《刚性材料 尺寸稳定性评价 第一部分：热膨胀试验方法》编制说明

CSTM团体标准《刚性材料尺寸稳定性评价第一部分：热膨胀试验方法》编制说明

（立项阶段□征询意见阶段□审定阶段□报批阶段□）

1、目的意义

通常产品不会在超出其相变温度的条件下使用，因此实际应用中导致材料发生不可逆线

性热膨胀的主要原因就是残余应力的释放。由于精密零件的尺寸精度要求很高，而且一旦装

配完成，无法再次对尺寸进行精确测量，因此工程上常用各种残余应力的检测手段来评估产

品的残余应力大小，间接评估产品的尺寸稳定性。但并无研究表明残余应力与变形量之间存

在良好的对应关系，典型案例是产品经长时间的自然时效后（通常半年至几年），残余应力

水平下降幅度较小，但尺寸稳定性却很高。本标准旨在模拟材料在工程应用的热条件下，发

生不可逆尺寸变化的程度，直接用不可逆尺寸变化量来评估材料的尺寸稳定性。

本文件适用于采用推杆式膨胀仪测量刚性固体材料在一定温度条件下的尺寸变化值，这

种方法可以评估材料在经过一定的温度条件后因残余应力释放或材料发生相变导致的不可

逆尺寸变化。

2、预期的社会效益、经济效益

标准制定后，对产品尺寸稳定性有要求的单位，可以参照此标准，结合产品的实际使用

工况，选择合适的热条件进行试验并测量尺寸稳定性，评估其对产品应用的影响。

3、工作简况

（1）本计划是由中国材料与试验标准化委员会科学试验标准化领域委员会残余应力分

析及调控标准化技术委员会（CSTM/FC98/TC06）归口承担的《刚性材料尺寸稳定性评价第

一部分：热膨胀试验方法》团体标准（立项号：CSTMLX980601305-2023）；

（2）主要承办单位武汉泛洲中越合金有限公司，协作单位深圳信测标准服务股份有限

公司、武汉华拓量测科技有限公司；

（3）制修订标准的主要工作过程：

a）立项阶段：主承办单位及协作单位经调研及探讨，国内外无相关检测标准，设备成

熟，参考了美标、国标等热学及残余应力检测相关的技术标准后，结合主承办单位多年生产

检测应用案例，认为方法具有可行性，经线上专家组立项评审，同意立项，详见

《CSTM(B)194-2023关于CSTM标准《刚性材料尺寸稳定性评价第1部分：热膨胀试验方法》

的立项公告》；

b）征求意见阶段：征求意见以电子邮件形式进行，如发出5家，收回5条，采纳29条，

不采纳2条。详见征求意见处理表；

c）审定阶段：项目于2023年6月19日通过专家组线上会议审定；

d）报批阶段：根据各专家的意见，标准修改完善后形成报批稿；

（4）本文件起草单位：武汉泛洲中越合金有限公司，深圳信测标准服务股份有限公司，

武汉华拓量测科技有限公司。

本文件主要起草人：彭建章，李荣锋，李淦，姚联，唐小红。

4、标准编制的原则

（1）制修订标准的依据或理由

本标准参照GB/T1.1《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规

定编写，本着先进性、科学性、合理性和可操作性以及标准的目标、统一性、协调性、适用

性、一致性和规范性的原则来进行本标准的修订工作，在确定本标准主要技术指标时，综合

考虑科技发展精密化的需求和生产企业及用户的品质改进需要，结合适用性，寻求最合理的

解决方法，充分体现了本标准在技术上的先进性和合理性。

5、确定标准主要技术内容的依据

采用此试验方法标准，武汉泛洲中越合金有限公司用DIL402C热膨胀仪、德国马勒集团

用DIL803热膨胀仪分别进行测试，结果具有可比性；

采用此试验方法标准，武汉泛洲中越合金有限公司、上海耐驰科学仪器有限公司、广东

佛山优博陶瓷有限公司用DIL402C热膨胀仪分别进行测试，结果具有可比性。

对于同一产品上切取的样品，不同实验室间检测结果具有可比性。

不确定度评定：

A类不确定度主要来源于多次测量带来的不确定度，B类不确定度主要来源于设备位移传

感器精度、温度准确性、原始尺寸测量、标准样品与测试样品长度及膨胀系数的差异。

6、主要试验或验证结果

不同实验室测量结果如下表所示

测试实验室测试设备测试结果

德国马勒集团DIL8030.0041%

武汉泛洲中越合金有限公司DIL402C0.0051%

广东佛山优博陶瓷有限公司DIL402C0.0055%

上海耐驰科学仪器有限公司DIL402C0.0064%

本标准的主要试验参数有两个：温度、保温时间/热循环次数。

其中，试验温度有产品的实际使用工况来决定，保温时间/热循环次数则可由衰减曲线

来获得。经验证，当每小时或每个循环的尺寸变化率不超过总尺寸变化率的2%时，视作尺寸

变化已达稳定，标准的附录B展示了保温时间验证的案例。

7、与国际、国外同类标准水平的对比情况

方法标准与相关国际＼国外＼国家＼行业＼地方＼团体标准

主要参数对比表

IPC-TM-650

标准号本标准GB/T41739-2022对比

（2.2.4）

刚性材料尺寸稳

Dimensional金属基复合材料

定性评价第一部Stability,Flexible

标准名称尺寸稳定性检测-

分：热膨胀试验方Dielectric

方法冷热循环法

法Materials

Thistestmethodis

本文件规定了应IPC-TM-650适用

本文件规定usedtoestablish

了金属材料或其anddefinethe用冷热循环实时于有或者无金属

他相关刚性材料proceduresfor测量金属基符合覆盖的介电材

