金屬材料的高溫熱物理性能測試探析

仇晰暉

摘 要：研究金屬材料的高溫物理性能主要是通過分析實驗得到的數據，擬合出相關的經驗公式，并進行適當的推廣，這種方法在金屬材料的應力、溫度以及化學成分對物理性能影響方面取得了很好的效果。本文主要是通過對一臺高溫物理性能測試進行改造，達到進行單次試驗就能獲得多項的金屬物理性能。

關鍵詞：金屬材料；高溫；性能測試；探析

中圖分類號：TG115 文獻標識碼：B

物理性能檢測作為金屬材料一個重要指標，具有自己獨特的地位以及發展特點，作為金屬材料的基礎性能，方法化以及實驗裝置的多岐，使得儀器的方法的標準化、量值的標定以及儀器的商品化的進展都比較緩慢，應該給予更多的關注，本文就是在原有實驗裝置的基礎上進行改進以更方面的對金屬材料的熱物理性能進行檢測。

1 金屬材料物理性能檢測的作用

對于材料來說，其物理性能都是基本性能，它雖然不是結構材料主要的技術標準，但是確實材料的其他性能的立足點。對于功能性的材料，其物理性能就是它的主要性能，對于磁性材料其主要性能是磁性，熱電材料的導電性是其主要使用性能，熱工材料的熱工材料是主要性能，彈性材料的主要性能是彈性。

2 影響金屬材料的高溫熱物理性能的主要因素

2.1 冶鐵工藝的影響

金屬材料要想取得良好的高溫物理性能，應該嚴格控制好氣體含量以及雜質元素，因此在金屬冶煉過程對工藝的要求很高，要確保合金中的雜質量降到最低，克服冶金的缺陷。一般情況下，高溫金屬在使用的過程中在與應力相垂直的橫向截面容易出現裂紋。所以為了增加金屬的使用壽命，在金屬冶煉過程中應使柱狀晶沿著受力的方向生長，減少橫向的晶界面。

2.2 熱處理相關工藝的影響

通常情況下，采用正火加高溫回火來處理珠光體耐熱鋼；采用固溶強化或者時效的方法來處理奧氏耐熱熱剛，使之得到合適的晶粒度，并能起到改善強化相的效果。

2.3 金屬材料化學成分的影響

在一定的溫度下，金屬的自擴散激活能會隨著熔點的增加而增加，這就導致自擴散很慢。假如兩晶體的結構相同，但是熔點不同的話，那么自擴散慢的自擴散激活能大。堆垛層錯能越低越容易出現擴散位移，這就會出現位錯不易產生交滑移、攀移以及割階的現象。所以，對于合金和耐熱剛而言，想保證高溫下能有良好的物理性能，就應該選用那些自擴散激活能大、熔點高、層錯低的金屬作為主要的制備材料。

3 試驗原理和方法

3.1 的測定：

由維恩定律 ，在

金屬樣品的均溫的中心處鉆一個小孔，作為黑體腔，并用顯微精密光學高溫計對樣品的孔邊和孔底測定溫度，將測量得到的溫度數據代入上述的公式就能得到樣品的光譜發射率。但是在測量的過程中應該對下述的兩個方面進行合適的修正：小孔的孔底不能完全等同于黑體，因此會有溫度的誤差；均溫區與外界溫度有差異會有熱量的交換。試件表面到試件的中心會形成一定的溫度差，在通過研究發現，可以得到一項引起的溫差，其中是光學

溫度計測得的樣品孔底溫度，是孔底的黑度系數；第二項引起的溫差，其中L，I，V分別

表示試樣的長度、電流強度以及均溫段上的電壓降，R為試樣半徑，K為試樣的導熱系數。

3.2 試件電阻率的的測定：由歐姆定律知，在樣品的均溫區上有。

3.3 試樣膨脹系數的測定：由膨脹系數的定義知，其中是試樣

均溫區（溫度為T）的長度，是試樣溫度T與室溫之差，為室溫下試樣的長度。

3.4 試樣半球向全輻射率，其中T、T0分別是試

樣和水冷真空外套的溫度，A表示試樣均溫段的表面積，是斯蒂芬-波爾茲曼常數。

3.5 試樣導熱率K的測定：根據長短試樣方法能到得到，其中

，分別為短、長試樣的電流強度，S為試樣的試驗截面積，為短試樣中心附近溫度分布曲線的斜率。

4 試驗裝置與試驗

實驗的裝置使用的改造之后的高溫熱物理性能綜合測試儀，這種儀器的特別之處就是采用了可動電極，并能實現在真空密閉環境中采取不同的試樣來調節電極之間的距離。測溫的窗口是由8塊石英玻璃片組合而成，假如有一塊玻璃不慎被金屬揮發污染，能夠在不破壞真空環境的條件下換另一塊繼續測量。試驗中需要測量的物理量有：試樣被測均溫區段的電壓降V；試樣中的電流強度I；試樣上的溫度T，在溫度為T時被測溫段的長度LT。

