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熱膨脹儀是對表征材料物理性能熱膨脹的重要測量工具。了解、研究材料的熱膨脹性能對工程設計、材料研究及其應用發展有重要作用。熱膨脹不僅存在于金屬材料中，在鋼鐵、玻璃等材料中，也廣泛存在。

目前，在金屬、耐火材料、玻璃和陶瓷等各個領域中，熱膨脹儀應用已經非常廣泛了。物質的熱膨脹是基于構成物質的質點間平均距離隨溫度升高而增大的一種現象。

鋼鐵具有多型相變屬性，其高溫組織及其轉變產物有不同的體積密度。所以，在對鋼鐵試樣進行加熱或冷卻時，其相變引起體積效應，疊加顯現在膨脹曲線上，使膨脹量與溫度間的線性關系遭到破壞。通過熱膨脹儀測量，確定鋼的固態臨界相變點鍆。

儀器在對鋼鐵材料的熱膨脹系數進行測量時，采用步進式變溫方式或緩慢恒速變溫方式，進行溫度控制，利用推桿式熔融石英或高純度氧化鋁的膨脹儀檢測固體試樣相對于其載體的長度變化，通過熱膨脹系數的定義，計算瞬時和平均熱膨脹系數。