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热膨胀仪是对表征材料物理性能热膨胀的重要测量工具。了解、研究材料的热膨胀性能对工程设计、材料研究及其应用发展有重要作用。热膨胀不仅存在于金属材料中，在钢铁、玻璃等材料中，也广泛存在。
目前，在金属、耐火材料、玻璃和陶瓷等各个领域中，热膨胀仪应用已经非常广泛了。物质的热膨胀是基于构成物质的质点间平均距离随温度升高而增大的一种现象。
钢铁具有多型相变属性，其高温组织及其转变产物有不同的体积密度。所以，在对钢铁试样进行加热或冷却时，其相变引起体积效应，叠加显现在膨胀曲线上，使膨胀量与温度间的线性关系遭到破坏。通过热膨胀仪测量，确定钢的固态临界相变点钔。
仪器在对钢铁材料的热膨胀系数进行测量时，采用步进式变温方式或缓慢恒速变温方式，进行温度控制，利用推杆式熔融石英或高纯度氧化铝的膨胀仪检测固体试样相对于其载体的长度变化，通过热膨胀系数的定义，计算瞬时和平均热膨胀系数。
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