試驗結果與討論

根據試驗的數據，采用數據擬合的方式得到

由試驗知與對于光譜發射率的影響是相反的，多以試驗在受到兩者同時作用時會相互抵消一部分，由此可知，對于導熱性能比較好的金屬材料，可以采用使用實心棒打小孔，取代Worthing.A.G提出的薄壁管法測量光譜發射率，差別不大。

結語

總結上述的試驗結果以及相關的數據，可以知道要想提高金屬材料在高溫下的相關物理性能，不單單要考慮影響金屬材料高溫物理特性的每種可能的因素，還需要全面進行的研究分析，取代相關的實驗數據，并利用相關的試驗數據就行修正，充分利用各種手段保證金屬的良好的熱物理性能。

參考文獻

[1]徐一斌，奚同庚，倪鶴林，段煉，李明華，蔡忠龍，費揚.Li_2B_4O_7晶體的比熱、導溫和導熱性能[J].材料研究學報，1994（05）.endprint

摘 要：研究金屬材料的高溫物理性能主要是通過分析實驗得到的數據，擬合出相關的經驗公式，并進行適當的推廣，這種方法在金屬材料的應力、溫度以及化學成分對物理性能影響方面取得了很好的效果。本文主要是通過對一臺高溫物理性能測試進行改造，達到進行單次試驗就能獲得多項的金屬物理性能。

關鍵詞：金屬材料；高溫；性能測試；探析

中圖分類號：TG115 文獻標識碼：B

物理性能檢測作為金屬材料一個重要指標，具有自己獨特的地位以及發展特點，作為金屬材料的基礎性能，方法化以及實驗裝置的多岐，使得儀器的方法的標準化、量值的標定以及儀器的商品化的進展都比較緩慢，應該給予更多的關注，本文就是在原有實驗裝置的基礎上進行改進以更方面的對金屬材料的熱物理性能進行檢測。

1 金屬材料物理性能檢測的作用

對于材料來說，其物理性能都是基本性能，它雖然不是結構材料主要的技術標準，但是確實材料的其他性能的立足點。對于功能性的材料，其物理性能就是它的主要性能，對于磁性材料其主要性能是磁性，熱電材料的導電性是其主要使用性能，熱工材料的熱工材料是主要性能，彈性材料的主要性能是彈性。

2 影響金屬材料的高溫熱物理性能的主要因素

2.1 冶鐵工藝的影響

金屬材料要想取得良好的高溫物理性能，應該嚴格控制好氣體含量以及雜質元素，因此在金屬冶煉過程對工藝的要求很高，要確保合金中的雜質量降到最低，克服冶金的缺陷。一般情況下，高溫金屬在使用的過程中在與應力相垂直的橫向截面容易出現裂紋。所以為了增加金屬的使用壽命，在金屬冶煉過程中應使柱狀晶沿著受力的方向生長，減少橫向的晶界面。

2.2 熱處理相關工藝的影響

通常情況下，采用正火加高溫回火來處理珠光體耐熱鋼；采用固溶強化或者時效的方法來處理奧氏耐熱熱剛，使之得到合適的晶粒度，并能起到改善強化相的效果。

2.3 金屬材料化學成分的影響

在一定的溫度下，金屬的自擴散激活能會隨著熔點的增加而增加，這就導致自擴散很慢。假如兩晶體的結構相同，但是熔點不同的話，那么自擴散慢的自擴散激活能大。堆垛層錯能越低越容易出現擴散位移，這就會出現位錯不易產生交滑移、攀移以及割階的現象。所以，對于合金和耐熱剛而言，想保證高溫下能有良好的物理性能，就應該選用那些自擴散激活能大、熔點高、層錯低的金屬作為主要的制備材料。

