Температурный коэффициент линейного расширения кирпича
Коэффициент теплового расширения
Коэффициент теплового расширения — величина, характеризующая относительную величину изменения объёма или линейных размеров тела с увеличением температуры на 1 К при постоянном давлении. В соответствии с этим различают:
Содержание
Коэффициент объёмного теплового расширения
и, для твёрдых тел,
Коэффициент линейного теплового расширения
Коэффициент линейного теплового расширения показывает относительное изменение длины тела при нагревании на температуру ΔT:
— относительное изменение линейного размера тела при нагревании его на dT градусов при постоянном давлении.
В общем случае, коэффициент линейного теплового расширения может быть различен при измерении вдоль разных направлений: αx, αy, αz. Для изотропных тел 
и αV = 3αL;.
Например, вода, в зависимости от температуры, имеет коэффициент объёмного расширения
Для железа коэффициент линейного расширения равен 11,3×10 −6 K −1 [1] .
Для стали
Таблица коэффициента линейного расширения α,10 −6 /°C [2]
| Марка стали | 20—100 °C | 20—200 °C | 20—300 °C | 20—400 °C | 20—500 °C | 20—600 °C | 20—700 °C | 20—800 °C | 20—900 °C | 20—1000 °C |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 08кп | 12,5 | 13,4 | 14,0 | 14,5 | 14,9 | 15,1 | 15,3 | 14,7 | 12,7 | 13,8 |
| 08 | 12,5 | 13,4 | 14,0 | 14,5 | 14,9 | 15,1 | 15,3 | 14,7 | 12,7 | 13,8 |
| 10кп | 12,4 | 13,2 | 13,9 | 14,5 | 14,9 | 15,1 | 15,3 | 14,7 | 14,8 | 12,6 |
| 10 | 11,6 | 12,6 | — | 13,0 | — | 14,6 | — | — | — | — |
| 15кп | 12,4 | 13,2 | 13,9 | 14,5 | 14,8 | 15,1 | 15,3 | 14,1 | 13,2 | 13,3 |
| 15 | 12,4 | 13,2 | 13,9 | 14,4 | 14,8 | 15,1 | 15,3 | 14,1 | 13,2 | 13,3 |
| 20кп | 12,3 | 13,1 | 13,8 | 14,3 | 14,8 | 15,1 | 15,2 | — | — | — |
| 20 | 11,1 | 12,1 | 12,7 | 13,4 | 13,9 | 14,5 | 14,8 | — | — | — |
| 25 | 12,2 | 13,0 | 13,7 | 14,4 | 14,7 | 15,0 | 15,2 | 12,7 | 12,4 | 13,4 |
| 30 | 12,1 | 12,9 | 13,6 | 14,2 | 14,7 | 15,0 | 15,2 | — | — | — |
| 35 | 11,1 | 11,9 | 13,0 | 13,4 | 14,0 | 14,4 | 15,0 | — | — | — |
| 40 | 12,4 | 12,6 | 14,5 | 13,3 | 13,9 | 14,6 | 15,3 | — | — | — |
| 45 | 11,9 | 12,7 | 13,4 | 13,7 | 14,3 | 14,9 | 15,2 | — | — | — |
| 50 | 11,2 | 12,0 | 12,9 | 13,3 | 13,7 | 13,9 | 14,5 | 13,4 | — | — |
| 55 | 11,0 | 11,8 | 12,6 | 13,4 | 14,0 | 14,5 | 14,8 | 12,5 | 13,5 | 14,4 |
| 60 | 11,1 | 11,9 | — | 13,5 | 14,6 | — | — | — | — | — |
| 15К | — | 12,0 | 12,8 | 13,6 | 13,8 | 14,0 | — | — | — | — |
| 20К | — | 12,0 | 12,8 | 13,6 | 13,8 | 14,2 | — | — | — | — |
| 22 | 12,6 | 12,9 | 13,3 | 13,9 | — | — | — | — | — | — |
| А12 | 11,9 | 12,5 | — | 13,6 | 14,2 | — | — | — | — | — |
| 16ГС | 11,1 | 12,1 | 12,9 | 13,5 | 13,9 | 14,1 | — | — | — | — |
| 20Х | 11,3 | 11,6 | 12,5 | 13,2 | 13,7 | — | — | — | — | — |
| 30Х | 12,4 | 13,0 | 13,4 | 13,8 | 14,2 | 14,6 | 14,8 | 12,0 | 12,8 | 13,8 |
| 35Х | 11,3 | 12,0 | 12,9 | 13,7 | 14,2 | 14,6 | — | — | — | — |
| 38ХА | 11,0 | 12,0 | 12,2 | 12,9 | 13,5 | — | — | — | — | — |
| 40Х | 11,8 | 12,2 | 13,2 | 13,7 | 14,1 | 14,6 | 14,8 | 12,0 | — | — |
| 45Х | 12,8 | 13,0 | 13,7 | — | — | — | — | — | — | — |
| 50Х | 12,8 | 13,0 | 13,7 | — | — | — | — | — | — | — |
Измерения коэффициента теплового расширения
Приборы для измерения коэффициента теплового расширения жидкостей, газов и твёрдых тел называют дилатометрами.
