《剛性材料 尺寸穩(wěn)定性評價 第一部分：熱膨脹試驗(yàn)方法》編制說明

CSTM團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《剛性材料尺寸穩(wěn)定性評價第一部分：熱膨脹試驗(yàn)方法》編制說明

（立項(xiàng)階段□征詢意見階段□審定階段□報(bào)批階段□）

1、目的意義

通常產(chǎn)品不會在超出其相變溫度的條件下使用，因此實(shí)際應(yīng)用中導(dǎo)致材料發(fā)生不可逆線

性熱膨脹的主要原因就是殘余應(yīng)力的釋放。由于精密零件的尺寸精度要求很高，而且一旦裝

配完成，無法再次對尺寸進(jìn)行精確測量，因此工程上常用各種殘余應(yīng)力的檢測手段來評估產(chǎn)

品的殘余應(yīng)力大小，間接評估產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性。但并無研究表明殘余應(yīng)力與變形量之間存

在良好的對應(yīng)關(guān)系，典型案例是產(chǎn)品經(jīng)長時間的自然時效后（通常半年至幾年），殘余應(yīng)力

水平下降幅度較小，但尺寸穩(wěn)定性卻很高。本標(biāo)準(zhǔn)旨在模擬材料在工程應(yīng)用的熱條件下，發(fā)

生不可逆尺寸變化的程度，直接用不可逆尺寸變化量來評估材料的尺寸穩(wěn)定性。

本文件適用于采用推桿式膨脹儀測量剛性固體材料在一定溫度條件下的尺寸變化值，這

種方法可以評估材料在經(jīng)過一定的溫度條件后因殘余應(yīng)力釋放或材料發(fā)生相變導(dǎo)致的不可

逆尺寸變化。

2、預(yù)期的社會效益、經(jīng)濟(jì)效益

標(biāo)準(zhǔn)制定后，對產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性有要求的單位，可以參照此標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合產(chǎn)品的實(shí)際使用

工況，選擇合適的熱條件進(jìn)行試驗(yàn)并測量尺寸穩(wěn)定性，評估其對產(chǎn)品應(yīng)用的影響。

3、工作簡況

（1）本計(jì)劃是由中國材料與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化委員會科學(xué)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域委員會殘余應(yīng)力分

析及調(diào)控標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（CSTM/FC98/TC06）歸口承擔(dān)的《剛性材料尺寸穩(wěn)定性評價第

一部分：熱膨脹試驗(yàn)方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)（立項(xiàng)號：CSTMLX980601305-2023）；

（2）主要承辦單位武漢泛洲中越合金有限公司，協(xié)作單位深圳信測標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)股份有限

公司、武漢華拓量測科技有限公司；

（3）制修訂標(biāo)準(zhǔn)的主要工作過程：

a）立項(xiàng)階段：主承辦單位及協(xié)作單位經(jīng)調(diào)研及探討，國內(nèi)外無相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備成

熟，參考了美標(biāo)、國標(biāo)等熱學(xué)及殘余應(yīng)力檢測相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)后，結(jié)合主承辦單位多年生產(chǎn)

檢測應(yīng)用案例，認(rèn)為方法具有可行性，經(jīng)線上專家組立項(xiàng)評審，同意立項(xiàng)，詳見

《CSTM(B)194-2023關(guān)于CSTM標(biāo)準(zhǔn)《剛性材料尺寸穩(wěn)定性評價第1部分：熱膨脹試驗(yàn)方法》

的立項(xiàng)公告》；

b）征求意見階段：征求意見以電子郵件形式進(jìn)行，如發(fā)出5家，收回5條，采納29條，

不采納2條。詳見征求意見處理表；

c）審定階段：項(xiàng)目于2023年6月19日通過專家組線上會議審定；

d）報(bào)批階段：根據(jù)各專家的意見，標(biāo)準(zhǔn)修改完善后形成報(bào)批稿；

（4）本文件起草單位：武漢泛洲中越合金有限公司，深圳信測標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)股份有限公司，

武漢華拓量測科技有限公司。

本文件主要起草人：彭建章，李榮鋒，李淦，姚聯(lián)，唐小紅。

4、標(biāo)準(zhǔn)編制的原則

（1）制修訂標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)或理由

本標(biāo)準(zhǔn)參照GB/T1.1《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)

定編寫，本著先進(jìn)性、科學(xué)性、合理性和可操作性以及標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)、統(tǒng)一性、協(xié)調(diào)性、適用

性、一致性和規(guī)范性的原則來進(jìn)行本標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作，在確定本標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)指標(biāo)時，綜合

考慮科技發(fā)展精密化的需求和生產(chǎn)企業(yè)及用戶的品質(zhì)改進(jìn)需要，結(jié)合適用性，尋求最合理的

解決方法，充分體現(xiàn)了本標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)上的先進(jìn)性和合理性。

5、確定標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容的依據(jù)

