷加工后经900℃，1h处理； b-厚0.76mm的冷轧带材； c- 5mm的冷拉丝
高膨胀合金：
20~400 C 1210-6/C, 如Mn75Ni15Cu10
12
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7.2 低膨胀合金（1）
低膨胀材料在-60 ℃～100 ℃内膨胀系数极小。 材料有Fe-Ni系合金、Fe-Ni-Co系合金、Fe-CoCr系合金、Cr合金等。 低膨胀材料用于制造精密仪器仪表等器件、长 度标尺、大地测量基线尺、谐振腔、微波通讯波导 管、标准频率发生器、标准电容器叶片、支承杆、 液气储罐及运输管道、热双金属片被动层等。
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7.3 定膨胀合金（1）
定膨胀材料在 -70℃～ 500℃内膨胀系数低或中等，且 基本恒定。
材料有Fe-Ni系合金、 Fe-Ni-Co系合金、Fe-Cr系合金、 Fe-Ni-Cr系合金、复合材料等。
定膨胀材料用于制造电子管、晶体管和集成电路中的引 线材料、结构材料、小型电子装置与器械的微型电池壳、 半导体元器件支持电极等。 这类膨胀合金也称为封接材料。
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第七章 膨胀合金
在电子技术特别是仪器、仪表和电真空技术中使用着一 类具有特殊膨胀系数的合金，称为膨胀合金。按膨胀系数大 小又将其分为三种： (1) 低膨胀合金（亦称因瓦合金）。主要用于仪器仪表中随 温度变化尺寸近似恒定的元件，如精密天平的臂、标准钟摆 杆、摆轮、长度标尺、大地测量基准尺、谐振腔、微波通讯 的波导管、标准频率发生器等。还用作热双金属的被动层。 (2) 定膨胀合金。由于这种合金与玻璃、陶瓷或云母等的膨 胀系数接近，可与之匹配（或非匹配）封接，所以又称为封 接合金。被广泛地应用于电子管、晶体管、集成电路等电真 空器件中作封接、引线和结构材料。 1 (3) 高膨胀合金。主要用作热双金属的主动层。
1、Ni29Co18合金的主要成分及组织结构 主要成分为：w(Ni)=28.5%~29.5%，w(Co)=16.8%17.8%，余Fe。 合金应为单相 固溶体，冷到80℃不出现马氏体，无 织构。
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7.3 定膨胀合金（3）
2、Ni29Co18合金的生产工艺
采用电真空感应炉冶炼，wC=0.02%左右。应尽量减少钢中气 体和杂质的含量，防止钢锭冒涨和封接时出现气泡，浇注温度控制 在 1530~1550℃ ，锻造加热温度为 1150~1180℃ ，终锻温度高于 900℃，空冷。冷轧带材，最终变形应在 70%以下，以防织构。否 则在深冲时将出现不均匀引伸而出现“制耳”。
镍和Fe-Ni35at%合金的膨胀系数随温度的变化
10
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7.1 热膨胀的物理本质及影响因素（9）
2、因瓦反常 因瓦反常的合金在居里温度以上具有与一般合金类似 的正常热膨胀，而在居里温度以下则出现反常热膨胀。 图中虚线代表因瓦合金在 Tc 温度以下，随铁磁性减小线 长度的相对收缩量。 这说明因瓦合金的反常热膨 胀与其铁磁性密切相关，居 里点以下合金为铁磁性，随 饱和磁化强度的改变相应发 生体积变化，即自发体积磁 11 致伸缩。
Co 合金成分 (%) Ni 0 36.5 3.5 34 4 32.5 4 33 4 5 5 6 6
33.5 31.5 32.5 30.5 31.5
Co+Ni 36.5 37.5 36.5
/106C1
37
0.4
37.5 36.5 37.5 36.5 37.5
0.5 0 0.5 0 0.1
13
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7.2 低膨胀合金（2）
因瓦型低膨胀合金的成分与性能
合金名称
