材料综合实验指导书Word文档格式.docx

材料综合实验指导书Word文档格式.docx

《材料综合实验指导书Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料综合实验指导书Word文档格式.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

实验内容：

学生自行设计制定碳钢（9SiCr）的热处理工艺，进行热处理操作，进行硬度检测实验，分析碳钢热处理工艺对组织性能的影响规律，撰写完整的实验分析报告。

实验要求：

要求学生了解碳钢普通热处理（退火、正火、淬火、回火）的操作方法；

了解钢在热处理时含碳量、加热温度、加热时间、冷却速度及回火温度等主要因素对钢热处理后组织与性能的影响；

明确热处理过程中的操作注意事项；

制订热处理工艺过程、设计操作步骤、确定工艺参数（如加热温度、保温时间、冷却速度等）；

了解钢普通热处理（退火、正火、淬火、回火）下的金相组织变化和性能变化，建立金相组织、性能与热处理工艺关系的感性认识；

使学生具备在指定工作条件下制定热处理工艺，以及通过热处理实践操作、硬度检测等实验过程，对相应的工艺进行初步实验、分析的能力。

为今后的学习与实践奠定理论与实践的基础。

1.4实验原理及步骤

1.4.1实验原理

（1）碳钢的热处理工艺种类

热处理是改善金属材料的使用性能和加工性能的一种非常重要的工艺方法。

在机械工业中，绝大部分重要的机件都必须经过热处理。

热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变其整体或表面组织，从而获得所需性能的一种工艺。

碳钢的热处理工艺种类有退火、正火、淬火、回火等，其目的和操作各不相同。

淬火、回火一般可提高钢的硬度强度，正火退火一般为预备热处理，可改善材料工艺性能及力学性能。

为了使钢件在热处理后获得所需要的性能，大多数热处理工艺（如淬火、正火和普通退火等）都要将钢件加热到高于临界点温度，以获得全部或部分奥氏体组织并使之均匀化，这个过程称为奥氏体化。

然后通过不同的冷却制度，使奥氏体转变为不同的组织（包括平衡组织与不平衡组织），从而获得所需的性能。

亚共析钢、过共析钢的奥氏体形成，以及先共析铁素体或二次渗碳体继续向奥氏体转变或溶解的过程，只有加热温度超过A3（亚共析钢）或Acm（过共析钢）后，才能全部转变或溶入奥氏体。

特别地，对过共析钢，在加热到Acm以上全部得到奥氏体时，因为温度较高，且含碳量多，使所得的奥氏体晶粒明显粗大。

（2）碳钢的热处理工艺制定原则

亚共析钢淬火：

淬火温度为Ac3+30-50℃。

共析钢、过共析钢淬火温度为Ac1+30-50℃。

如图1所示。

图1碳钢淬火温度范围。

1.4.2步骤

（1）实验前复习有关内容和阅读实验指导书，为实验做好理论方面的准备。

（2）切割、打磨碳钢棒材，准备淬火试样。

注意检查试样，检测硬度的两端面要磨平。

（3）采用直读光谱和XRD衍射仪对试样热处理前进行成份及物相检。

（4）在洛氏硬度计上检测待处理的碳钢试样硬度，了解其状态。

记下硬度值。

（5）将试样放入热处理电炉，按照试验方案定出不同的温度，加热到所定温度后保温足够时间，然后出炉油冷却。

（6）分析热处理后的金相组织及性能检测

（7）采用XRD检测热处理后物相；

扫描电镜观察形貌

（8）对比分析淬火前后硬度值。

实验二铸造合金流动性的测定

2.1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。

2.2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。

为获得优质铸件必须对流动性加以研究。

铸造合金流动性为液态金属本身充满铸型的能力，与合金的成分、温度、杂质含量及物理性质有关。

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。

2.3实验合金与试样

1）纯铝和铸铝102。

2）螺旋形试样如图2.1

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。

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试样，比较螺旋试样的长度。

2.4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

图2.1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

2.5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）熟悉合金成分和浇注温度对铸造合金流动性的影响。

2.6实验步骤

1）按要求造型，装配（保证相同的造型条件，用仪器检查紧实度）。

合箱放平待浇。

2）在电阻炉内熔化合金，当液态合金温度达到730℃左右时用氯化锌精炼，精炼后立即清理熔渣，静止1-2分钟后，按要求的浇注温度浇注。

3）待试件冷却后，打箱、测量试件长度并记录到表内。

2.7实验数据及处理

1）实验数据：

将各组试验数据填入表2.1内。

2）数据处理：

绘出化学成分与流动性、浇注温度与流动性曲线图（三或四组数据综合）。

表2.1实验数据

项目

序号

纯铝或ZL102

1

浇注温度/℃

730

700

670

2

螺旋形试样长度

/mm

3

螺旋形试样平均长度/mm

2.8实验结果及分析

1）简述实验原理

2）根据实验结果，结合曲线图分析合金成分、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。

实验三铸造合金残余应力的测定

3.1实验目的

测定铝合金应力框试样的残余内应力。

3.2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，如图3.1所示。

应力框铸件的粗杆Ⅰ和细杆Ⅱ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Ⅱ冷却速度快，Ⅰ杆冷却速度慢，因而Ⅱ杆的冷却速度大于Ⅰ杆，通过两端连接的横梁使Ⅰ杆受压，Ⅱ杆受拉。

