线膨胀系数是物理名词,英文名为coefficient of linear expansion,也称为线弹性系数(linear expansivity),表示材料膨胀或收缩的程度,是材料的重要物理性质之一,它是产品热稳定性、产品强度、材料使用安全性以及焊接或熔接的重要参考指标,也是工业生产和材料质控的重要参数。线膨胀系数分为某一温度点的线膨胀系数和某一温度区间的线膨胀系数,后者称为平均线膨胀系数。前者是单位长度的材料每升高一度的伸长量;平均线膨胀系数是单位长度的材料在某一温度区间,每升高一度温度的平均伸长量。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,通常可以忽略,而将其当作与温度无关的常数。线膨胀系数的单位是1/℃,符号为α。
线膨胀系数的测量方式有多种,包括千分表法、组合法、单色光的劈尖干涉法、光杠杆法、传感器测量法等。其中较为常见的方法是利用电加热待测材料,再利用温度计、尺度望远镜和光杠杆等测量材料由不同状态温差所引起的长度变化,从而得到材料的线膨胀系数。
需要注意的是,在相同温差的作用下,线膨胀系数的数值越大,反映材料变形越大。例如,混凝土的线膨胀系数约为(1.0~1.4)×10-5;水泥砂浆的线膨胀系数约为1.5×10-5;聚苯板的线膨胀系数约为(5~7)×10-5;砌体的线膨胀系数约为(0.5~0.8)×10-5等。因此,在工业生产和材料选择中,需要考虑材料的线膨胀系数,以确保产品的稳定性和安全性。
检测方法
线膨胀系数的检测方法主要有以下几种:
1、顶杆式间接法
此方法是一种经典方法,采用机械测量原理,将试样的一端固定在支持器的端头上,另一端与顶杆接触。试样、支持器和顶杆同时加热,以测量试样与这些部件之间的热膨胀差值。
2、望远镜直读法
此方法使用双筒望远镜直接观察炉内高温下试样的膨胀变化,并通过计算得到线膨胀系数。试样伸长量是通过目镜上的测微计测量的,这种方法适用于高达2000℃的温度。
3、激光法
此方法利用激光束扫描试样,不断测定试样在加热过程中的长度变化。这种方法因测量精度高、可全自动控制、记录和多功能系统而受到欢迎。
此外,线膨胀系数的检测方法还有电感式膨胀仪法,其传感器是差动变压器,用于测量试样与支持器之间的热膨胀差值。每种方法都有其特定的应用范围和优缺点,选择合适的方法取决于测试范围、待测材料的种类和特性、测量精度和灵敏度等因素。
检测标准
线膨胀系数测试的标准主要包括:
1、国家标准GB/T 1039-1988《金属线膨胀系数的测定》
该标准规定了测定金属线膨胀系数的方法和要求。测试在室温下进行,使用等长的试样在恒定的温度变化条件下进行,并计算出线膨胀系数值。
2、国家标准GB/T 1179-2013《普通碳素结构钢机械性能试验方法》
此标准中对钢材的线膨胀系数有特定要求,规定钢材的线膨胀系数应在11.5×10^-6到13.5×10^-6之间。
3、行业标准JM/T1029-2007《钢铁冶金行业用套管及衬管》
该标准规定套管、衬管的线膨胀系数应不大于3.6×10-6/℃,并要求在屈服点以下不得出现塑性变形,以及在低温条件下具有良好的低温韧性。
4、国家标准GB/T 228-2010《金属材料的拉伸试验方法》
此标准中规定了用拉伸法测定钢管线膨胀系数的具体方法。
以上标准提供了测定金属线膨胀系数的具体方法和要求,以及特定应用场景下的线膨胀系数参考值。
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