材综实验报告.docx
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材综实验报告.docx
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材综实验报告
材料综合实验
实验报告
组长:
郭志刚
组员:
独涛、邓洁、
何世慧、李世伟、王江
实验一熔炼浇铸观摩实验
实验目的
1.通过对浇铸试验的观摩
2.了解传统浇铸工艺的流程
3.了解金属模和砂模两种模具在金属浇铸过程中的功能异同
实验仪器设备
熔炼炉,坩埚,金属模,砂模等
实验操作内容
观摩老师进行金属的熔炼浇铸过程
浇注操作:
金属型合严后,应尽快浇注,避免其降温。
浇包自坩埚中舀取金属液时,先用包底拨开液面上的氧化皮或熔剂层,缓慢地用包口舀取合金液。
在浇包接近金属型浇口时,应用热铁片或干木块将包嘴处的氧化皮或渣拨开,让干净的金属液进入浇口杯。
浇注温度的高低,要根据具体情况来决定,总的原则是保证铸件成型的前提下,浇注温度越低越好。
浇注时,开始瞬间应略慢,防止金属液溢出浇口杯和严重冲击型腔,紧接着应加快浇注速度,使浇口杯充满,做到平稳而不中断液流。
浇注快慢尚须视不同金属型而变化,操作者应积累经验,以便做到不冷隔、排气顺畅及不冲坏型芯。
浇包中的合金液应正好为铸件所需用量,如有剩余,应浇入锭模中,禁止将剩余金属液返回坩埚中。
浇注完毕,根据不同铸件,即时开模,做到不因开模过早损坏铸件,也不因过迟而产生脱模困难。
取出铸件后,观察铸件是否合格,若有缺陷,应采取措施解决,直至合格为止。
实验二Al-Si合金晶相样品制备与观察
实验目的
1.了解晶相样品的制备的流程
2.了解并掌握各仪器的操作过程
3.观察并拍摄晶相图
实验仪器设备
高速精密切割机,热镶嵌压力机,全自动磨抛机,电子显微镜
实验原理
Al-Si系合金指以硅为主要合金元素的合金,所示为Al-Si二元相图。
Al-Si二元系共晶成分含Si11.6%,通常将含Si10%~13%的合金视为共晶合金,含Si4%~10%的合金视为亚共晶合金,含Si14%以上的合金视为过共晶合金。
Al-Si系合金具有优良的铸造性能(流动性能好,气密性好,收缩率小和抗热裂倾向小)经过变质和热处理之后,具有良好的力学性能(强度高)、物理性能(热膨胀系数小)、耐蚀性和耐磨性,是铸造合金中用途最广,品种最多的一类合金。
硅是大部分铸造合金的主要元素,硅同铝生成含11.6%硅的共晶体,加入硅可以提高流动性,改善铸造性能,提高补缩性和抭热裂性。
富硅相是硬度较高的。
所以合金的硬度随着硅含量的增加而增加,但是却降低塑性和切削加工性。
共晶铝硅合金结晶温度范围小,在一定的浇注温度下流动性很好,凝固时形成集中的缩孔,这类合金适用于薄壁件。
亚共晶铝合金适用于高强度铸件,过共晶合金组织中有大量块状初生硅,切削加工性差,但是这类合金红膨胀系数小,耐磨且抗热裂性好,主要用于制造活塞等耐磨件。
实验内容
1.样品的镶嵌
镶嵌对不是整形、不易手拿的微小金相试样进行热固性塑料压制.成形后可方便地进行试样磨抛操作,也有利于在金相显微镜下进行显微组织测定。
将经过冷变形和热处理的除铁样品放入金相试样镶嵌机中,加入镶嵌粉,设定程序自动进行试样的镶嵌。
不到十分钟,镶嵌完成。
在镶嵌好的试样背面刻上相关信息,以便区分。
2.试样的磨光与抛光
使用全自动的磨抛机设定自动程序进行磨光与抛光。
