重大能源工程材料实验书全..docVIP

学生实验室守则 一、按实验指导书认真学习，明确实验目的和要求。实验前必须认真学习实验指导书（或讲义），掌握实验原理、方法、步骤； 二、综合型和开放型的实验，必须拟订出可行的实验方案，在教师的指导下进行。 三、进入实验室，必须接受安全教育，不得高声喧哗，不得随意串走，不得随意搬动室内仪器设备。 四、实验要严格要求，科学进行实验。实验过程中认真测量和记录数据，填写实验报告，不得抄袭。 五、实验时要服从教师的指导，不听从指导和不按仪器设备操作规程造成的事故和损失按学校有关规定处理。 六、实验完毕，将仪器、工具及场地清理好，切断水、电、气源、经指导教师同意后，方可离开。 实验一 膨胀系数及临界点的测定 一、实验目的 1．了解测定物质热膨胀系数及临界点的基本原理 2．掌握膨胀系数及临界点的测定方法 二、实验原理 物质是由原子构成的，每个原子跟它周围的原子有相互作用力，并且在这个作用力支配下绕平衡位置振动。温度一定时原子虽然振动，但它的平均位置不变，物体的体积就不会发生变化。随着温度的升高，原子能量增大，原子将偏离平衡位置发生振动。温度越高，振动原子的能量越大，平均原子间距的位移也越大，从而使宏观体积发生变化，即物体的体积发生膨胀。 膨胀系数是指物质在加热、冷却或发生相变时，其体积均会发生变化的一种特性参数。 线膨胀系数α是表示物质试样在加热时，温度每升高一度的相对伸长量，单位为1/℃或1/K。 临界点即钢的固态相变点，简称钢的临界点，是根据钢的热膨胀曲线上热膨胀量的转折点来确定相变点的温度。 应用膨胀仪可精确地测定金属及非金属的线膨胀系数和钢的临界点。图1.1为热膨胀仪测定的亚共析钢的膨胀曲线。 亚共析钢从室温开始，随温度升高，试样的长度不断伸长并与温度成正比。到达某温度后，发生珠光体和铁素体向奥氏体转变。(即由体心立方向面心立方转变)。由于面心立方比体心立方的比容小，虽然加热温度升高，但试样的长度开始缩短，在膨胀曲线上出现一个转折点a。当珠光体、铁素体全部转变为奥氏体后，膨胀曲线上又出现一个转折点b，试样的长度又随温度的升高而伸长，在相反的冷却过程中，冷却曲线上也出现两个转折点c、d。 用切线法确定临界相变温度。图1.1中的a、b、c、d点对应的横坐标即为该亚共析钢试样的临界温度Ac1、Ac3、Ar3、Ar1。 在工业上，一般用平均线膨胀系数表示材料的热膨胀特性。如试样在温度t0时的长度为L0，t时，长度变为L，则试样在t0~t范围内的平均线膨胀系数有如下定义： （1/℃或1/K） 测得ΔL，t与L0，便可求得值。 三、实验仪器 1．DIL402C热膨胀仪（德国耐驰公司NETZSCH）见图1.2。 图1.2 DIL402C热膨胀仪 图1.3 支架、热电偶、试样安装图 DIL402C热膨胀仪为水平式装置，带有电感位移传感器的测量头、真空密封和热静态可控的完整的载波频率的测量放大器，测量头的电动位移系统具有指示、再现和可调其接触压力的特性，仪器的技术参数如下： 测量温度：室温~1600℃ 测量范围：50μm/500μm/5000μm 分辨率：1.25nm/digit（最大） 测量头的接触压力：15~50CN 样品直径：φ6~φ8 样品的长度：≤25mm 最大加热速率：50k/min 2．TA系统控制器TASC414/3 3．电源单元 4．保护气：99.999%纯氩气 5．计算机系统、显示器、打印机 6．尖头摄子、千分尺 四、实验内容 1．测亚共析钢试样的线膨胀系数，要求计算试样在30~600℃、，并以温度t为横坐标，dl/L0为纵坐标画出亚共析钢室温~600℃的膨胀曲线。 2．测亚共析钢试样的临界点，画出500~1000℃升温及降温的膨胀曲线（dl/L0为纵坐标，温度t为横坐标） (1) 要求升温阶段从500~700℃每20℃取点，700~990℃每10℃取点作图，用切线法，找出临界点Ac1、Ac3； (2) Ar3、Ar1。 3．测非金属试样的线膨胀系数（dl/L0为纵坐标，温度t为横坐标） 要求计算从室温30℃~850℃的平均线膨胀系数并作出其膨胀曲线。 五、实验步骤 六、实验报告要求 1．简述实验目的及实验原理 2．绘制各试样的膨胀曲线，计算出平均线膨胀系数，并找出临界点。 3．讨论图1.1亚共析钢的膨胀曲线为什么会出现a、b、c、d四个拐点？并说明其物理意义。 实验二 材料密度的测定 一、实验目的 掌握静力称衡法测固体密度的方法。 二、实验原理 密度是材料的一项基本功能，其值大小显著地影响制品的工艺性能和物理机械性能，反映了材料的组成、结构以及