如忽略砂型阻力，将在Ⅱ杆、Ⅰ杆同时产生拉应力和压应力。

随着冷却时间增长，Ⅱ杆和Ⅰ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。

3.3实验设备和工具

应力框试件，虎钳、手锯、平锉、钢尺、中心冲、刻度显微镜、手锤等。

3.4实验步骤

1）把应力框中粗杆表面的砂去净，并测量其长度（精确到1/10mm）。

2）在粗杆上用中心冲打两个凹洞，其间距等于10mm（精确到1/10mm）。

用刻度显微镜测定L长。

3）用手锯在L间锯断，并测量两洞间间距Lˊ。

4）应用应力公式，求残余内应力。

（3.1）

E=1.05×

106

图3.1应力框试样

3.5实验结果及分析

1）根据实验过程，整理实验数据，并对计算的σ值进行讨论。

2）分析影响应力框试样应力值大小的因素。

实验四锻压变形原理实验

压力加工主要包括锻造和冲压两大类。

锻造分为自由锻和模锻，冲压分为分离与变形。

分离是指冲孔、落料、剪切等工序，而变形是指拉延、挤压、胀形、弯曲等工序。

本实验为冷冲压工艺中的拉延实验，其实验原理和要求如下：

4.1实验目的

4.1.1了解极限拉延系数的测定方法及拉延系数计算方法。

4.2.2了解拉延模具间隙挤凹模圆角半径对拉延力的影响；

间隙对零件质量的影响。

4.2.3测量一种材料的极限拉延系数、拉延力及压边力。

4.2基本原理

拉延是利用模具冲裁后得到平面毛坯变成开口空心零件的冲压工艺方法。

拉延过程如图4.1所示，其凸模与凹模和冲裁时有所不同，它们工作部分没有锋利的

刀口，而是做成为一定的圆角，其间隙也稍大于板料的厚度，在凸模的作用下，半径D0的毛坯在凹模端面和压边圈之间的缝隙中变形，并被拉进凸模和凹模之间的间隙里形成空心零件的直壁。

零件上高度为H的直径部分是由毛坯的环形部分（外经D0，内径d）转化而成的。

拉延时毛坯的外部环形部分是变形区，而底部通常是不参加变形的不变形区。

拉延后零件的直径d与拉延前毛坯直径D0之比称为拉延系数m，并用下式表示：

（4.1）

从上式可以看出，拉延系数表示了拉延前后毛坯直径的变化量，不同的拉延系数所需

要的拉延力也不同。

影响拉延力的因素很多，它不仅与拉延系数有关，而且与材料的机械性能、零件尺寸、凸凹模圆角半径、润滑等有关，计算拉延力的经验公式很多，这里介绍一种常用公式：

P1=π⋅d1⋅t⋅σb⋅K1（4.2）

P1——第一次拉延力（牛顿）

d1——第一次拉延后的零件直径（毫米）

t——材料厚度（毫米）

σb——材料抗拉强度（MPa）

K1——第一次拉延系数

1.凸模2.压边圈3.毛坯4.凹模

图4.1

压边圈的压力必须适当，如果过大就要增加拉延力因而使工件拉裂，而压边圈的压力过

小会使工件侧壁或凸缘起皱。

4.3实验设备、材料及工具

杯突度验机，拉延模具，游标卡尺，拉延毛坯若干。

4.4实验步骤和方法

4.4.1步骤

1）将拉延凸凹模分别安装在杯突实验机上下模座上。

2）根据毛坯直径选用定位圈，然后将定位圈放稳，毛坯放置定位圈中（机油润滑）。

3）旋转压边手柄施加压力，并注意观察压边力指示表，压边力不宜过大。

4）加载速度手柄选用中速，启动电机进行拉延。

并注意观察拉延力指示表直到拉延完毕，记录拉延力，压边力。

5）反向扳动加载手柄进行卸载，反向旋转压边圈手柄，取出工件观察拉延件的表面质量，测量直径。

注意：

加载速度不宜过大，拉延力不允许超过设备额定吨位。

4.4.2方法：

1）选用一套凸凹模和一套材料直径不同毛坯进行拉延，直到工件拉到破坏，计算其极限拉延系数。

2）选用一定尺寸的凸模，更换不同圆角半径的凹模，观察拉延力的变化情况。

3）选用一定尺寸的凹模，更换不同尺寸的凸模，观察模具间隙对拉延力及工件质量的影响。

4.5实验结果及分析

4.5.1讨论模具间隙对拉延力及工件质量的影响

4.5.2讨论造成拉破的可能因素。

实验五焊接方法综合实验

5.1实验目的

5.1.1掌握各种焊接方法基本特点及其典型设备

5.1.2学习焊接方法