钢的热物性测试，密度、比热容、热扩散系数、导热系数

     采用排水法、激光闪光法和DSC蓝宝石法测定了５５ＣｒＭｏ钢的室温密度、热扩散率和比热容，并计算得出了该钢的导热系数。导热系数=密度*热扩散系数*比热容。试验用５５ＣｒＭｏ钢的化学成分（质量分数／％）为：０．５９Ｃ，０．２４Ｓｉ，０．８４Ｍｎ，０．０１２Ｓ，０．０１２Ｐ，０．７９Ｃｒ，０．２３Ｍｏ。密度测定试验所用试样尺寸为１０ｍｍ×１０ｍｍ×５０ｍｍ，热扩散率测定试验所用试样尺寸为１２．7ｍｍ×２.５ｍｍ,比热容测试尺寸为100mg小块。

1.排水法

    采用排水法测定试样的室温密度。用电子天平称量试样质量后，将试样放入装有一定量水（以能没过试样为宜）的玻璃管内，通过玻璃管内水刻度的变化计算得到试样的体积，进而计算得出５５ＣｒＭｏ钢的密度。

2.DSC蓝宝石法

     称取50-100mg的钢小块，以及一定量的蓝宝石标样。先通过德国耐驰DSC 200F3对空坩埚进行升温，消除历史热记录，放入蓝宝石标样，对其进行升温测试，冷却后，放入钢样品，相同的问题进行升温。 根据3次的升温曲线，来计算钢样品的比热容。

    从下图可以看出，在７００℃以下，５５ＣｒＭｏ钢的比热容随温度的升高而升高，而后又急剧下降，温度高于８５０℃后比热容又升高。由此可以预测，在７００～８５０℃，５５ＣｒＭｏ钢发生了由铁素体、珠光体向奥氏体的转变，使得比热容在该温度区间内发生突变。随着温度的继续升高，物体内质点热运动的振幅大大增加，吸收的热量增多，因而比热容又随温度的升高而升高。    

3.热扩散系数、导热系数测试

    热扩散系数的测定使用TA公司的FL4010型导热性能分析仪，按照ASTM E1461中的激光闪光法进行。热量为Ｑ 的激光脉冲被四周绝热、匀质、不透光、厚度为Ｌ 的圆片状试样均匀吸收，试样背面产生一维热流，则ｘ＝Ｌ（ｘ 为距离试样正面的距离）处的温度分布。在激光脉冲照射下样品背面温度达到最大值一半时的时间。因此，测得t0.5和Ｌ，即可计算得到热扩散率α。

    从下图可以看出，５５ＣｒＭｏ钢的热扩散率在２０～７００℃内随温度的升高而降低，此后热扩散率又随温度的升高而升高。温度升高会增加温度均一化的难度，随着温度的升高，晶体振动加剧，声子和电子的散射几率增加，所以热扩散率降低。而
７００℃以后，材料发生固态相变，随温度的升高，晶粒尺寸增大，结构渐趋稳定，缺陷减少，声子和电子在热场下的运动通畅，所以热扩散率又升高。

      根据计算得到材料的导热系数：导热系数=密度*热扩散系数*比热容。计算得到５５ＣｒＭｏ钢的导热系数，可绘制出该钢的λ－Ｔ 曲线。从下图可以看出，５５ＣｒＭｏ钢的导热系数总体上随温度的升高呈下降趋势，但在８５０℃高温后导热系数又有所回升。这是因为自由电子的运动在金属导热过程中起主要作用。温度升高时，晶体振动加剧，自由电子的移动在一定程度上受到抑制。因此，５５ＣｒＭｏ钢的导热系数随温度的升高呈下降趋势。而高于８５０℃后，晶体缺陷减少，晶粒均匀性增加，随着温度的升高，材料的孔隙率增大，互相连通的空隙增多，使对流作用加强，致使导热系数又有所升高。５５ＣｒＭｏ钢的导热系数总体上随温度的升高而降低，而８５０℃高温后又有所回升。