Коэффициент линейного расширения для различных марок стали
Поиск и выбор коэффициента линейного расширения для различных марок сталей и сплавов по таблице, при указанных температурах °C. В таблице использованы справочники [1, 2, 3].
Для выбора марок стали следует пользоваться системой поиска по таблице.
Коэффициент линейного расширения α, 10 –6 1/°C
| Марка стали, сплава | 20–100°C | 20–200°C | 20–300°C | 20–400°C | 20–500°C | 20–600°C | 20–700°C | 20–800°C | 20–900°C | 20–1000°C |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 08 | 12,5 | 13,4 | 14,0 | 14,5 | 14,9 | 15,1 | 15,3 | 14,7 | 12,7 | 13,8 |
| 08кп | 12,5 | 13,4 | 14,0 | 14,5 | 14,9 | 15,1 | 15,3 | 14,7 | 12,7 | 13,8 |
| 10 | 11,6 | 12,6 | — | 13,0 | — | 14,6 | — | — | — | — |
| 10кп | 12,4 | 13,2 | 13,9 | 14,5 | 14,9 | 15,1 | 15,3 | 14,7 | 14,8 | 12,6 |
| 15 | 12,4 | 13,2 | 13,9 | 14,4 | 14,8 | 15,1 | 15,3 | 14,1 | 13,2 | 13,3 |
| 15кп | 12,4 | 13,2 | 13,9 | 14,5 | 14,8 | 15,1 | 15,3 | 14,1 | 13,2 | 13,3 |
| 20 | 11,1 | 12,1 | 12,7 | 13,4 | 13,9 | 14,5 | 14,8 | — | — | — |
| 20 [5] | 11,6 | 12,6 | 13,1 | 13,6 | 14,1 | 14,6 | 14,8 | 12,9 | — | — |
| 20кп | 12,3 | 13,1 | 13,8 | 14,3 | 14,8 | 15,1 | 15,2 | — | — | — |
| 25 | 12,2 | 13,0 | 13,7 | 14,4 | 14,7 | 15,0 | 15,2 | 12,7 | 12,4 | 13,4 |
| 30 | 12,1 | 12,9 | 13,6 | 14,2 | 14,7 | 15,0 | 15,2 | — | — | — |
| 35 | 11,1 | 11,9 | 13,0 | 13,4 | 14,0 | 14,4 | 15,0 | — | — | — |
| 40 | 11,9 | 12,8 | 13,5 | 14,1 | 14,6 | 14,9 | 15,2 | 12,5 | 13,5 | 14,5 |
| 45 | 11,9 | 12,7 | 13,4 | 13,7 | 14,3 | 14,9 | 15,2 | — | — | — |
| 50 | 11,2 | 12,0 | 12,9 | 13,3 | 13,7 | 13,9 | 14,5 | 13,4 | — | — |
| 55 | 11,0 | 11,8 | 12,6 | 13,4 | 14,0 | 14,5 | 14,8 | 12,5 | 13,5 | 14,4 |
| 60 | 11,0 | 11,9 | — | 13,5 | 14,6 | — | — | — | — | — |
| 15К | — | 12,0 | 12,8 | 13,6 | 13,8 | 14,0 | — | — | — | — |
| 20К | — | 12,0 | 12,8 | 13,6 | 13,8 | 14,2 | — | — | — | — |
| 22К | 12,6 | 12,9 | 13,3 | 13,9 | — | — | — | — | — | — |
| 22К [5] | 11,8 | 12,2 | 12,8 | 13,2 | 13,5 | 13,9 | 14,6 | 12,7 | 12,4 | 13,4 |
| А12 | 11,9 | 12,5 | — | 13,6 | 14,2 | — | — | — | — | — |
| 15Г | 12,3 | — | 13,2 | — | — | 14,9 | — | — | — | — |
| 20Г | 12,3 | 13,4 | 14,4 | 15,1 | — | 15,2 | — | — | — | — |
| 30Г | 12,6 | 13,9 | 14,6 | 15,0 | 15,5 | 15,6 | 14,8 | — | — | — |
| 40Г | 11,1 | 11,7 | 12,7 | — | 14,3 | — | — | — | — | — |
| 50Г | 11,8 | 12,5 | 13,2 | 13,8 | 14,3 | 14,8 | 15,1 | 12,3 | — | — |
| 16ГС | 11,1 | 12,1 | 12,9 | 13,5 | 13,9 | 14,1 | — | — | — | — |
| 10Г2 | 11,3 | — | — | 14,7 | — | — | — | — | — | — |
| 45Г2 | 11,3 | 11,9 | 12,7 | — | 14,7 | — | — | — | — | — |
| 09Г2С [9] | 11,4 | 12,2 | 12,6 | 13,2 | 13,8 | — | — | — | — | — |
| 09Г2С** | 11,9 | 12,5 | 13,1 | 13,6 | 14,0 | 14,4 | — | — | — | — |
| 20Х | 10,5 | 11,6 | 12,4 | 13,1 | 13,6 | 14,0 | — | — | — | — |
| 30Х | 12,4 | 13,0 | 13,4 | 13,8 | 14,2 | 14,6 | 14,8 | 12,0 | 12,8 | 13,8 |
| 35Х | 11,3 | 12,0 | 12,9 | 13,7 | 14,2 | 14,6 | — | — | — | — |
| 38ХА | 12,7 | 13,1 | 13,5 | 13,8 | 14,2 | 14,6 | — | — | — | — |
| 40Х | 11,8 | 12,2 | 13,2 | 13,7 | 14,1 | 14,6 | 14,8 | 12,0 | — | — |
| 45Х | 12,8 | 13,0 | 13,7 | — | — | — | — | — | — | — |
| 50Х | 12,8 | 13,0 | 13,7 | — | — | — | — | — | — | — |
| 05Г4ДМФ | 12,5 | 13,3 | 14,28 | 14,26 | 14,68 | 14,95 | 14,85 | — | — | — |
| 10ГН2МФА, 10ГН2МФА-ВД, |