因瓦 超因瓦 不锈因瓦 Fe-Pd合金 Fe-Ni-Pd 合金 20C 合金成分（wt%） (106/C) 36%Ni-Fe 1.2 4%Co-32%Ni-Fe 0.0 11%Cr-52%Co0.0 Fe 31%Pd-Fe 0.0 28~32%Ni0.5 5.5~10%Pd-Fe 居里点 （ C） 232 230 117 ~340 ~300 相变点 （ C） – 120 –100 >室温 >室温 <–60
VR V0 0.06 ~ 0.07 V0 VR 源自V0 0.027 V06
原子间结合力越强，熔点越高，热膨胀系数越低
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7.1 热膨胀的物理本质及影响因素（5）
（2）、合金的热膨胀
成分、相、组织状态与热膨胀系数的关系 合金的热膨胀系数主要取决于组成相及其相对量
7
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7.1 热膨胀的物理本质及影响因素（2）
（1）、线膨胀系数 设长度为 l 的金属或合金温度变化 dT 时，长度的变化为 dl。定义线膨胀系数T为
1 dl T l dT
(1/C)
尺寸的变化率。
T称为真实线膨胀系数，即某一温度时金属或合金
平均线膨胀系数：
T T
1
2
l 2 l1 1 l1 T T 2 1
合力
斥力 位能
m ~ 3, n > m
原子间距 R
R0
引力
2、正常热膨胀的双原子模型 热膨胀的物理本质：温度变化时材料原子 9 间结合力发生变化。
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7.1 热膨胀的物理本质及影响因素（8）
三、反常热膨胀现象
1、反常热膨胀现象 正反常 负反常（因瓦反常） 虚线表示正 常热膨胀时值， 阴影区表示反常 热膨胀的范围和 大小，箭头指居 里点，l/l表示最 大反常热膨胀量。
(1/C)
4 ll、 l2——温度T1、 T2时试样的长度
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7.1 热膨胀的物理本质及影响因素（3）
（2）、体膨胀系数 设体积为V的金属或合金温度变化dT时，体积的变化 为dV。定义体膨胀系数T为 1 dV T (1/C) V dT T 称为真实体膨胀系数，即某一温度时金属或合金 体积的变化率。 平均体膨胀系数：
抗拉强度 屈服强度 硬度 0.2/MPa HB b
20~100 C
10–6/C
弯曲点 C
延伸率 /%
电阻率 106m
500
250
160
1.8
230
30~50
0.78
15
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7.2 低膨胀合金（4）
几种Fe-Ni合金的膨胀系数与温度的关系 1-w(Ni)=64.8%；2- w(Ni)=57.7%； 3-w(Ni)=46.3%；4-w(Ni)= 42.0%； 5-w(Ni)=35.4% Fe-Ni合金磁矩，居里温度与成分的关系 （箭头表示Tc = 0的临界成分） 16
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7.3 定膨胀合金（2）
一、Fe-Ni-Co系定膨胀合金
在Fe-Ni系合金中加入Co，提高合金的居里温度，在Ni含量降低的 情况下，可在相当宽的温度范围内保持恒定的热膨胀系数。这一系列 合 金 主 要 有 Ni29Co18 、 Ni33Co15 等 。 在 电 真 空 中 用 量 最 大 的 是 Ni29Co18(4J29)，被称为可伐合金，它主要与硬玻璃 (DM-308) 封接， 也可以与95瓷封接。
合金为单相 固溶体，不能通过热处理使合金强化。热处理 的目的有3个：(1) 中间热处理——消除冷加工造成的加工硬化，以 有利于进一步冷加工；(2) 最终热处理——消除残余应力，同时零件 成型后与玻璃封接前，应去气，去除表面的碳和油污，以改善封接 和电镀性；(3) 预氧化处理——使其与玻璃封接处生成需要的氧化膜。
主要性能的要求是：膨胀系数与被封接材料的相匹配，塑性好， 易加工；在储存和工作期间的温度范围内不发生相变；具有良好的导 电、导热性，较高的机械强度和加工成型性。 用于封接的定膨胀合金有 Fe-Ni 系、 Fe-Ni-Co 系、 Fe-Ni-Cr21 系、 Ni-Co系，还有无氧铜、钨、钼及其合金、复合材料等。