采用此試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，武漢泛洲中越合金有限公司用DIL402C熱膨脹儀、德國馬勒集團(tuán)

用DIL803熱膨脹儀分別進(jìn)行測試，結(jié)果具有可比性；

采用此試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，武漢泛洲中越合金有限公司、上海耐馳科學(xué)儀器有限公司、廣東

佛山優(yōu)博陶瓷有限公司用DIL402C熱膨脹儀分別進(jìn)行測試，結(jié)果具有可比性。

對于同一產(chǎn)品上切取的樣品，不同實(shí)驗(yàn)室間檢測結(jié)果具有可比性。

不確定度評定：

A類不確定度主要來源于多次測量帶來的不確定度，B類不確定度主要來源于設(shè)備位移傳

感器精度、溫度準(zhǔn)確性、原始尺寸測量、標(biāo)準(zhǔn)樣品與測試樣品長度及膨脹系數(shù)的差異。

6、主要試驗(yàn)或驗(yàn)證結(jié)果

不同實(shí)驗(yàn)室測量結(jié)果如下表所示

測試實(shí)驗(yàn)室測試設(shè)備測試結(jié)果

德國馬勒集團(tuán)DIL8030.0041%

武漢泛洲中越合金有限公司DIL402C0.0051%

廣東佛山優(yōu)博陶瓷有限公司DIL402C0.0055%

上海耐馳科學(xué)儀器有限公司DIL402C0.0064%

本標(biāo)準(zhǔn)的主要試驗(yàn)參數(shù)有兩個：溫度、保溫時間/熱循環(huán)次數(shù)。

其中，試驗(yàn)溫度有產(chǎn)品的實(shí)際使用工況來決定，保溫時間/熱循環(huán)次數(shù)則可由衰減曲線

來獲得。經(jīng)驗(yàn)證，當(dāng)每小時或每個循環(huán)的尺寸變化率不超過總尺寸變化率的2%時，視作尺寸

變化已達(dá)穩(wěn)定，標(biāo)準(zhǔn)的附錄B展示了保溫時間驗(yàn)證的案例。

7、與國際、國外同類標(biāo)準(zhǔn)水平的對比情況

方法標(biāo)準(zhǔn)與相關(guān)國際＼國外＼國家＼行業(yè)＼地方＼團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

主要參數(shù)對比表

IPC-TM-650

標(biāo)準(zhǔn)號本標(biāo)準(zhǔn)GB/T41739-2022對比

（2.2.4）

剛性材料尺寸穩(wěn)

Dimensional金屬基復(fù)合材料

定性評價第一部Stability,Flexible

標(biāo)準(zhǔn)名稱尺寸穩(wěn)定性檢測-

分：熱膨脹試驗(yàn)方Dielectric

方法冷熱循環(huán)法

法Materials

Thistestmethodis

本文件規(guī)定了應(yīng)IPC-TM-650適用

本文件規(guī)定usedtoestablish

了金屬材料或其anddefinethe用冷熱循環(huán)實(shí)時于有或者無金屬

他相關(guān)剛性材料proceduresfor測量金屬基符合覆蓋的介電材

determining材料尺寸穩(wěn)定性料，GB/T

范圍單一方向（可根據(jù)

thermalgradient的試驗(yàn)原理、樣41739-2022適用

需求選擇軸向、橫dimensional品、測量裝置及測于鋁/鎂/鐵基復(fù)

向、徑向等）尺寸changesofa試程序、試驗(yàn)結(jié)合材料，本標(biāo)準(zhǔn)

穩(wěn)定性測量方法plasticdielectric,果，以及試驗(yàn)報(bào)告并不局限材料

metalclador

的定義及符號、原unclad.This等。

理、測試裝置及要methodmayalso本文件適用于鋁

beusedto

求、試樣制備、裝基符合材料（冷熱

determine循環(huán)溫度范圍：

置校正、測量程dimensional

20-150℃）、鎂基

序、測量結(jié)果等。changesafter

metalremovalofa符合材料（冷熱循

本文件適用于采

clad環(huán)溫度范圍：

用推桿式膨脹儀20-150℃）、鐵基

測量剛性固體材符合材料（冷熱循

料在一定溫度條環(huán)溫度范圍：

件下的尺寸變化20-490℃）的尺寸

值，這種方法可以穩(wěn)定性的測定。

評估材料在經(jīng)過

一定的溫度條件

后因殘余應(yīng)力釋

放或材料發(fā)生相

變導(dǎo)致的不可逆

尺寸變化

本標(biāo)準(zhǔn)是將

試樣置于推桿式本文件采用單推

桿或雙推桿熱膨

膨脹儀中，并經(jīng)歷

脹儀，借助于同種

一定熱條件，測量

穩(wěn)定材質(zhì)的石英

并記錄試樣溫度示差組件，測量第

及尺寸變化。一次循環(huán)前及每

當(dāng)采用升/降溫的次冷熱循環(huán)后在原理相似，均采

熱條件時，通常需20℃下金屬基復(fù)用一定的熱條件

原理無

要在經(jīng)歷一定熱合材料的長度變來測試材料的尺

條件后回到與指化（冷熱循環(huán)共15寸穩(wěn)定性。

定的初始溫度一次）。推桿將試樣

致的溫度點(diǎn)來測長度的變化傳輸

量不可逆變形。當(dāng)至傳感器上，推桿

采用恒定溫度的的形狀和尺寸應(yīng)

