常用钢材的线膨胀系数
常用钢材的线膨胀系数
材料的热膨胀系数
热膨胀系数 物体由于温度改变而有胀缩现象。其变化能力以等压(p一定)下，单位温度变化所导致的长度量值的变化，即热膨胀系数表示。 线胀系数是指固态物质当温度改变摄氏度1度时，其某一方向上的长度的变化和它在20℃（即标准实验室环境）时的长度的比值。各物体的线胀系数不同，一般金属的线胀系数单位为1/摄氏度。 大多数情况之下，此系数为正值。也就是说温度变化与长度变化成正比，温度升高体积扩大。但是也有例外，如水在0到4摄氏度之间，会出现负膨胀。而一些陶瓷材料在温度升高情况下，几乎不发生几何特性变化，其热膨胀系数接近0。 中文名：热膨胀系数 英文名：coefficient of thermal expansion , CTE 线膨胀系数：α=ΔL/(L*ΔT) 面膨胀系数：β=ΔS/(S*ΔT) 体膨胀系数：γ=ΔV/(V*ΔT) 1. 概述 expansion thermal coefficient 热膨胀系数有线膨胀系数α、面膨胀系数β和体膨胀系数γ。 式中ΔL为所给长度变化ΔT下物体温度的改变，L为初始长度； ΔS为所给面积变化ΔT下物体温度的改变，S为初始面积； ΔV为所给体积变化ΔT下物体温度的改变，V为初始体积； 严格说来，上式只是温度变化范围不大时的微分定义式的差分近似；准确定义要求ΔV与ΔT无限微小，这也意味着，热膨胀系数在较大的温度区间内通常不是常量。 线热膨胀系数αL
δ = 热膨胀系数* 全长* 温度变化 = 10.8 * 10-6 * 100mm * 100℃ = 0.108 (mm) 3. 热膨胀系数的精密测试与测量能力溯源 为了保证材料热膨胀系数国与国之间的量值统一和互认，国际计量局长度委员会（CCL）2004年启动过材料热膨胀系数的国际比对，有十几个国家参加了这个项目的国际比对。 为应对国际比对，更为了统一与实现国内材料的热膨胀系数测量能力及热膨胀仪测量精度，经国家局批准在国家计量院(中国计量科学研究院)建立“材料热膨胀系数国家最高标准装置”，以满足量值统一及测试需求。该标准基于最小误差链原则，把相关量值直接溯源到国家基准单位，在-180度到2400度范围内提供最高达10E-8量级测量不确定度。 4. 金属膨胀系数 测定温度条件及单位：20℃，(单位10-6/K或10-6/℃） 备注：简单讲就是材料在变化1摄氏度时长度的相对变化量。 膨胀系数实际就是：1MM长的材料在变化1摄氏度时长度变化了多少NM(纳米)。 一般钢材的热膨胀系数为（10-20）×10-6 /℃，系数越大在受热后变形则越大，反之则越小。 比如：钢轨的线膨胀系数是：11.8 nm/(mm×℃)，实际上就是指1mm(毫米)长的钢轨在温度变化1摄氏度时长度会变化11.8nm (纳米)。 金属名称元素符号线性热膨胀系数金属名称元素符号线性热膨胀系数铍Be 12.3 铝Al 23.2 锑Sb 10.5 铅Pb 29.3 铜Cu 17.5 镉Cd 41.0
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)
常用金属材料的密度表 钢 材 基 本 常 识
常用金属材料的密度表
钢材基本常识 (一) 敬告：本刊自即日起将连续刊登钢材的基本常识，敬请关注！ 一、钢材的一般常识与管理 （一）普通结构钢普通结构钢简称普通钢。普通钢对硫、磷含量限制较宽，硫的含量不大于0.045%（≤0.045％）、磷的含量不大于0.045%（≤0.045％）；普通结构钢主要用于一般要求的建筑和工程结构；普通结构钢主要包括碳素结构钢、低合金结构钢及由他们派生出来的专门用途的普通结构钢。 普通结构钢又可分为以下两类： （1）碳素结构钢（简称普碳钢），其中按屈服点分为Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五种牌号；按硫、磷的含量分为A、B、C、D四个质量等级。A级含硫、磷量高，D级含硫、磷量低；按脱氧程度分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢（见GB700-88标准）。（2）低合金结构钢按钢的组织分为三类：铁素体珠光体钢，通常在热轧状态下交货；低
碳贝氏体钢，通常在热轧或正火状态下交货；低碳马氏体钢，通常在淬火—回火状态下交货。以上三类组织的钢最常用的是铁素体珠光体钢。选用时，可在屈服点相同的钢号级别中选用。（二）合金结构钢合金结构钢是在优质碳素结构钢的基础上加入一种或数种合金元素组成的钢种。常加入的合金元素有Mn、Si、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti、B、Nb等。合金结构钢含碳量小于0.55％；与碳素结构钢比较，具有高的淬透性，用于制造性能要求高、尺寸大、形状复杂的机构设备结构零件。 合金结构钢有以下四种分类： （1）按硫、磷含量不同分为三类：优质合金结构钢。钢中含S≤0.035％，P≤0.035％；高级优质合金结构钢，牌号后加“A”，钢中含S≤0.025％，P≤0.025％；特级优质合金结构钢，牌号后加“E”钢中含S≤0.015％，P≤0.025％。 （2）按合金元素含量分为三类：低合金钢（合金元素总含量﹤5％）；中合金钢（合金元素总含量5％-10％）；高合金钢（合金元素总含量﹙﹥10％）。 （3）按使用加工方法不同分为两类：压力加工用钢——热压力加工或冷拔坯料；切削加工用钢。钢材的使用加工方法应在合同中注明，未注明者，按切削加工用钢交货。 （4）按热处理方法不同分为调质钢和渗碳钢两类. 二、钢材的分类与相关概念钢材品种繁多，根据截面积形状的特点，可归纳为型材、板材、管材和金属制品四大类。 （一）分类 1、型钢特别是异型型钢，其截面形状与所要制成的构件或机构零件较适应或基本相同，不必加工或稍经加工即可使用，而且具有较高的抗弯、抗扭能力。大量用作各种建筑结构和工程结构，也大量用作各种机械零件和工具。 2、钢板钢板具有很大的表面积，有很大的覆盖和包容能力，可按使用要求进行剪裁和组合（焊接、铆接和咬接），可进行弯曲和冲压成型，不仅广泛用于制造各种结构件、容器、车辆和各种工业炉、反应塔器的壳体、机械零部件及日常生活用器皿、器具、而且大量用作生产冷弯型钢、焊接型钢和焊接钢管的坯料。 3、钢管钢管具有中空截面，大量用作输送流体的管道。钢管同圆钢、方钢等实心钢材相比，在抗弯、抗扭强度相同时，重量较轻，还广泛用于制造机械零件和结构件，如石油钻杆、汽车传动轴、自行车架等。为了提高材料利用率,有些钢管还用于制造各种环形零件的坯料、如螺母、滚动轴承套圈、千斤顶套等。在军事工业上，还用于制造某些常规武器，如枪管、炮筒等。
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
金属棒线膨胀系数的测量带数据处理
本科实验报告 实验名称：金属棒线膨胀系数的测量 【实验目的】 1．用光杠杆测定金属棒在一定温度区域内的平均线膨胀系数。 2. 熟悉几种测量长度的仪器及其误差的数量级。 3. 学习用图解法求在温度为零时的原长及线膨胀系数的方法。 【实验原理】 当固体温度升高时，由于分子的热运动，固体微粒间距增大，结果使固体膨胀。在常温下，固体线膨胀度随温度的变化可由经验公式表示为 （）（（1）式中，称为固体的线膨胀系数；Lo为t等于0℃时的长度。实验表明在温度变化不大时，是一个常量。因此， （2）由此可见，的物理意义是温度每升高1℃是，物体的相对伸长量。 实验还发现，当温度变化较大时，同一材料在不同温度区域其线膨胀系数不一定相同。随温度t的升高而变大。这时 …) （3）
=…（4）是经验公式，可从手册上查得a、b、c，…等常量。 实验可测得物体在室温t1（℃）时长度为L1，温度升到t2（℃）时的长度伸长量,根据公式可得 （5） （6）消去Lo可得 （7） 当t1，t2 较小时，由于和L相比甚小，，可近似写成 （8） 由式求得的是在温度t2-t1间的平均线膨胀系数。 很明显，实验中测出是关键。本实验是利用光杠杆来测量由温度变化而引起的长度微小变化量。实验时将待测金属棒直立在线膨胀系数测定仪的金属铜中。将光杠杆后足尖置于金属棒的上端，前刀口至于固定的台上。 设在温度t1时，通过望远镜和光杠杆的平面镜看见直尺上的刻度n1，刚好在望远镜中叉丝横线处，当温度升至t2时，直尺上刻度n2移至叉丝横线上，由光杠杆原理可得 （9） 式中，D为光杠杆镜面到直尺的距离；K为光杠杆后足尖到尖刀口的垂直距离。 （10） 可见，只要测出各长度n1，n2，D,K,L1及温度t1，t2便可求得。对于Lo50cm的铜棒，其的数量级为，若温度变化=t2-t1100时的约为cm，可见Lo，因此式中L1可近似取为室温下的棒长值L，t1，n1，是对应L的室温及光杠杆系统直尺上刻度的读数。 【实验器材】 线膨胀仪、待测金属棒（约50cm，铜质）、卷尺（1mm）、游标卡尺（0.02mm）、温度计（2℃），光杠杆一套。 【实验步骤】 1.将铜棒取出，用米尺测量其长度，并记下室温。然后把被测棒慢慢放入加 热管道内，直到铜棒的下端接触到底部，调节温度计，注意不要让温度计碰到加热壁； 2.调节光杠杆平面镜法线大致与望远镜同轴，通过刀口进行调整，且平行于水平 底座，该过程可以用水平仪进行调节，在望远镜中找到标尺的像，该过程可以通过调节物镜和目镜的焦距来实现，记录此时望远镜对应的读数； 3.打开电源，加热金属棒，测出不同温度是望远镜对应的读数， 4.关闭电源，记录随着温度降低，望远镜对应的读数； 5.数据处理，计算得出金属的线膨胀系数，并分析误差； 6.结束实验，整理仪器。
管材的线膨胀及伸缩量的计算
第一节 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); α——管材的线膨胀系数(1/K)或(1/℃)； ｔ2——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-?=?- 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 (t 1—t 2)L =12×10—６ （95＋５)×７０ ＝０.084m 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。
管材的线膨胀及伸缩量的计算教学教材
管材的线膨胀及伸缩 量的计算
第一节 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)； α——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-?=?- 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(t 1—t 2)L =12×10—6（95+5）×70 =0.084m 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)