本实验共分五个步骤,每个步骤又分以下操作顺序:
冲洗,灌冲水槽,超声清洗,水槽排水,冲洗试样,灌注研磨盘,试样抛光。
步骤一和步骤二用粒径不同的沙盘加水粗磨,步骤三用粒径9微米的研磨液,步骤四用粒径3微米的研磨液,步骤五用粒径0.05微米的研磨液。
步骤三至五使用不同粒径的绒布进行精磨,也就是抛光。
抛光完成后得到表面呈现镜面的试样,部分试样由于挤压时未放平,挤压后表面不在一个平面上导致存在磨光和抛光未能达到的死角,一般存在于试样边界。
3.试样的腐蚀
为了观察晶相,需要对试样的表面进行腐蚀,使晶界清晰可见。
先用水冲洗试样,再喷上酒精用吹风机快速吹干,把试样清洁干净;用竹制镊子将试样泡入体积百分比为4%的硝酸酒精溶液中进行腐蚀。
仔细观察试样表面,当表面从试样边缘到中心逐渐被腐蚀,表面变得暗淡后迅速将试样取出,再次用水冲洗,喷上酒精用吹风机快速吹干。
4.观察试样与拍照
图一
图二
图三
实验结论
我组的为砂模冷却,可以清晰的看到树枝晶。
这是由于砂模比金属模散热慢,所以在降温结束后,形成支状共晶体,由初生硅和共晶体组成。
再与老师给出的图片进行对比:
图四
图四为金属模冷却,由于金属模散热快,所以在降温结束后,形成的是针状共晶体。
力学性能高于砂模。
由初生硅和共晶体组成。
图五
加入精炼剂的晶相图为图五,加入精炼剂后,把铝硅合金中的气体除尽,但共晶体是针状,而且是硅成分多余的过共晶。
由初生硅和共晶体组成。
图六
加入变质剂后晶相图为图六,加入变质剂后,原有的过共晶铝硅合金,由于加入的锡变质剂导致其共晶点右下移动(原先合金成分靠近共晶点),从而生成了亚共晶体,而且铝硅合金中的硅相由针杆状变为长度尺寸在100μm以下的短杆状或弯曲的纤维状。
由初生铝和共晶体组成。
比较之后,加入变质剂后的铝硅合金在力学性能上有了明显的提升,包括增加强度,提高耐磨损性、延伸率以及抗拉强度。
实验三塑性变形和再结晶
实验目的
1. 研究金属冷变形过程机器组织性能的变化。
2. 研究冷变形金属在加热时组织性能的变化。
3. 了解金属的再结晶温度和再结晶后晶粒大小的影响因素。
4. 初步学会测定晶粒度的方法。
实验仪器设备
高速精密切割机,热镶嵌压力机,全自动磨抛机,电子显微镜
实验原理
金属经冷加工变形后,其组织和性能均发生变化:
原先的等轴晶组织,随着塑性变形量的增大,其晶粒沿变形方向逐渐伸长,变形度越大,则伸长也越显著;当变形度很大时,其组织呈纤维状。
随着组织的变化,金属的性能也发生改变:
强度硬度增高,塑性则逐渐下降,即产生了“加工硬化”。
经冷变形后的金属加热到再结晶温度时,又会发生相反转变。
新的无应变的晶粒取代原先变形的晶粒,金属的性能也恢复到变形前的情况,这一过程称为再结晶。
再结晶温度与金属本性、杂质含量、冷变形程度、保温时间、材料的原始晶粒度等有关。
再结晶所产生的晶粒大小在很大程度上取决于冷变形程度的大小,在某一变形度变形,再经退火处理后晶粒异常粗大,该变形度称为临界变形度,它使材料性能恶化,是压力加工中切忌的问题。
本实验主要以工业纯铁为对象,分析其塑性变形和再结晶过程中显微组织的变化。
观察经一定冷变形后不同退火温度下纯铁的显微组织,测定再结晶度,此外对不同冷变形度的纯铁进行高温退火,测定晶粒度,从而确定临界变形度。
实验内容
1.样品的冷变形
将纯铁试样平放在操作台上,用液压机对其进行加载,使其产生塑性变形,对多个试样进行不同大小的加载,使其产生不同的变形量方便后面观察对比。