* Приведены данные для сталей 12Х18Н9Т и 12Х18Н12М3Т.
- Марочник сталей и сплавов. 2-е изд.,исправл. и доп. / Зубченко А.С., Колосков М.М., Каширский Ю.В. и др. Под ред. А.С. Зубченко. М.: Машиностроение, 2003. 784 с.
- Михайлов-Михеев П.Б. Справочник по металлическим материалам турбино- и моторостроения. М.: Машгиз, 1961. 838 с.
- Машиностроение. Энциклопедия. Т. II–3. Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы. /Под общей редакцией И.Н. Фридляндера. М.: Машиностроение, 2001. 880 с.
- Журавлев В.Н., Николаева О.И. Машиностроительные стали. Справочник. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1992. 480 с.
- Стали и сплавы. Марочник. Справ. изд. /Сорокин В.Г. и др. Науч. ред. В.Г. Сорокин, М.А. Гервасьев. М.: Интермет Инжиниринг, 2001. 608 с.
- Марочник стали и сплавов для атомных энергетических установок. /Под ред. И.Р. Крянина, Г.П. Федорцова-Лутикова. М.: ЦНИИТМАШ, 1971. 195 с.
- Масленков С.Б., Ляпунов А.И., Зинченко В.М., Ушаков Б.К. Энциклопедический справочник термиста-технолога. В 3-х т. Т. 3. М.: Наука и технология, 2004. 704 с.
- Масалева Е.Н., Пигрова Г.Д. Фазовые превращения в высокохромной нержавеющей стали 0Х11Н10М2Т. МиТОМ, 1976, № 9. С. 38–41.
- Масленков С.Б., Масленкова Е.А. Стали и сплавы для высоких температур. Справочное издание. В 2-х книгах. Кн. 1. М.: Металлургия, 1991. 383 с.
- Международный транслятор современных сталей и сплавов. /Под ред. В.Я. Кершенбаума. Т. 2. М.: Интак, 1992. 556 с.
Похожие статьи
Маркировка цветных сплавов в России и странах СНГ
Содержание страницы1. Никелевые сплавы2. Алюминиевые сплавы3. Медь и медные сплавы4. Баббиты5. Титановые сплавы6. Циркониевые сплавы 1. Никелевые сплавы К сплавам на основе никеля отнесены материалы, в которых содержание никеля не менее 55%. В зависимости от области применения сплавы на основе никеля поделены на 2 группы: Деформируемые сплавы, предназначенные для работы в коррозионно-активных средах и при […]
Маркировка сталей по Евронормам
Содержание страницы1. Наименования сталей2. Порядковые номера стали Европейская система обозначений сталей подробно приводится в стандарте EN 10027, состоящем из двух частей: часть 1 определяет порядок наименований сталей (присвоения им буквенно-цифровых обозначений), а часть 2 – порядок присвоения сталям порядковых номеров. 1. Наименования сталей Согласно EN 10027 (часть 1) стали по порядку присвоения им наименований делятся […]
Маркировка цветных сплавов за рубежом
Содержание страницы1. Никелевые сплавы2. Алюминиевые сплавы3. Медь и медные сплавы4. Титановые сплавы5. Циркониевые сплавы 1. Никелевые сплавы За рубежом маркировка никелевых сплавов, как и в России, близка к обозначениям, применяемым для сталей. Например, немецкая марка NiCr7030 означает сплав, в котором более 60% никеля, 20–32% хрома, около 5% железа. 2. Алюминиевые сплавы В США наиболее широко […]
Коэффициент теплового расширения
| Коэффициент теплового расширения | |
|---|---|
| β = 1 V ( d V d T ) p > | |
| Размерность | Θ −1 |
| Единицы измерения | |
| СИ | К −1 |
| СГС | К −1 |
Коэффицие́нт теплово́го расшире́ния — физическая величина, характеризующая относительное изменение объёма или линейных размеров тела с увеличением температуры на 1 К при постоянном давлении. Имеет размерность обратной температуры. Различают коэффициенты объёмного и линейного расширения.
