影响热膨胀系数的因素及其分析

1.合金成分和相变

组成合金的溶质元素及含量对合金热膨胀的影响极为明显。金属与合金中加入不同的元素，膨胀系数将发生变化，且这种变化极为复杂。

固溶体的膨胀系数一般都随着溶质元素含量的变化而变化。溶质元素的膨胀系数高于溶剂基体时，将增大膨胀系数；溶质元素的膨胀系数低于溶剂基体时，将减小膨胀系数。溶质元素的含量越高，影响越大。如在铝中加入铜、镍、铁、铍及硅时膨胀系数减小，在铜中加入铅、镍及金时亦是如此，因为这些溶质元素的膨胀系数小于溶剂的膨胀系数。反之，在铜中加入锌或锡则膨胀系数增大，因为锌或锡的膨胀系数比铜更大。但铜中加入锑例外，锑的膨胀系数虽然比铜小，但它却使铜的膨胀系数增大，表现了锑的半金属特性。

固溶体的膨胀系数如图4-1所示。

属于二级相变的有序-无序转变在其相变点处的膨胀系数曲线上的折点如图4-2所示，其中Au-50%Cu合金有序结构加热至300℃时，有序结构开始破坏，450℃完全变为无序结构。在这段温度区间，膨胀系数增加很快。当冷却时合金发生有序转变，膨胀系数稍有降低，这是由于有序合金原子间结合力增强的结果。

多相合金若是多相的机械混合物，则膨胀系数介于这些相的膨胀系数之间，近似地符合直线规律，故可根据各相所占的体积分数按相加的方法粗略地估算多相合金的膨胀系数。

图4-1 固溶体的膨胀系数

1—CuAu　2—AuPd　3—CuPd 4—CuPd（-140℃） 5—CuNi6—AgAu　7—AgPd

总的来说，多相合金中组织分布状况对合金的膨胀系数影响不敏感。膨胀系数主要决定于组成相的性质及含量。

2.铁磁性转变

大多数金属和合金的热膨胀系数随温度的变化规律为正常膨胀。但对于铁磁性金属及合金，如铁、钴、镍及其某些合金，膨胀系数随温度变化不符合上述规律，在正常的膨胀曲线上出现附加的膨胀峰，这些变化称为反常膨胀，如图4-3所示。(www.xing528.com)

3.化学成分

化学成分是决定金属材料膨胀系数的主要因素。当成分一定时，加工及热处理等工艺因素对热膨胀也有影响，但这种影响不稳定，采用一定的工艺处理后可以消除这种影响。图4-4为不同组成物对钢膨胀系数的影响。

图4-2 有序-无序转变膨胀曲线

注：元素前的百分数为合金中该元素的质量分数。

图4-3 铁镍合金反常膨胀曲线

图4-4 不同组成物对钢膨胀系数的影响

4.加工工艺

一般情况下，工艺因素对钢的膨胀系数影响较小，对于精密合金则影响较大。图4-5表示不同的加工工艺对36HX合金膨胀系数的影响，36HX合金中含质量分数36%的镍、质量分数0.5%的铬，余量为铁。