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湖 南 科 技 大 学
金属材料专业综合实验
题目 材料专题设计与研究实验 作者 学院 机电工程学院 专业 金属材料工程 学号 指导教师
二〇一二年一月四日
实验一 热膨胀系数测试
一、实验目的:测定在高温状态金属材料,陶瓷,釉料,耐火材料以及其他非金属材料在受热焙烧过程中德热膨胀和受挫性能,也适用于GB1T3810.8-2006对陶瓷砖线性热膨胀的测定。
二、实验仪器:RPY、ZRPY—1400系列热膨胀系数测定仪(该仪器是用于测定在高温状态金属材料,陶瓷、釉料、耐火材料以及其它非金属材料在受热焙烧过程中的膨胀和收缩性能,也适用于GB/T3810.8-2006对陶瓷砖线性热膨胀的测定。)
三、主要技术参数:
最高炉温:1000℃ 1400℃ 1600℃
测定变形范围:5mm
灵敏度:≤0.1μm
控温精度:±0.1℃
计算机自动计算膨胀系数、线膨胀量
自动计算补偿系数并自动补偿,也可人工修正
试样尺寸:∮6-10×50mm,10×10×50mm
电源:220V,2kw
ZRPY智能膨胀仪自动控温,记录,存储,打印数据,打印温度-膨胀系数曲线,所有试验操作均由计算机界面完成,操作方便并提供全套软件。
仪器的组成及原理:
物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀。热膨胀系数是材
料的主要物理性质之一,它是衡量材料的热稳定性好坏的一个重要指标。在实际应用中,当两种不同的材料彼此焊接或熔接时,选择材料的热膨胀系数显得尤为重要,如玻璃仪器、陶瓷制品的焊接加工,都要求二种材料具备相近的膨胀系数。在电真空工业和仪器制造工业中广泛地将非金属材料(玻璃、陶瓷)与各种金属焊接,也要求两者有相适应的热膨胀系数;如果选择材料的膨胀系数相差比较大,焊接时由于膨胀的速度不同,在焊接处产生应力,降低了材料的机械强度和气密性,严重时会导致焊接处脱落、炸裂、漏气或漏油。如果层状物由两种材料迭置连接而成,则温度变化时,由于两种材料膨胀值不同,若仍连接在一起,体系中要采用一中间膨胀值,从而使一种材料中产生压应力而另一种材料中产生大小相等的张应力,恰当地利用这个特性,可以增加制品的强度。因此,测定材料的热膨胀系数具有重要的意义。
仪器由传感装置,电炉火,小车,基座,电器控制柜五部分组成,电驴升温后,炉膛内的试样发生膨胀,顶在试样端部的测试杆产生与之等量的位移量(如果不计系统的热变形量的话)。这一位移量由电感位移计精确地测量出来,并由位移显示。
为消除系统热变形量对测试结果的影响,在计算中需加上相应的补偿值才是试样的真实膨胀值才是试样的真实膨胀值。
1、传感装置中德测试杆一端顶着试样,端连着电感位移计铁芯,试样的另一端顶在固定的试样挡板上,因而试样在此端的自由度被限制了,所以试样的膨胀将引起位移传感器的铁芯相应的位移。
2、试样装在试管中固定不动,进出炉膛靠移动电阻炉来实现。这样避免了试样受到振动。电阻炉膛装在小车上,小车可在基座导轨上移动。
3、电气部分。电驴采用硅碳棒发热,炉温测定采用相应热电偶及温控仪。
五、实验结果分析:
如图所示,上三个图分别表示位移,线膨胀系数、线膨胀百分率和体膨胀系数的关系。位移和线膨胀百分率随着温度的增加增大。基本上是呈线性关系。体膨胀系数与温度的关系:开始时体膨胀系数增加的比较快,过一段时间后增加的比较慢,然后区于平稳。
实验二 树脂导热系数测试
一、实验目的:测试树脂材料的导热系数
二、实验原理:
1. 导热系数
根据1882年傅立叶(J.Fourier)建立的热传导理论,当材料内部有温度梯度存在时,就有热量从高温处传向低温处,这时,在时间内通过面积的热量,正比于物体内的温度梯度,其比例系数是热导系数,即:
(1)
式中为传热速率,是与面积相垂直的方向上的温度梯度,负号表示热量从温度高的地方传到温度低的地方,是导热系数。国际单位制中,导热系数的单位为W·m-1·K-1。
2. 用稳态平板法测不良导体的导热系数
设圆盘P为待测样品,如图1所示,待测样品P、散热盘B二者的规格相同,厚度均为、截面积均为(,为圆盘直径),上下两面的温度为和保持稳定,侧面近似绝热,则根据(1)式可以知道传热速率为:
(2)
为了减小侧面散热的影响,圆盘P的厚度不能太大。由于待测圆盘的上下表面的温度和是用加热盘A的底部和散热盘B的顶部的温度来表示的,所以必须保证样品与加热盘A和散热盘B紧密接触。
图1、导热系数测定原理
所谓稳态法就是获得稳定的温度分布,这时温度和也就稳定了。当和的值稳定不变时,这时可以认为通过样品P的
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