Содержание
- 1 Коэффициент объёмного теплового расширения
- 2 Коэффициент линейного теплового расширения
- 2.1 Для сталей
- 3 Отрицательный коэффициент теплового расширения
- 4 Измерение коэффициента теплового расширения
- 5 Примечания
- 6 См. также
- 7 Ссылки
Коэффициент объёмного теплового расширения
β = 1 V ( ∂ V ∂ T ) p
> 
, К −1 (°C −1 ) — относительное изменение объёма тела, происходящее в результате изменения его температуры на 1 К при постоянном давлении.
Вода, в зависимости от температуры, имеет различный коэффициент объёмного расширения:
- 0,53⋅10 −4 К −1 (при температуре 5—10 °C);
- 1,50⋅10 −4 К −1 (при температуре 10—20 °C);
- 3,02⋅10 −4 К −1 (при температуре 20—40 °C);
- 4,58⋅10 −4 К −1 (при температуре 40—60 °C);
- 5,87⋅10 −4 К −1 (при температуре 60—80 °C).
Коэффициент линейного теплового расширения
α L = 1 L ( ∂ L ∂ T ) p ≈ Δ L L Δ T
approx , К −1 (°C −1 ) — относительное изменение линейных размеров тела, происходящее в результате изменения его температуры на 1 К при постоянном давлении.
В общем случае, коэффициент линейного теплового расширения может быть различен при измерении вдоль разных направлений. Например, у анизотропных кристаллов, древесины коэффициенты линейного расширения по трём взаимно перпендикулярным осям: α x ; α y ; α z . Для изотропных тел α x = α y = α z и α V = 3 α L .
Для железа коэффициент линейного расширения равен 11,3×10 −6 K −1 [1] .
Для сталей
Таблица значений коэффициента линейного расширения α, 10 −6 K −1 [2]
| Марка стали | 20—100 °C | 20—200 °C | 20—300 °C | 20—400 °C | 20—500 °C | 20—600 °C | 20—700 °C | 20—800 °C | 20—900 °C | 20—1000 °C |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 08кп | 12,5 | 13,4 | 14,0 | 14,5 | 14,9 | 15,1 | 15,3 | 14,7 | 12,7 | 13,8 |
| 08 | 12,5 | 13,4 | 14,0 | 14,5 | 14,9 | 15,1 | 15,3 | 14,7 | 12,7 | 13,8 |
| 10кп | 12,4 | 13,2 | 13,9 | 14,5 | 14,9 | 15,1 | 15,3 | 14,7 | 14,8 | 12,6 |
| 10 | 11,6 | 12,6 | — | 13,0 | — | 14,6 | — | — | — | — |
| 15кп | 12,4 | 13,2 | 13,9 | 14,5 | 14,8 | 15,1 | 15,3 | 14,1 | 13,2 | 13,3 |
| 15 | 12,4 | 13,2 | 13,9 | 14,4 | 14,8 | 15,1 | 15,3 | 14,1 | 13,2 | 13,3 |
| 20кп | 12,3 | 13,1 | 13,8 | 14,3 | 14,8 | 15,1 | 20 | — | — | — |
| 20 | 11,1 | 12,1 | 12,7 | 13,4 | 13,9 | 14,5 | 14,8 | — | — | — |
| 25 | 12,2 | 13,0 | 13,7 | 14,4 | 14,7 | 15,0 | 15,2 | 12,7 | 12,4 | 13,4 |
| 30 | 12,1 | 12,9 | 13,6 | 14,2 | 14,7 | 15,0 | 15,2 | — | — | — |
| 35 | 11,1 | 11,9 | 13,0 | 13,4 | 14,0 | 14,4 | 15,0 | — | — | — |
| 40 | 12,4 | 12,6 | 14,5 | 13,3 | 13,9 | 14,6 | 15,3 | — | — | — |
| 45 | 11,9 | 12,7 | 13,4 | 13,7 | 14,3 | 14,9 | 15,2 | — | — | — |
| 50 | 11,2 | 12,0 | 12,9 | 13,3 | 13,7 | 13,9 | 14,5 | 13,4 | — | — |
| 55 | 11,0 | 11,8 | 12,6 | 13,4 | 14,0 | 14,5 | 14,8 | 12,5 | 13,5 | 14,4 |
| 60 | 11,1 | 11,9 | — | 13,5 | 14,6 | — | — | — | — | — |
| 15К | — | 12,0 | 12,8 | 13,6 | 13,8 | 14,0 | — | — | — | — |
| 20К | — | 12,0 | 12,8 | 13,6 | 13,8 | 14,2 | — | — | — | — |
| 22 | 12,6 | 12,9 | 13,3 | 13,9 | — | — | — | — | — | — |
| А12 | 11,9 | 12,5 | — | 13,6 | 14,2 | — | — | — | — | — |