3 試驗原理和方法

3.1 的測定：

由維恩定律 ，在

金屬樣品的均溫的中心處鉆一個小孔，作為黑體腔，并用顯微精密光學高溫計對樣品的孔邊和孔底測定溫度，將測量得到的溫度數據代入上述的公式就能得到樣品的光譜發射率。但是在測量的過程中應該對下述的兩個方面進行合適的修正：小孔的孔底不能完全等同于黑體，因此會有溫度的誤差；均溫區與外界溫度有差異會有熱量的交換。試件表面到試件的中心會形成一定的溫度差，在通過研究發現，可以得到一項引起的溫差，其中是光學

溫度計測得的樣品孔底溫度，是孔底的黑度系數；第二項引起的溫差，其中L，I，V分別

表示試樣的長度、電流強度以及均溫段上的電壓降，R為試樣半徑，K為試樣的導熱系數。

3.2 試件電阻率的的測定：由歐姆定律知，在樣品的均溫區上有。

3.3 試樣膨脹系數的測定：由膨脹系數的定義知，其中是試樣

均溫區（溫度為T）的長度，是試樣溫度T與室溫之差，為室溫下試樣的長度。

3.4 試樣半球向全輻射率，其中T、T0分別是試

樣和水冷真空外套的溫度，A表示試樣均溫段的表面積，是斯蒂芬-波爾茲曼常數。

3.5 試樣導熱率K的測定：根據長短試樣方法能到得到，其中

，分別為短、長試樣的電流強度，S為試樣的試驗截面積，為短試樣中心附近溫度分布曲線的斜率。

4 試驗裝置與試驗

實驗的裝置使用的改造之后的高溫熱物理性能綜合測試儀，這種儀器的特別之處就是采用了可動電極，并能實現在真空密閉環境中采取不同的試樣來調節電極之間的距離。測溫的窗口是由8塊石英玻璃片組合而成，假如有一塊玻璃不慎被金屬揮發污染，能夠在不破壞真空環境的條件下換另一塊繼續測量。試驗中需要測量的物理量有：試樣被測均溫區段的電壓降V；試樣中的電流強度I；試樣上的溫度T，在溫度為T時被測溫段的長度LT。

試驗結果與討論

根據試驗的數據，采用數據擬合的方式得到

由試驗知與對于光譜發射率的影響是相反的，多以試驗在受到兩者同時作用時會相互抵消一部分，由此可知，對于導熱性能比較好的金屬材料，可以采用使用實心棒打小孔，取代Worthing.A.G提出的薄壁管法測量光譜發射率，差別不大。

結語

總結上述的試驗結果以及相關的數據，可以知道要想提高金屬材料在高溫下的相關物理性能，不單單要考慮影響金屬材料高溫物理特性的每種可能的因素，還需要全面進行的研究分析，取代相關的實驗數據，并利用相關的試驗數據就行修正，充分利用各種手段保證金屬的良好的熱物理性能。

參考文獻

[1]徐一斌，奚同庚，倪鶴林，段煉，李明華，蔡忠龍，費揚.Li_2B_4O_7晶體的比熱、導溫和導熱性能[J].材料研究學報，1994（05）.endprint

摘 要：研究金屬材料的高溫物理性能主要是通過分析實驗得到的數據，擬合出相關的經驗公式，并進行適當的推廣，這種方法在金屬材料的應力、溫度以及化學成分對物理性能影響方面取得了很好的效果。本文主要是通過對一臺高溫物理性能測試進行改造，達到進行單次試驗就能獲得多項的金屬物理性能。

關鍵詞：金屬材料；高溫；性能測試；探析

中圖分類號：TG115 文獻標識碼：B

物理性能檢測作為金屬材料一個重要指標，具有自己獨特的地位以及發展特點，作為金屬材料的基礎性能，方法化以及實驗裝置的多岐，使得儀器的方法的標準化、量值的標定以及儀器的商品化的進展都比較緩慢，應該給予更多的關注，本文就是在原有實驗裝置的基礎上進行改進以更方面的對金屬材料的熱物理性能進行檢測。

1 金屬材料物理性能檢測的作用

對于材料來說，其物理性能都是基本性能，它雖然不是結構材料主要的技術標準，但是確實材料的其他性能的立足點。對于功能性的材料，其物理性能就是它的主要性能，對于磁性材料其主要性能是磁性，熱電材料的導電性是其主要使用性能，熱工材料的熱工材料是主要性能，彈性材料的主要性能是彈性。

