文档介绍：材料加工原理
综合实验指导书
徐洲、王浩伟、吴国华
上海交通大学
材料科学与工程学院
2002年2月
目录
实验一合金熔炼及液态成型
实验二凝固——定向凝固
实验三材料的冶金缺陷
实验四挤压变形与挤压力实验
实验五圆环镦粗法测定摩擦系数
实验六圆柱体镦粗时接触面上的正应力分布
实验七冷却速度对钢组织与性能的影响
实验八钢中马氏体、贝氏体组织形貌的识别及不同回火温度
对淬火钢组织的影响
实验九钢的淬透性测定
实验十铝合金的时效硬化曲线测定
实验一合金熔炼及液态成型
实验目的:
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实验内容说明:
铸造合金和变形合金在用途上有着很大的差别,但其熔炼过程基本相同。
选用铝硅合金,ZL101是该类合金中典型的铸造合金,4004是该类合金中典型的变形合金。
铸造Al-Si系合金中Si是作为主要合金化元素加入的,Si提高合金的铸造性能,使流动性改善,热裂倾向性降低,减少疏松,提高气密性,获得致密的铸件。这类合金具有好的抗蚀稳定性和中等的切削加工性能,具有一般的强度和硬度,但塑性是较低的。这类合金国内外常用的共18个牌号,按合金中Si的含量多少,可分为共晶型合金(ZL102、ZL108、ZL109),过共晶型合金和亚共晶合金。
ZL101成分:Si - Mg -
4xxx系铝合金的主要合金元素是硅,它能以足够的数量(达12%)加到铝中,结果使熔化温度范围大为降低而不产生脆性。由于这个原因,铝硅合金可作为焊接铝用的焊丝和钎料,即用于要求这些焊接材料的熔化范围低于基体金属的熔化范围之处。这个系的多数合金是不可热处理强化的,但当用于焊接可热处理合金时,它们可以吸取后者的一些合金成分,从而可以有限地接受热处理。这类合金含有相当大数量的硅。当敷以阳极氧化表面涂层时,合金变成深灰至炭黑,从而可适应建筑用途。该系列的合金有的可以用于生产锻造的引擎活塞,例如4032。
4004 的成分:Si - Fe -
合金的熔配过程:先根据铸件的体积计算出所需合金原料的总重量,再按各合金的名义成分计算出所需要的合金的重量,称量后全部放入坩锅中,电炉加热,熔化,覆盖,打渣精炼,静置,浇注,熔炼完毕。
每个环节用途各不相同,要求仔细按实验规程进行。
造型材料采用南京红砂和膨润土,对各种不同要求的零件用不同的造型模具进行浇注。
模具设计时应考虑浇注状态,补缩条件以及避渣方式。
实验步骤:
ZL101的熔配和4004的熔配。
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下料4kg铝硅合金,原材料为包头料。按照原材料中的成分与需要配料的成分差别进行计算。
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电炉送电,把原材料料放入坩锅。
设定温度740度。
将要熔化时进行覆盖。熔化后均温,加入需要配备的合金元素。
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金属型模具选用见图1和图2。
图1铸造成型金属模具(单试样型)
图2铸造成型金属模具(多试样型)
砂型模具由指导老师与学生共同造型。
,分析缩松、缩孔、含气、卷气等铸造缺陷。
一定记住注意安全!
实验过程记录:
项目
开始
结束
备注
送电时间
炉子设定温度
到温时间
覆盖时间
熔化时间
加入合金元素1时间
加入合金元素2时间
加入合金元素3时间
加入合金元素4时间
均匀合金元素用时间
除气时间
精炼时间
浇注时间
思考
铸造合金和变形合金的熔炼与凝固过程相同与不同点。
实验二凝固---定向凝固
实验目的:
了解晶体生长的一般规律。
了解定向凝固的凝固规律与条件。
对定向凝固生长的晶体的组织分布进行观察。
定向凝固方法和原理:
定向凝固的基本原理是严格控制合金凝固过程热流的方向,使合金液始终沿着预期的方向凝固。定向凝固设备中有一个单方向散热的冷源(水冷铜结晶器)和一个能保证液相中不产生新的结晶核心的热源,并于凝固界面形成一个有效的温度梯度,使晶粒始终沿着与热流相反的方向连续不断地向液相中生长,最终获得具有一束平行排列柱状晶的铸件。实现定向凝固有多种方法,其基本原理、工艺要点和应用如下:
1 保温套 2 发热材料 3型壳 4 水冷结晶器
图1 发热铸型法原理图
工艺要点:
将铸型置于水冷铜板上,并在其周围填充发热材料。浇入合金液后同时引燃发热材料,形成有效的纵向温度梯度,使铸件定向凝固。
应用:主要用于制造尺寸较小的磁性合金铸件。
将底部开口的型壳置于水冷铜结晶器上,放入定向炉的石磨加热器内,加