中南大學材料專業(yè)大四工程實踐與崗位體驗

1、一、課程目的及安排隨著社會的快速發(fā)展，用人單位對大學生的要求越來越高，對于即將畢業(yè)的材料科學與工程專業(yè)在校生而言，為了能更好的適應嚴峻的就業(yè)形勢，畢業(yè)后能夠盡快的融入到社會，同時能夠為自己步入社會打下堅實的基礎，工程實踐與崗位體驗是必不可少的階段。工程實踐與崗位體驗能夠使我們在實踐中了解社會,讓我們學到了很多在材料科學與工程專業(yè)課堂上根本就學不到的知識,受益匪淺,也打開了視野,增長了見識,使我認識到將所學的知識具體應用到工作中去。為以后進一步走向社會打下堅實的基礎,只有在實習期間盡快調整好自己的學習方式,適應社會,才能被這個社會所接納,進而生存發(fā)展。 “實踐是檢驗真理的唯一標準”，只有把從書本

2、上學到的材料科學與工程專業(yè)理論知識應用于實踐中，才能真正掌握這門知識。因此，學院為我們安排了工程實踐與崗位體驗這門課程。我們組在寧鄉(xiāng)中工新材有限公司進行了為期六周的工程實踐與崗位體驗。實踐的主題是銅合金的制備。二、企業(yè)情況2.1企業(yè)情況簡介由中南大學材料學院二位博士導師領辦，六位博士加盟，擁有十二位高、中級職稱技術人員的岳麓山國家大學科技園高新技術入園企業(yè)；科技部中小型企業(yè)技術創(chuàng)新基金項目“鐵路列車異步牽引電動機銅合金導條、端環(huán)和護環(huán)中試”（00C26214300352）承擔單位；由科技部、國家稅務總局等五家單位批準“大功率調頻調速異步電動機專用銅合金轉子部件”為國家重點新產品；主要從事高性能

3、鋁合金和銅合金及其它有色金屬新材料的研制、開發(fā)與生產；公司注冊資本為100萬元，無形資產經湖南省四達評估有限公司評估為2170萬元。2.2擁有的自主知識產權：高速列車異步牽引電動機銅合金導條、端環(huán)和護環(huán)，中國發(fā)明專利(ZL 99101984.9)；一種大功率調頻調速異步牽引電動機銅合金導條和端環(huán)及其制備方法，中國發(fā)明專利(ZL 201010181509.2)；高速列車異步牽引電動機銅合金導條、端環(huán)和護環(huán)研制，湖南省科技廳鑒定成果(湘科鑒字1999第132號)，2000年湖南省科技進步二等獎；地鐵列車和城市輕軌列車大功率異步牽引電動機銅合金導條、端環(huán)和護環(huán)中試，湖南省科技廳鑒

4、定成果(湘科鑒字2000第231號)，長沙市科技進步一等獎(長科獎字2001第03號)；車輛用大型鋁合金型材配用焊絲研制，湖南省科技廳鑒定成果(湘科鑒字2002第028號)；高強高韌可焊含鈧鋁合金板及配用焊絲，中國有色金屬工業(yè)總公司鑒定成果(中色鑒字1998第065號)。2.3主要研制開發(fā)的產品：大功率調頻調速異步牽引電動機轉子銅合金導條、端環(huán)和護環(huán)（可批量供貨）；鋁鈧中間合金（可批量供貨）；鋁合金焊絲（可批量供貨）。2.4目前產品用戶：1、南車株洲電機有限公司，各種車速的動車和高鐵牽引電機，出口多個國家的特種電機；2、湘潭電機股份有限公司，多個城市的地鐵和輕軌牽引電機，特種電機；3、北車永濟

