第一章 热学性能(膨胀分析)

1、u热膨胀系数热膨胀系数u膨胀的物理本质膨胀的物理本质u影响膨胀的因素影响膨胀的因素u膨胀的测量膨胀的测量u膨胀分析的应用膨胀分析的应用2.1热膨胀系数热膨胀系数一、线膨胀系数一、线膨胀系数热膨胀热膨胀:物体的体积或长度随温度升高而增大的现象。物体的体积或长度随温度升高而增大的现象。 不同的材料升高相同的温度膨胀量不相同。不同的材料升高相同的温度膨胀量不相同。膨胀系数膨胀系数：温度升高：温度升高1K时，物体的相对伸长。用时，物体的相对伸长。用表示表示固体材料的膨胀系数并不是一个常数，也就是说相同的材料的膨胀系数随温度固体材料的膨胀系数并不是一个常数，也就是说相同的材料的膨胀系数随温度的变化而变化

2、。因此用平均膨胀系数表示的变化而变化。因此用平均膨胀系数表示二、体积膨胀系数二、体积膨胀系数3、热膨胀的物理本质、热膨胀的物理本质4、膨胀系数和其他性能的关系、膨胀系数和其他性能的关系（1）热膨胀和结合能、熔点的关系热膨胀和结合能、熔点的关系 质点间结合力越强，结合能越大，熔点越高，热质点间结合力越强，结合能越大，熔点越高，热膨胀系数越小膨胀系数越小单质材料 min0)(10-10m) 结合能(103J/mol) 熔点（） l(10-6) 金刚石 1.54 712.3 3500 2.5 硅 2.35 364.5 1415 3.5 锡 5.3 301.7 232 5.3 （2）热膨胀与温度、热容

3、关系）热膨胀与温度、热容关系tgrdTdrrdTrLdTdL000115、影响膨胀性能的因素、影响膨胀性能的因素（1）相变的影响）相变的影响一级相变：一级相变：AP M F 及同素异构转变及同素异构转变二级相变：有序无序转变，磁性转变等二级相变：有序无序转变，磁性转变等（ 2 ）成分和组织结构的影响）成分和组织结构的影响固溶体：固溶体：不同结构的物质：不同结构的物质：多相体：多相体：各向异性的物体：2.2膨胀的测量膨胀的测量一、光学膨胀仪（1）光杠杆法（2）光干涉法二、点测试膨胀仪（1）电感式膨胀仪(2)电容式膨胀仪2.3膨胀分析的应用膨胀分析的应用一、确定组织转变温度一、确定组织转变温度1、

4、转变点的测量、转变点的测量2、碳钢的膨胀分析曲线、碳钢的膨胀分析曲线亚共析钢的加热膨胀曲线如图示，根据亚共析钢的加热膨胀曲线分析亚共析钢的加热膨胀曲线如图示，根据亚共析钢的加热膨胀曲线分析亚共析钢在奥氏体化过程中组织随曲线的变化情况。亚共析钢在奥氏体化过程中组织随曲线的变化情况。 从图中可看出，亚共析钢的加热膨胀曲线从图中可看出，亚共析钢的加热膨胀曲线分为共析转变和自由铁素体两个阶段分为共析转变和自由铁素体两个阶段。曲线上曲线上ae段对应与珠光体转变为奥氏体过段对应与珠光体转变为奥氏体过程，由于奥氏体的比容比珠光体小，因此程，由于奥氏体的比容比珠光体小，因此组织转变使试样产生明显的收缩导致曲线

5、组织转变使试样产生明显的收缩导致曲线陡直下降。陡直下降。曲线曲线eb段对应于铁素体溶解于奥氏体的过程，由于加段对应于铁素体溶解于奥氏体的过程，由于加热时在一个温度区逐渐完成，因此曲线缓慢下降。热时在一个温度区逐渐完成，因此曲线缓慢下降。转变结束后直线的斜率增加，说明奥氏体的膨胀系数较珠光体大。转变结束后直线的斜率增加，说明奥氏体的膨胀系数较珠光体大。共析钢和过共析钢共析钢和过共析钢二、研究钢的等温转变（二、研究钢的等温转变（TTT图）图） 用膨胀分析法绘制共析钢的等温转变的动力学曲线，用膨胀分析法绘制共析钢的等温转变的动力学曲线，并简述其原理及过程并简述其原理及过程。1 1）ACAC是加热膨胀

6、曲线，加热过程中，由于奥氏体的比容较小，是加热膨胀曲线，加热过程中，由于奥氏体的比容较小，试样收缩，转变结束，试样继续随温度的增加而增加，完成试样收缩，转变结束，试样继续随温度的增加而增加，完成奥氏体化过程。奥氏体化过程。2 2）OEOE为试样冷却等温转变曲线，冷却过程中由于等温转变产为试样冷却等温转变曲线，冷却过程中由于等温转变产物的比容大于奥氏体，曲线随时间增加而伸长，由于试样的物的比容大于奥氏体，曲线随时间增加而伸长，由于试样的伸长和转变量成正比，可用试样的伸长表示转变量，即该曲伸长和转变量成正比，可用试样的伸长表示转变量，即该曲线表示转变量与时间的关系曲线，线表示转变量与时间的关系曲线

7、，B B点和点和E E是曲线的拐点，分是曲线的拐点，分别对应转变的开始时间点别对应转变的开始时间点t1t1和转变终了时间和转变终了时间t2t2点。点。4 4）把每一个温度测得转变开始点与终了点连成曲线即得共析）把每一个温度测得转变开始点与终了点连成曲线即得共析钢转变的钢转变的TTTTTT图图。 三、三、Ms点的测量点的测量l奥氏体转变产生明显的体积效应，用膨胀分析法可获得较好的测量效果l但AM冷却速度较快，因此必须具有相应的淬火机构和快速记录装置，一般用光学膨胀仪或全自动膨胀仪测量。四、建立钢的连续冷却转变图四、建立钢的连续冷却转变图五、研究淬火钢的回火转变五、研究淬火钢的回火转变W(C)=0

8、.94%W(C)=0.94%的碳钢淬火后组织为马氏体加残余奥氏体，该钢在回火的碳钢淬火后组织为马氏体加残余奥氏体，该钢在回火的过程中测得的膨胀曲线如图示，试分析该钢回火过程中的体积变化的过程中测得的膨胀曲线如图示，试分析该钢回火过程中的体积变化及所对应的组织转变及所对应的组织转变马氏体在回火过程中，由于马氏体比容马氏体在回火过程中，由于马氏体比容较大，当马氏体发生转变时，体积会收较大，当马氏体发生转变时，体积会收缩，当转变为马氏体时，体积会膨胀缩，当转变为马氏体时，体积会膨胀由图可知，由图可知，8080160温度区间由于发生温度区间由于发生了亚稳定碳化物了亚稳定碳化物相的析出导致马氏体分相的析出导致马氏体分解，正方度下降，体积发生了明显收缩；解，正方度下降，体积发生了明显收缩；230 280温度区间残余奥氏体发生了温度区间残余奥氏体发生了分解，转变为回火马氏体，体积发生膨胀分解，转变为回火马氏体，体积发生膨胀260 260 360温度区马氏体继续分解，亚温度区马氏体继续分解，亚