熱條件時，可以在保證將載荷作用

恒溫段測量不可到試樣上。

逆變形。

推薦試樣長樣品長度應(yīng)不小

度為25mm±于20mm，不大于

30mm，推薦樣品長

0.1mm或50mm±

度為25mm。樣品長

，長度方向Shear—for

0.1mm度方向的橫截面

的橫截面可以是cutting27cmx29

cmtestspecimens.可以是圓形、矩形IPC-TM-650指定

圓形、矩形或其他?Micro-Rule—或正方形，且應(yīng)使樣品為板狀，

制樣要求形狀，且應(yīng)該是等withdialindicator等截面，截面面積GB/T41739-2022

截面，截面尺寸在readingto0.0125可在10-100mm2之與本標(biāo)準(zhǔn)樣品無

mmorlessoran

3-10mm。間，推薦直徑（或明顯差異

equivalentoptical外接圓直徑）為

試樣應(yīng)軸向system.

6mm。樣品兩端面

均勻，其端面粗糙

應(yīng)平行且與軸線

度Ra應(yīng)小于垂直，平行度與垂

10μm，兩端面的直度應(yīng)小于或等

平行度應(yīng)小于于0.02.

25μm。

試樣端面不應(yīng)有

加工留下的凸起

或毛刺，因?yàn)樗?/p>

試驗(yàn)中易產(chǎn)生變

形

(1)Placetest

specimen

unconstrainedin

anovenIPC-TM-650采用

maintainedat的熱條件是產(chǎn)品

1）室溫~指定溫度150°C±2°Cfor加工工藝過程中

第一次循環(huán)前

（根據(jù)工況決定）30±2minutes.(2)的溫度條件，

20℃保溫20min；

保溫一定時間（由CoolspecimentoGB/T41739-2022

冷熱循環(huán)高溫階

保溫時間驗(yàn)證試standard材料的是指定的

段保溫0-10min，

驗(yàn)得到）conditionsof23°C溫度條件，本標(biāo)

試驗(yàn)條件±2°Cand50%±推薦保溫5min。

2）室溫~指定熱循準(zhǔn)屬于開放性的

5%RHfor24每次循環(huán)后應(yīng)保

環(huán)條件（根據(jù)工況試驗(yàn)方法，并未

hoursminimum溫，保溫溫度

決定），循環(huán)一定規(guī)定溫度條件，

(see5).(3)20℃，保溫時間為

次數(shù)（由循環(huán)驗(yàn)證Remeasure需要參考產(chǎn)品使

20min。

試驗(yàn)得到）separationof用工況，并通過

holes/linesand驗(yàn)證來獲得保溫

recordasfinal時間/循環(huán)次數(shù)。

measurementafter

thermalexposure

(Fl).

ShearIPC-TM-650采用

Micro-Rule烤爐加熱，GB/T

HolePunch單推桿或雙推桿41739-2022與本

儀器設(shè)備推桿式膨脹儀Oven

熱膨脹儀標(biāo)準(zhǔn)均采用膨脹

Etcher

LineScribe儀進(jìn)行加熱/冷

ChemicalEtchant卻

試劑材料----

IPC-TM-650測量

樣品上孔中心

距，GB/T

41739-2022測量

熱循環(huán)前后（室

測量指定熱條件測量樣品經(jīng)熱處溫狀態(tài)下）樣品

下（高/低溫保溫理后，樣品上的標(biāo)測量熱循環(huán)前后長度方向尺寸，

試驗(yàn)方法

或熱循環(huán)）樣品尺記孔之間的位置樣品尺寸變化本標(biāo)準(zhǔn)測量熱循

寸變化變化環(huán)前后（室溫狀

態(tài)下）樣品長度

方向尺寸或樣品

在高/低溫保溫

階段長度方向的

尺寸變化

樣品高/低溫保溫橫向尺寸變化百單次冷熱循環(huán)后3個標(biāo)準(zhǔn)均可測

試驗(yàn)結(jié)果階段或熱循環(huán)后分比樣品應(yīng)變量的絕量樣品經(jīng)熱條件

的尺寸變化率縱向尺寸變化百對值的平均值前后，在室溫下

分比尺寸的變化，本

標(biāo)準(zhǔn)還可測量樣

品在高/低溫保

溫階段尺寸的變