材料的熱膨脹系數是材料的一個非常重要的物理特性。幾乎任何工業設計都必須考慮材料的溫度特性，而膨脹系數就是溫度特性的重要方面。線性熱膨脹系數反映了固態物質當溫度改變1℃時，物體長度變化的程度。

圖1  不銹鋼棒

當零件的工作溫度與制作加工溫度不同時，設計時必須考慮其熱膨脹系數，比如工作在高溫環境下的機器零件，加工時一般是在常溫下，設計時必須考慮留出熱膨脹余量，有些零件要求工作時緊密配合，可以根據其熱膨脹系數，安裝時加以冷凍，使之縮小，安裝完畢，恢復常溫，就會得到非常巨大的緊力。鋼材圓形棒用途廣泛，測定其熱膨脹系數也是檢測其可靠性的一個重要因素。另外，材料在高溫下無法直接測量其密度，考慮材料的熱脹冷縮，利用線性熱膨脹系數來換算是一個非常方便又有效的方式。

本案例應客戶要求，檢測不銹鋼棒的線性熱膨脹系數。

線性熱膨脹系數

實驗概述：

在23±2℃，50±5%R.H環境，使用熱機械分析儀（耐馳TMA402F3），根據標準ASTM E831-14 用熱機械分析法測定固體材料線性熱膨脹的試驗方法對樣品進行測試。

首先，將樣品制作成TMA標準試樣，長度約2-10mm，寬度和厚度不超過10mm，測試方向上的兩表面平行且光滑，調試儀器后，將樣品置于樣品臺上，移動樣品，使得探頭在樣品正中位置，輸入樣品信息及環境條件，在N2保護氣氛中，以5℃/min的速率，從0℃升溫到600℃測量線性熱膨脹系數進而計算樣品在高溫狀態的密度。結果如下:

備注：樣品在23℃時密度為8.232g/cm³。

圖2  樣品測試曲線

通過比較測試結果與規格值及工件的加工精度要求，可以確定此批材料滿足要求，同時可以確定加工需限定的最高溫度。

熱分析是在程序控制溫度下，測量物質的物理性能隨溫度變化的技術。在表征材料的熱性能、物理性能、機械性能以及穩定性等方面有著廣泛地應用，對于材料的研究開發和生產中的質量控制都具有很重要的實際意義。

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