2.试样的热处理
将试样按照不同的分组进行热处理。
500摄氏度和700摄氏度下进行30分钟或1小时的退火处理。
3.样品的镶嵌
镶嵌对不是整形、不易手拿的微小金相试样进行热固性塑料压制.成形后可方便地进行试样磨抛操作,也有利于在金相显微镜下进行显微组织测定。
将经过冷变形和热处理的除铁样品放入金相试样镶嵌机中,加入镶嵌粉,设定程序自动进行试样的镶嵌。
不到十分钟,镶嵌完成。
在镶嵌好的试样背面刻上相关信息,以便区分。
4.试样的磨光与抛光
使用全自动的磨抛机设定自动程序进行磨光与抛光。
本实验共分五个步骤,每个步骤又分以下操作顺序:
冲洗,灌冲水槽,超声清洗,水槽排水,冲洗试样,灌注研磨盘,试样抛光。
步骤一和步骤二用粒径不同的沙盘加水粗磨,步骤三用粒径9微米的研磨液,步骤四用粒径3微米的研磨液,步骤五用粒径0.05微米的研磨液。
步骤三至五使用不同粒径的绒布进行精磨,也就是抛光。
抛光完成后得到表面呈现镜面的试样,部分试样由于挤压时未放平,挤压后表面不在一个平面上导致存在磨光和抛光未能达到的死角,一般存在于试样边界。
5.试样的腐蚀
为了观察晶相,需要对试样的表面进行腐蚀,使晶界清晰可见。
先用水冲洗试样,再喷上酒精用吹风机快速吹干,把试样清洁干净;用竹制镊子将试样泡入体积百分比为4%的硝酸酒精溶液中进行腐蚀。
仔细观察试样表面,当表面从试样边缘到中心逐渐被腐蚀,表面变得暗淡后迅速将试样取出,再次用水冲洗,喷上酒精用吹风机快速吹干。
6.观察试样与拍照
实验结论
图七
图八
图九
图十
变形量不同的铁再结晶退火后的晶相图,条件是:
700度30min变形量分别为图七57.3%图八63.8%图九71%图十80%
由以上的实验图片可知,当变形程度较小时,金属不发生再结晶,晶粒尺寸不变。
当达到某一变形程度后,金属开始发生再结晶,而且再结晶后获得异常粗大的晶粒。
当变形量大于临界变形量时,变形度越大,各晶粒变形越均匀,再结晶形核率增大,晶粒越细化。
图十一
图十二
图十三
以上试验图片为加热时间不同的合金再结晶退火,条件为:
变形量:
70%,退火温度:
500度,退火时间分别为图十一15min,图十二30min,图十三1h
由以上实验图片可知,晶粒长大充分需要一定的时间,晶粒尺寸随时间的增加,等到达临界时间之后晶粒的尺寸不再发生变化。
图十四
图十五
以上实验图片为说明退火温度对金属再结晶后晶粒度的影响,条件为:
变形量:
70%,退火:
1h,温度分别为:
图十四500度图十五700度
由以上试验图片可知,退火温度对刚完成再结晶时的晶粒尺寸的影响比较弱,但提高退火温度可以使再结晶的速度显著加快,临界变形度数值变小。
温度在晶粒长大阶段的影响很明显,可以发现:
温度越高,晶粒越粗。
心得体会
这学期的实验共有三个,浇铸、铝硅合金以及塑性变形再结晶,总的来说是作为加强对材料实验的一些基本认识,了解实验室中的各种仪器及使用方法,将理论的知识和现实的样品相结合,加深对材料的认识。
尤其是观察材料的微观组织,重点在于分析组织的结构,验证已经写入课本的知识其正确性,加深理解。
但是总体感觉我们在材料综合实验课上所学到的知识并不多,效率相对较低,这与我们学生缺乏材料基础实验所需的实验操作能力有关,但老师的安排也影响颇大,希望下学期的材料综合实验能够安排丰富的实验内容,是我们的课程更加充实。
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