determining材料尺寸稳定性料，GB/T

范围单一方向（可根据

thermalgradient的试验原理、样41739-2022适用

需求选择轴向、横dimensional品、测量装置及测于铝/镁/铁基复

向、径向等）尺寸changesofa试程序、试验结合材料，本标准

稳定性测量方法plasticdielectric,果，以及试验报告并不局限材料

metalclador

的定义及符号、原unclad.This等。

理、测试装置及要methodmayalso本文件适用于铝

beusedto

求、试样制备、装基符合材料（冷热

determine循环温度范围：

置校正、测量程dimensional

20-150℃）、镁基

序、测量结果等。changesafter

metalremovalofa符合材料（冷热循

本文件适用于采

clad环温度范围：

用推杆式膨胀仪20-150℃）、铁基

测量刚性固体材符合材料（冷热循

料在一定温度条环温度范围：

件下的尺寸变化20-490℃）的尺寸

值，这种方法可以稳定性的测定。

评估材料在经过

一定的温度条件

后因残余应力释

放或材料发生相

变导致的不可逆

尺寸变化

本标准是将

试样置于推杆式本文件采用单推

杆或双推杆热膨

膨胀仪中，并经历

胀仪，借助于同种

一定热条件，测量

稳定材质的石英

并记录试样温度示差组件，测量第

及尺寸变化。一次循环前及每

当采用升/降温的次冷热循环后在原理相似，均采

热条件时，通常需20℃下金属基复用一定的热条件

原理无

要在经历一定热合材料的长度变来测试材料的尺

条件后回到与指化（冷热循环共15寸稳定性。

定的初始温度一次）。推杆将试样

致的温度点来测长度的变化传输

量不可逆变形。当至传感器上，推杆

采用恒定温度的的形状和尺寸应

热条件时，可以在保证将载荷作用

恒温段测量不可到试样上。

逆变形。

推荐试样长样品长度应不小

度为25mm±于20mm，不大于

30mm，推荐样品长

0.1mm或50mm±

度为25mm。样品长

，长度方向Shear—for

0.1mm度方向的横截面

的横截面可以是cutting27cmx29

cmtestspecimens.可以是圆形、矩形IPC-TM-650指定

圆形、矩形或其他•Micro-Rule—或正方形，且应使样品为板状，

制样要求形状，且应该是等withdialindicator等截面，截面面积GB/T41739-2022

截面，截面尺寸在readingto0.0125可在10-100mm²之与本标准样品无

mmorlessoran

3-10mm。间，推荐直径（或明显差异

equivalentoptical外接圆直径）为

试样应轴向system.

6mm。样品两端面

均匀，其端面粗糙

应平行且与轴线

度Ra应小于垂直，平行度与垂

10μm，两端面的直度应小于或等

平行度应小于于0.02.

25μm。

试样端面不应有

加工留下的凸起

或毛刺，因为它在

试验中易产生变

形

(1)Placetest

specimen

unconstrainedin

anovenIPC-TM-650采用

maintainedat的热条件是产品

1）室温~指定温度150°C±2°Cfor加工工艺过程中

第一次循环前

（根据工况决定）30±2minutes.(2)的温度条件，

20℃保温20min；

保温一定时间（由CoolspecimentoGB/T41739-2022

冷热循环高温阶

保温时间验证试standard材料的是指定的

段保温0-10min，

验得到）conditionsof23°C温度条件，本标

试验条件±2°Cand50%±推荐保温5min。

2）室温~指定热循准属于开放性的

5%RHfor24每次循环后应保

环条件（根据工况试验方法，并未

hoursminimum温，保温温度

决定），循环一定规定温度条件，

(see5).(3)20℃，保温时间为

次数（由循环验证Remeasure需要参考产品使

20min。

试验得到）separationof用工况，并通过

holes/linesand验证来获得保温

recordasfinal时间/循环次数。

measurementafter

thermalexposure

(Fl).

ShearIPC-TM-650采用

Micro-Rule烤炉加热，GB/T

HolePunch单推杆或双推杆41739-2022与本

仪器设备推杆式膨胀仪Oven

热膨胀仪标准均采用膨胀

Etcher

LineScribe仪进行加热/冷

ChemicalEtchant却

试剂材料----

IPC-TM-650测量

样品上孔中心

距，GB/T

41739-2022测量

热循环前后（室

测量指定热条件测量样品经热处温状态下）样品

下（高/低温保温理后，样品上的标测量热循环前后长度方向尺寸，

试验方法

或热循环）样品尺记孔之间的位置样品尺寸变化本标准测量热循

寸变化变化环前后（室温状

态下）样品长度

方向尺寸或样品

在高/低温保温

阶段长度方向的

尺寸变化

样品高/低温保温横向尺寸变化百单次冷热循环后3个标准均可测

试验结果阶段或热循环后分比样品应变量的绝量样品经热条件

的尺寸变化率纵向尺寸变化百对值的平均值前后，在室温下

分比尺寸的变化，本

标准还可测量样

品在高/低温保

温阶段尺寸的变