| 16ГС | 11,1 | 12,1 | 12,9 | 13,5 | 13,9 | 14,1 | — | — | — | — |
| 20Х | 11,3 | 11,6 | 12,5 | 13,2 | 13,7 | — | — | — | — | — |
| 30Х | 12,4 | 13,0 | 13,4 | 13,8 | 14,2 | 14,6 | 14,8 | 12,0 | 12,8 | 13,8 |
| 35Х | 11,3 | 12,0 | 12,9 | 13,7 | 14,2 | 14,6 | — | — | — | — |
| 38ХА | 11,0 | 12,0 | 12,2 | 12,9 | 13,5 | — | — | — | — | — |
| 40Х | 11,8 | 12,2 | 13,2 | 13,7 | 14,1 | 14,6 | 14,8 | 12,0 | — | — |
| 45Х | 12,8 | 13,0 | 13,7 | — | — | — | — | — | — | — |
| 50Х | 12,8 | 13,0 | 13,7 | — | — | — | — | — | — | — |
Отрицательный коэффициент теплового расширения
Некоторые материалы при повышении температуры демонстрируют не расширение, а наоборот, сжатие, то есть имеют отрицательный коэффициент теплового расширения. Для некоторых веществ это проявляется на довольно узком температурном интервале, как, например, у воды на интервале температур 0…+3,984 °С, для других веществ и материалов, например фторид скандия(III), вольфрамат циркония (ZrW2O8) [3] , некоторых углепластиков интервал весьма широк. Подобное поведение демонстрирует также обычная резина. При сверхнизких температурах аналогичным образом ведут себя кварц, кремний и ряд других материалов. Также существуют инварные сплавы (ферро-никелевые), имеющие в некотором диапазоне температур коэффициент теплового расширения, близкий к нулю.
Измерение коэффициента теплового расширения
Приборы для измерения коэффициента теплового расширения жидкостей, газов и твёрдых тел называют дилатометрами.
Прецизионные сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения
| На странице представлено описание данных сплавов: физические и механические свойства, области применения, марки, виды продукции. |
Основные сведения
Температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) — физическая величина, характеризующая относительное изменение линейных размеров тела с увеличением температуры на 1 °К при постоянном давлении.
Прецизионные сплавы с заданным ТКЛР — материалы, для которых регламентировано значение данного коэффициента в определенных интервалах температур. То есть эти сплавы гарантируют заранее известное изменение линейных размеров изделия в заданном температурном диапазоне.
Рассматриваемые материалы отличаются достаточной прочностью и высокой пластичностью, что позволяет изготавливать из них продукцию широкого сортамента.
Можно выделить несколько химических систем, на основе которых строятся сплавы с заданным ТКЛР. Для магнитных материалов это железо-никель (Fe-Ni) и железо-хром (Fe-Cr). Они имеют минимальный, низкий и средний коэффициент. Для немагнитных базой являются системы на основе хрома (Cr) с легирующими добавками в виде железа (Fe), марганца (Mn), рения (Re), тантала (Ta) и др. Они дают минимальный и низкий коэффициент. Средний температурный коэффициент характерен для сплавов на базе никеля (Ni) с добавками молибдена (Mo), вольфрама (Wo), хрома (Cr), марганца (Mn); на базе циркония (Zr) с легирующим элементом в виде титана (Ti); на основе титана (Ti) с легированием молибденом (Mo) и ванадием (V). Системы марганец-никель-медь (Mn-Ni-Cu) имеют высокий температурный коэффициент.
