文档介绍：材料工程基础实验指导书

王连琪郑洁徐兴文

材料科学与工程学院
《材料成形工艺》介绍了铸造、锻压、焊接专业等方面的知识,为配合教材达
到教学与实际相结合的目的,使学生能理性认识材料成形的方法,拟定了铸造、
锻压、焊接实验。

一铸造性能实验

实验 1 铸造合金流动性的测定
实验目的:
1)测定铸造合金成分对该合金流动性的影响。
2)测定浇注温度对该合金流动性的影响。
实验的基本原理
流动性是铸造合金的重要性能之一,它对铸件质量有较大的影响;如补缩、冷隔、浇不
足等。为了获得优质铸件就必须对流动性加以研究。
铸造合金流动性的定义为液态金属本身充满铸型的能力,它与合金的成分、温度、杂质
含量及其物理性质有关。
合金的流动性与合金的充型能力是两个概念。合金的充型能力是液态合金充满铸型型
腔,获得形状完整,轮廓清晰铸件的能力。由于影响液态金属充型能力的因素很多,很难对
各种合金在不同铸造条件下的充型能力进行比较。所以,常常用固定条件下所测得的合金流
动性来表示合金的充型能力。
实验合金与试样
1) 纯铝和铸铝 102。
2) 试样—取一箱一件螺旋形试样如图
通过实验研究成分对流动性的影响。取纯 Al 和 ZL102 合金在相同温度下浇注螺旋形试
样,进行比较。在实验时,要求铸型相同(透气性、紧实度等)和过热温度相同条件下进行
比较。
研究温度对合金流动性的影响,纯 Al 和 ZL102 合金分别在不同温度下浇注螺旋形式样,
比较螺旋式样的长度。
实验设备与材料
1) 熔化设备:坩埚电阻炉两台或感应电炉石墨坩埚两个
2) 合金材料:工业纯 Al
铸铝 102
3) 铸型:三副模板、三副砂箱、造型型砂及制型工具
4) 热电偶(镍铬-镍硅)两支及毫伏表
5) 去气剂:氯化锌
1
A-A
325
2
5 6
1 3
7
90
4
A
A

图螺旋形流动性试样机构示意图
1—浇口杯 2—低坝 3—直浇道 4—螺旋
5—高坝 6—溢流道 7—全压井

实验前准备
1) 熟悉螺旋形试样的结构特点及各部分作用,对铸型的要求。
2) 复习合金成分和浇注温度对铸造合金流动性的影响。
实验步骤
1) 按实验课堂内要求造型,装配造型。(保证相同的造型条件,用仪器检查紧实度)。
合箱放平待浇。
2) 在电阻炉内熔化配置要求的合金,当液态合金温度达到 730℃左右时用氯化锌精炼
后,立即清理氯化物熔渣,静止 1-2 分钟后,按要求的浇注温度即可进行浇注。
3) 待试件冷却后,打箱、测量试件长度并记录到下表内。
实验数据及处理
1) 实验数据:将各组试验数据填入表内。
2) 数据处理
2
绘出化学成分与流动性、浇注温度与流动性直角坐标流动曲线图。(三或四组数据综合)

表实验数据
项目

纯铝或 ZL102
备注
序号
1 浇注温度℃ 720 660

螺旋形
2 试样长
度(mm)

3 螺旋形试样平均长度(mm)
实验结果及分析
1) 简述实验原理
2) 根据实验结果,结合状态图分析合金成分浇注温度对流动性的影响。
3) 讨论分析误差产生原因,提出改进实验的建议。

3
实验 2 铸造合金残余应力的测定

实验目的
1) 测定铝合金应力框试样的残余内应力。
2) 测定消除应力退火处理对铸件残余应力的影响。
实验原理
铸件在凝固冷却过程中,由于壁厚不同,铸件各部分冷却速度不一致。因此各部分的
收缩速率不同,但因各部分彼此相联,相互制约而产生应力,此应力称为热应力。
热应力的生成过程,可用应力框试样说明。
应力框铸件的粗杆 B 和细杆 A 与横梁的连接,可看作是刚性连接,应力框中的金属液
体在凝固收缩过程中,首先细杆 A 冷却速度快,B 杆冷却速度慢因而 A 杆的冷却速度大于
B 杆,通过两端连接的横梁使 B 杆受压,A 杆身受拉。如忽略砂型阻力,将在 A 杆、B 杆
同时产生拉应力和压应力。随着冷却时间增长,A 杆和 B 杆的冷却速度发生明显变化。因
而收缩速率也随之改变,使内应力符号发生明显的改变。
实验设备和工具
应力框试件