物体由于温度改变而有胀缩现象。其变化能力以等压(p一定)下,单位温度变化所导致的长度量值的变化,即热膨胀系数表示。各物体的热膨胀系数不同,一般金属的热膨胀系数单位为1/度(摄氏)。
量度固体材料热膨胀程度的物理量。是单位长度、单位体积的物体,温度升高1℃时,其长度或体积的相对变化量。可用平均线膨胀系数α或平均体积膨胀系数β表示:
或
式中L、V分别为试样原始长度(mm)和原始体积(mm3),ΔL、ΔV分别为温度由t1(℃)上升到t2(℃)时试样的相对伸长和体积的变化量。在一般情况下,β≈3α,因此实用上采用线膨胀系数α来表示。它随材料的组成和温度的变化而异,是固体材料受热冲击时反映其性能变化的物理参数。
热膨胀系数影响因素
1:化学矿物组成。热膨胀系数与材料的化学组成、结晶状态、晶体结构、键的强度有关。组成相同,结构不同的物质,膨胀系数不相同。通常情况下,结构紧密的晶体,膨胀系数较大;而类似于无定形的玻璃,往往有较小的膨胀系数。键强度高的材料一般会有低的膨胀系数。
2:相变。材料发生相变时,其热膨胀系数也要变化。纯金属同素异构转变时,点阵结构重排伴随着金属比容突变,导致线膨胀系数发生不连续变化。
3:合金元素对合金热膨胀有影响。简单金属与非铁磁性金属组成的单相均匀固溶体合金的膨胀系数介于内组元膨胀系数之间。而多相合金膨胀系数取决于组成相之间的性质和数量,可以近似按照各相所占的体积百分比,利用混合定则粗略计算得到。
4:织构的影响。单晶或多晶存在织构,导致晶体在各晶向上原子排列密度有差异,导致热膨胀各项异性,平行晶体主轴方向热膨胀系数大, 垂直方向热膨胀系数小。
5:内部裂纹及缺陷也会对热膨胀系数产生影响。