Классификация
| Группа | Марка | Общая техническая характеристика | Назначение |
|---|---|---|---|
| Ферромагнитные сплавы | |||
| С минимальным температурным коэффициентом линейного расширения | 36Н 36Н-ВИ 32НКД 32НК-ВИ 32НК-ЭЛ 36НХ 35НКТ 35НКГ 39Н 36НГ6 36НГТ | Имеют ТКЛР ниже 3,5·10 -6 K -1 до температуры не выше 100 °С | Для различных деталей измерительных приборов, в метрологии, геодезии, в качестве составляющих термобиметаллов, для базисных устройств газовых лазеров, трубопроводов криогенных жидкостей и т. п. Выбор сплава производится с учетом его температурного коэффициента, механических свойств, устойчивости к фазовым превращениям в интервале рабочих температур и нагрузок |
| С низким температурным коэффициентом линейного расширения | 42Н 42НА-ВИ 44Н 46Н 38НК | Имеют температурный коэффициент от 3,0 до 7,0·10 -6 K -1 до температуры перегиба дилатометрической кривой (Тп). Выше Тп тепловое расширение резко возрастает | Для соединения с керамикой низкотемпературными припоями, цементами, клеями, для оснований никелевых и прочих сеток, как конструкционные материалы с заданным ТКЛР |
| 30НДК 29НК 30НКФ | ТКЛР от 4 до 7·10 -6 K -1 и низким тепловым расширением после температуры перегиба | Широко применяются для вакуумноплотных соединений со стеклами С39-1, C48-1, С52-1, С59-3 и т. д. | |
| Со средним температурным коэффициентом линейного расширения | 34НК 31НК 24НК 33НК | Имеют ТКЛР 5,5-8,0·10 -6 K -1 до температуры перегиба и минимальный температурный коэффициент выше температуры перегиба | Для соединения с керамикой типа «22ХС» и «поликор», лейкосапфиром и т. п. высокотемпературными припоями с температурой плавления 800-1000 °С |
| 38НКД 47НХ 48НХ 47НЗХ 47НХР 50НЗХЮ 18ХТФ 52Н 47НД | ТКЛР от 7-12·10 -6 K -1 | Для соединения с мягкими стеклами С80-1, С72-1, С76-4, С95-3, С94-1, С93-2, С93-4, С90-1 и т. д. | |
| 58Н-ВИ | ТКЛР 11·10 -6 K -1 | Для штриховых мер с постоянством размеров во времени | |
| Немагнитные сплавы | |||
| С минимальным температурным коэффициентом линейного расширения | 95ХК 96Х | Имеют ТКЛР от 1 до 6·10 -6 K -1 до температуры не выше 100 °С | Для изготовления деталей, от которых требуется высокая стабильность размеров, повышенная твердость, коррозионная стойкость и отсутствие искажений магнитных полей |
| 75НМ-ВИ 80НМВ 80HMBX3 76НХВГ | ТКЛР от 10 до 15·10 -6 K -1 до температуры 900 °С | Для соединения с «мягкими» стеклами и керамикой, как конструкционный материал с заданным ТКЛР | |
| 93ЦТ | ТКЛР 6·10 -6 K -1 до температуры 700 °С | ||
| 72ТФ 75ТМ | ТКЛР 8-10·10 -6 K -1 до температуры 900 °С | ||
| С высоким температурным коэффициентом линейного расширения | 56ДГНХ 70ГНДХ | ТКЛР выше 15·10 -6 K -1 в интервале температур от 20 °С до температуры плавления | Для деталей, согласованных по тепловому расширению с алюминиевыми сплавами, и для активных составляющих термобиметаллов |
Свойства
Основными факторами, влияющими на характеристики материалов, являются химический состав, технология производства и ряд других особенностей. Удобно рассматривать свойства в рамках групп, описанных в разделе Классификация. Температурные коэффициенты для групп приведены в табл. 1.
С практической точки зрения для прецизионных сплавов рассматриваемой группы самым важным является температурный коэффициент линейного расширения. Условно его значения можно классифицировать как минимальные, низкие, средние, высокие.
Также важными являются технологические, физические, механические и химические свойства. Первые определяют, какой тип продукции и каким способом можно изготовить. Остальные определяют эксплуатационные характеристики (максимальные рабочие температуры, механические нагрузки, среда и так далее). В общем для всех групп сплавов можно отметить хорошую пластичность (определяет возможность обработки давлением) и достаточную прочность.
Марки
Области применения
В метрологии, криогенной, радиоэлектронной технике и геодезии используют сплавы со значением ТКЛР порядка 10 -6 K -1 и ниже. Величины температурного коэффициента, близкие к нулевому значению, необходимы для обеспечения высокой точности измерительного инструмента, создания стабильных эталонов длины, газовых лазеров, а также сооружения бескомпенсационных трубопроводов для перекачки сжиженных газов.
