稀有金属 2003,(01),89-90 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2003.01.020

等静压金属铍材线膨胀系数及高温密度的测试

张文华

西北稀有金属材料研究院宁夏回族自治区特种材料重点实验室,西北稀有金属材料研究院宁夏回族自治区特种材料重点实验室 宁夏石嘴山753000 ,宁夏石嘴山753000

摘 要：

介绍了用国产RJY 1型热机械仪对等静压金属铍材的热膨胀系数和高温密度的测试方法及测试结果。得出结论 :等静压铍材平均线膨胀系数 β在 ( 2 0～ 60 0℃ ) 区间内随温度t升高而直线增加 ;等静压铍材的密度 ρ在 ( 2 0～ 60 0℃ ) 区间内随温度t升高而直线下降

关键词：

等静压;铍材;热膨胀系数;

中图分类号： TG115

收稿日期：2002-10-20

Testing of Average Linear Expansion Coefficient and High Temperature Density of Isostatic Pressed Metal Beryllium Material

Abstract：

The testing method and results of β (the average linear expansion coefficient) and ρ (high temperature density) of isostatic pressed beryllium material by using thermal mechanic instrument were introduced The conclusions are as follows: The β of isostatic pressed beryllium material lineally increases with the increasing of temperature from 20 to 600 ℃ The ρ of isostatic pressed beryllium material lineally decreases with the increasing of temperature from 20 to 600 ℃

Keyword：

isostatic pressed; beryllium material; average linear expansion coefficient; high temperature density;

Received： 2002-10-20

铍为密排六方晶系, 在采用机械研磨制粉时容易沿基面解理破碎形成片状粉末颗粒, 片状颗粒在成型过程中容易择优取向, 由于材料在受热时各方向上有不同膨胀率, 造成材料的各向异性。 在研制某种等静压铍材时, 采用等静压技术对冲击研磨粉末成型, 使粉末在各个方向上均匀收缩, 基本消除了各向异性。 可以通过等静压铍材3个方向-经向、 纬向、 径向取样的线膨胀系数来表征材料的各向异性。

目前的测试手段无法直接测试出铍材在高温状态下的密度。 但可以间接推算, 密度的计算公式为ρ=m/V, 在升温的过程中质量基本不变, 体积发生变化, 可以通过体积的变化来计算密度的变化。 假定铍材半径为r的球体, 室温为20 ℃时 r₀=1 mm, 由于等静压铍材具有各向同性, 因此在各个方向的膨胀量ΔL相同。 室温20 ℃时, ρ₀=1.852 g·cm^-3, V₀=4πr³/3, 由m=ρ₀V₀=ρ₁V₁, 可得温度为t₁时, ρ₁=ρ₀·V₀/V₁=ρ₀r₀³/ (r₀+ΔL) ³, 当r₀=1 mm时, ρ₁=ρ₀/ (1+ΔL) ³, 由此可以得到t₁温度下的铍材密度。

1 试验方法

测试设备为国产RJY-1型热机械仪。 平均线膨胀系数β的测量试样尺寸是Φ5 mm×8 mm圆柱体, 试样两端平整, 每个方向取3个样, 用卡尺对试样的高度进行精确测量, 并记录。 将试样放入石英管内, 上面加一定载荷, 使探头和试样刚好接触上, 送上炉体, 检测指示调零, 送冷却水。

以设定的升温速度 (15 ℃·min^-1) , 最高温度 (600 ℃) , 检测量程 (±100 μm) 的程序开始升温。 在记录系统上进行升温过程记录, 将记录笔调至中间位置, 满量程100 μm, 每一小格代表2 μm的膨胀量。 每次试验完毕后, 记录各温度t (100, 200, 300, 400, 500, 600 ℃) 下的相应膨胀量ΔL, 并记录下室温t。 利用公式β= (1/L₀) × (ΔL/Δt) 计算线膨胀系数。 式中: β为平均线膨胀系数, 10^-6 ℃; L₀为室温时试样长度, mm;ΔL为试样在温度t时的膨胀量, μm; Δt-测试温度t和室温t₀差值, ℃。

2 试验结果

2.1 平均线膨胀系数测试结果

表1是不同编号的等静压铍材试样从室温到不同温度的平均线膨胀系数β值。

由表可知, 等静压铍材的平均线膨胀系数随温度的升高而增加。 最小二乘法拟合平均直线方程为:

表1不同温度的β值 (10^-6 ℃)   下载原图

Table 1Value of β (average linear expansion coefficient) of different samples with temperature (10^-6 ℃)

表1不同温度的β值 (10^-6 ℃)

β=8.859+0.0173t

式中β为10^-6 ℃; t为℃。

表2列出了1号试样3个方向-经向、 纬向、 径向取样的线膨胀系数的测试数据。

从表2所列出的线膨胀系数值可以看出, 等静压铍材在各个方向的平均线膨胀系数相差很小, 可认为等静压铍材具有各向同性。

2.2 密度随温度的变化

等静压铍材密度随温度的变化见表3。

表2等静压铍材不同方向的平均线膨胀系数 (10^-6 ℃)   下载原图

Table 2Value of β of 1^#sample in different direction with temperature (10^-6 ℃)

表2等静压铍材不同方向的平均线膨胀系数 (10^-6 ℃)

表3等静压铍材密度随温度的变化  下载原图

Table 3Change of ρ (density) of isostatic pressed beryllium material with temperature

表3等静压铍材密度随温度的变化

由表3可以看出, 等静压铍材的密度随温度的升高而减小。 最小二乘法拟合直线方程为:

ρ=1.856-9.157-5t

式中, ρ-g·cm^-3; t- ℃

3 结 论

等静压铍材的平均线膨胀系数β在 (20～600 ℃) 区间内随温度t升高而直线增加。 等静压铍材不同方向平均线膨胀系数最大相差3.6%, 在仪器测试精度内, 认为具有各向同性。 等静压铍材的密度ρ在 (20～600 ℃) 区间内随温度t升高而直线下降。

参考文献

[1] 　聂大钧, 孙本双, 刘丽华.　铍工艺进展, 西北稀材院编译, 1995.

[2] 　聂大钧, 王德云, 宋兴海.　铍粉末冶金与加工技术, 1986.