2 影響金屬材料的高溫熱物理性能的主要因素

2.1 冶鐵工藝的影響

金屬材料要想取得良好的高溫物理性能，應該嚴格控制好氣體含量以及雜質元素，因此在金屬冶煉過程對工藝的要求很高，要確保合金中的雜質量降到最低，克服冶金的缺陷。一般情況下，高溫金屬在使用的過程中在與應力相垂直的橫向截面容易出現裂紋。所以為了增加金屬的使用壽命，在金屬冶煉過程中應使柱狀晶沿著受力的方向生長，減少橫向的晶界面。

2.2 熱處理相關工藝的影響

通常情況下，采用正火加高溫回火來處理珠光體耐熱鋼；采用固溶強化或者時效的方法來處理奧氏耐熱熱剛，使之得到合適的晶粒度，并能起到改善強化相的效果。

2.3 金屬材料化學成分的影響

在一定的溫度下，金屬的自擴散激活能會隨著熔點的增加而增加，這就導致自擴散很慢。假如兩晶體的結構相同，但是熔點不同的話，那么自擴散慢的自擴散激活能大。堆垛層錯能越低越容易出現擴散位移，這就會出現位錯不易產生交滑移、攀移以及割階的現象。所以，對于合金和耐熱剛而言，想保證高溫下能有良好的物理性能，就應該選用那些自擴散激活能大、熔點高、層錯低的金屬作為主要的制備材料。

3 試驗原理和方法

3.1 的測定：

由維恩定律 ，在

金屬樣品的均溫的中心處鉆一個小孔，作為黑體腔，并用顯微精密光學高溫計對樣品的孔邊和孔底測定溫度，將測量得到的溫度數據代入上述的公式就能得到樣品的光譜發射率。但是在測量的過程中應該對下述的兩個方面進行合適的修正：小孔的孔底不能完全等同于黑體，因此會有溫度的誤差；均溫區與外界溫度有差異會有熱量的交換。試件表面到試件的中心會形成一定的溫度差，在通過研究發現，可以得到一項引起的溫差，其中是光學

溫度計測得的樣品孔底溫度，是孔底的黑度系數；第二項引起的溫差，其中L，I，V分別

表示試樣的長度、電流強度以及均溫段上的電壓降，R為試樣半徑，K為試樣的導熱系數。

3.2 試件電阻率的的測定：由歐姆定律知，在樣品的均溫區上有。

3.3 試樣膨脹系數的測定：由膨脹系數的定義知，其中是試樣

均溫區（溫度為T）的長度，是試樣溫度T與室溫之差，為室溫下試樣的長度。

3.4 試樣半球向全輻射率，其中T、T0分別是試

樣和水冷真空外套的溫度，A表示試樣均溫段的表面積，是斯蒂芬-波爾茲曼常數。

3.5 試樣導熱率K的測定：根據長短試樣方法能到得到，其中

，分別為短、長試樣的電流強度，S為試樣的試驗截面積，為短試樣中心附近溫度分布曲線的斜率。

4 試驗裝置與試驗

實驗的裝置使用的改造之后的高溫熱物理性能綜合測試儀，這種儀器的特別之處就是采用了可動電極，并能實現在真空密閉環境中采取不同的試樣來調節電極之間的距離。測溫的窗口是由8塊石英玻璃片組合而成，假如有一塊玻璃不慎被金屬揮發污染，能夠在不破壞真空環境的條件下換另一塊繼續測量。試驗中需要測量的物理量有：試樣被測均溫區段的電壓降V；試樣中的電流強度I；試樣上的溫度T，在溫度為T時被測溫段的長度LT。

試驗結果與討論

根據試驗的數據，采用數據擬合的方式得到

由試驗知與對于光譜發射率的影響是相反的，多以試驗在受到兩者同時作用時會相互抵消一部分，由此可知，對于導熱性能比較好的金屬材料，可以采用使用實心棒打小孔，取代Worthing.A.G提出的薄壁管法測量光譜發射率，差別不大。

結語

總結上述的試驗結果以及相關的數據，可以知道要想提高金屬材料在高溫下的相關物理性能，不單單要考慮影響金屬材料高溫物理特性的每種可能的因素，還需要全面進行的研究分析，取代相關的實驗數據，并利用相關的試驗數據就行修正，充分利用各種手段保證金屬的良好的熱物理性能。

參考文獻

[1]徐一斌，奚同庚，倪鶴林，段煉，李明華，蔡忠龍，費揚.Li_2B_4O_7晶體的比熱、導溫和導熱性能[J].材料研究學報，1994（05）.endprint