Большинство конструкций электровакуумных, газоразрядных и полупроводниковых приборов имеет спаи металла с неорганическим диэлектриком (например, стеклом, керамикой, слюдой), к которым предъявляются высокие требования по вакуумной плотности. Большинство из них имеет ТКЛР ниже, чем у обычных металлов и сплавов. Чтобы получить герметичные спаи стекла, керамики или полупроводников со сплавами, необходимо иметь соответствие тепловых коэффициентов для соединяемой пары в технологическом и эксплуатационном интервалах температур. Допустимые различия в значениях ТКЛР соединяемых материалов зависят от конструкции спая, свойств окисной пленки, качества спая, пластичности материала. В случае большого различия теплового расширения сплава и неорганического диэлектрика возникающие напряжения приводят к образованию трещин в спаях и к потере герметичности в процессе работы узла прибора.
Ферромагнитные материалы с минимальным ТКЛР применяются в точном приборостроении для различных деталей измерительных приборов, в метрологии, геодезии, в качестве составляющих термобиметаллов, для базисных устройств газовых лазеров, трубопроводов для криогенных жидкостей и т.п. Выбор сплава производится с учетом его ТКЛР, механических свойств устойчивости к фазовым превращениям в интервале рабочих температур и нагрузок. Материалы из этой же группы но с низким и средним ТКЛР нашли применение в производстве многочисленных электровакуумных приборов (приемо-усилительные лампы, магнетроны, клистроны, телевизионные трубки и т. д., герметичные вводы и корпуса полупроводниковых приборов). Выбор сплавов проводится с учетом характеристик теплового расширения неорганических диэлектриков или других материалов, спаи с которыми должны быть получены, а также с учетом требований к физическим и механическим свойствам сплавов. Рассматриваемые материалы используются также в точном приборостроении в качестве элементов приборов и для штриховых мер длины в станкостроении.
В связи с развитием радиоэлектроники потребовались металлические материалы с минимальным температурным коэффициентом расширения на неферромагнитных основах. Ферромагнетизм сплавов на железоникелевых основах не позволяет использовать их в некоторых приборах, где магнитное поле, наводимое остаточным ферромагнетизмом, является недопустимым. Поэтому возникла необходимость в материалах с минимальным коэффициентом расширения, не обладающих ферромагнетизмом. Сплавы применяются для согласованных и не полностью согласованных соединений с металлами, сплавами, керамическими материалами и стеклами, в том числе для спаев, работающих при повышенных температурах, для составляющих термобиметаллов, для исходных мер длины — эталонов оптико-механических дилатометров.
Продукция
телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95
Температурный коэффициент объёмного расширения
| Коэффициент теплового расширения | |
|---|---|
| β = 1 V ( d V d T ) p > | |
| Размерность | Θ −1 |
| Единицы измерения | |
| СИ | К −1 |
| СГС | К −1 |
Коэффицие́нт теплово́го расшире́ния — физическая величина, характеризующая относительное изменение объёма или линейных размеров тела с увеличением температуры на 1 К при постоянном давлении. Имеет размерность обратной температуры. Различают коэффициенты объёмного и линейного расширения.
Содержание
- 1 Коэффициент объёмного теплового расширения
- 2 Коэффициент линейного теплового расширения
- 2.1 Для сталей
- 3 Отрицательный коэффициент теплового расширения
- 4 Измерение коэффициента теплового расширения
- 5 Примечания
- 6 См. также
- 7 Ссылки
Коэффициент объёмного теплового расширения [ | ]
β = 1 V ( ∂ V ∂ T ) p
> , К −1 (°C −1 ) — относительное изменение объёма тела, происходящее в результате изменения его температуры на 1 К при постоянном давлении.
Вода, в зависимости от температуры, имеет различный коэффициент объёмного расширения:
- 0,53⋅10 −4 К −1 (при температуре 5—10 °C);
- 1,50⋅10 −4 К −1 (при температуре 10—20 °C);
- 3,02⋅10 −4 К −1 (при температуре 20—40 °C);
- 4,58⋅10 −4 К −1 (при температуре 40—60 °C);
- 5,87⋅10 −4 К −1 (при температуре 60—80 °C).
Коэффициент линейного теплового расширения [ | ]
α L = 1 L ( ∂ L ∂ T ) p ≈ Δ L L Δ T
approx , К −1 (°C −1 ) — относительное изменение линейных размеров тела, происходящее в результате изменения его температуры на 1 К при постоянном давлении.
В общем случае, коэффициент линейного теплового расширения может быть различен при измерении вдоль разных направлений. Например, у анизотропных кристаллов, древесины коэффициенты линейного расширения по трём взаимно перпендикулярным осям: α x ; α y ; α z . Для изотропных тел α x = α y = α z и α V = 3 α L .
Для железа коэффициент линейного расширения равен 11,3×10 −6 K −1 [1] .
Для сталей [ | ]
Таблица значений коэффициента линейного расширения α, 10 −6 K −1 [2]
| Марка стали | 20—100 °C | 20—200 °C | 20—300 °C | 20—400 °C | 20—500 °C | 20—600 °C | 20—700 °C | 20—800 °C | 20—900 °C | 20—1000 °C |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 08кп | 12,5 | 13,4 | 14,0 | 14,5 | 14,9 | 15,1 | 15,3 | 14,7 | 12,7 | 13,8 |
| 08 | 12,5 | 13,4 | 14,0 | 14,5 | 14,9 | 15,1 | 15,3 | 14,7 | 12,7 | 13,8 |
| 10кп | 12,4 | 13,2 | 13,9 | 14,5 | 14,9 | 15,1 | 15,3 | 14,7 | 14,8 | 12,6 |
| 10 | 11,6 | 12,6 | — | 13,0 | — | 14,6 | — | — | — | — |
| 15кп | 12,4 | 13,2 | 13,9 | 14,5 | 14,8 | 15,1 | 15,3 | 14,1 | 13,2 | 13,3 |
| 15 | 12,4 | 13,2 | 13,9 | 14,4 | 14,8 | 15,1 | 15,3 | 14,1 | 13,2 | 13,3 |
| 20кп | 12,3 | 13,1 | 13,8 | 14,3 | 14,8 | 15,1 | 20 | — | — | — |
| 20 | 11,1 | 12,1 | 12,7 | 13,4 | 13,9 | 14,5 | 14,8 | — | — | — |
| 25 | 12,2 | 13,0 | 13,7 | 14,4 | 14,7 | 15,0 | 15,2 | 12,7 | 12,4 | 13,4 |
| 30 | 12,1 | 12,9 | 13,6 | 14,2 | 14,7 | 15,0 | 15,2 | — | — | — |
| 35 | 11,1 | 11,9 | 13,0 | 13,4 | 14,0 | 14,4 | 15,0 | — | — | — |
| 40 | 12,4 | 12,6 | 14,5 | 13,3 | 13,9 | 14,6 | 15,3 | — | — | — |
| 45 | 11,9 | 12,7 | 13,4 | 13,7 | 14,3 | 14,9 | 15,2 | — | — | — |
| 50 | 11,2 | 12,0 | 12,9 | 13,3 | 13,7 | 13,9 | 14,5 | 13,4 | — | — |
| 55 | 11,0 | 11,8 | 12,6 | 13,4 | 14,0 | 14,5 | 14,8 | 12,5 | 13,5 | 14,4 |
| 60 | 11,1 | 11,9 | — | 13,5 | 14,6 | — | — | — | — | — |
| 15К | — | 12,0 | 12,8 | 13,6 | 13,8 | 14,0 | — | — | — | — |
| 20К | — | 12,0 | 12,8 | 13,6 | 13,8 | 14,2 | — | — | — | — |
| 22 | 12,6 | 12,9 | 13,3 | 13,9 | — | — | — | — | — | — |
| А12 | 11,9 | 12,5 | — | 13,6 | 14,2 | — | — | — | — | — |
| 16ГС | 11,1 | 12,1 | 12,9 | 13,5 | 13,9 | 14,1 | — | — | — | — |
| 20Х | 11,3 | 11,6 | 12,5 | 13,2 | 13,7 | — | — | — | — | — |
| 30Х | 12,4 | 13,0 | 13,4 | 13,8 | 14,2 | 14,6 | 14,8 | 12,0 | 12,8 | 13,8 |
| 35Х | 11,3 | 12,0 | 12,9 | 13,7 | 14,2 | 14,6 | — | — | — | — |
| 38ХА | 11,0 | 12,0 | 12,2 | 12,9 | 13,5 | — | — | — | — | — |
| 40Х | 11,8 | 12,2 | 13,2 | 13,7 | 14,1 | 14,6 | 14,8 | 12,0 | — | — |
| 45Х | 12,8 | 13,0 | 13,7 | — | — | — | — | — | — | — |
| 50Х | 12,8 | 13,0 | 13,7 | — | — | — | — | — | — | — |
Отрицательный коэффициент теплового расширения [ | ]
Некоторые материалы при повышении температуры демонстрируют не расширение, а наоборот, сжатие, то есть имеют отрицательный коэффициент теплового расширения. Для некоторых веществ это проявляется на довольно узком температурном интервале, как, например, у воды на интервале температур 0…+3,984 °С, для других веществ и материалов, например фторид скандия(III), вольфрамат циркония (ZrW2O8) [3] , некоторых углепластиков интервал весьма широк. Подобное поведение демонстрирует также обычная резина. При сверхнизких температурах аналогичным образом ведут себя кварц, кремний и ряд других материалов. Также существуют инварные сплавы (ферро-никелевые), имеющие в некотором диапазоне температур коэффициент теплового расширения, близкий к нулю.
Измерение коэффициента теплового расширения [ | ]
Приборы для измерения коэффициента теплового расширения жидкостей, газов и твёрдых тел называют дилатометрами.