5、電機有限公司，各種車速的動車和高鐵牽引電機；4、湘潭興達電機有限公司，108T礦用自卸車交流電機。三、崗位體驗記錄3.1工藝簡介3.1.1電動機轉子銅合金導條制備工藝Cu-Cr-Zr合金以其優(yōu)良的力學性能、導電性能及成熟的制備工藝而廣泛應用于電工電子等行業(yè)。在Cu-Cr-Zr合金的基礎上添加Zn，以調節(jié)合金的電阻率，合金的名義成分為Cu-（1012）%Zn-（0.60.9）%(Cr,Zr),其制備工藝如下：合金熔煉與鑄造錠坯切割、剝皮擠壓并水淬酸洗冷拉矯直、剪切時效酸洗、鈍化精整、包裝3.1.2電動機銅合金護環(huán)制備工藝 護環(huán)是電動機轉子上的重要部件之一，它熱套于端環(huán)上，受緊配合力、本身及繞組端

6、部的離心力、彎曲應力等作用，疊加應力很高。因此要求護環(huán)材料必須有足夠的強度和盡可能高的塑性與韌性、最小的殘余應力、最少的危害性缺陷。純銅以其優(yōu)良的導電、導熱、耐磨、耐蝕性能和工藝性能而被廣泛應用于機電、電工、電子等行業(yè)。但純銅在軟態(tài)下的強度較低，特別是抗高溫變形的能力差，越來越難以滿足現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對高強度強韌銅合金的需求。因此高強度強韌銅合金的設計主要是兩種思路：一是加入適量合金元素強化銅基體來提高強度，同時盡可能減少對電導率的影響；二是引入第二相形成復合材料，通過復合強化取長補短，達到高強強韌的綜合性能。根據(jù)護環(huán)產品的性能要求，通過綜合考慮，在銅合金成分設計時，采用鋁、鐵、鎳為合金成分控制

7、元素，優(yōu)化了三者之間的合理比例為104.54.5。護環(huán)的主要技術路線是：合金熔煉與鑄造半連續(xù)鑄造均勻化處理自由鍛造熱處理機加工無損傷檢測成品檢驗包裝入庫護環(huán)3.2崗位體驗記錄3.2.1熔煉與鑄造工藝崗位體驗3.2.1.1.原料：電解銅板、鋅以單質形式直接加入，鉻和鋯是以銅鉻、銅鋯中間合金的形式加入。3.2.1.2方法：在熔煉和鑄造過程中，由于合金中高含量的鋁和鎳，這兩種元素在熔煉過程中易氧化，最終形成高熔點的懸浮渣造成熔煉過程中清渣難度增加。因此熔煉時采用中頻感應電爐，并在添加鋁塊后再添加能溶解氧化鋁的冰晶石作覆蓋劑和精煉劑，解決了造渣嚴重的問題。通過半連續(xù)鑄造工藝澆注鑄錠，鑄造溫度為1220

8、1260。3.2.1.3設備：1000HZ中頻線圈感應爐。品牌: 拓高顏色分類: 坩鍋 淺灰色電壓: 220-380V功率: 15-160KW溫度: 2000度熔量: 1-200公斤用途: 有色金屬熔煉3.2.1.4銅合金熔煉一般原則：（1）所有金屬爐料必須清理干凈（2）快速熔煉，及時澆鑄（3）控制爐氣為中性（4）加料次序重要（5）熔煉溫度與銅液質量密切相關，應嚴格控制（6）及時準確執(zhí)行爐前質量檢驗本廠生產的黃銅需要低溫加鋅，逐塊加鋅。沸騰除氣，不需要精煉。采用紅外測溫儀測量鑄錠的溫度。3.2.1.5熔煉時的金屬損耗

9、0;金屬熔煉損耗通常是指熔煉過程中，金屬的揮發(fā)、氧化燒損、與爐襯作用的消耗等全部損耗的總和。 （1） 金屬的揮發(fā) 在熔煉過程中，金屬的揮發(fā)是難以避免的，尤其是一些易揮發(fā)的元素有所回因揮發(fā)損失過大致使控制成份發(fā)生困難；故在熔煉工藝上應視其情況采取相應的措施。 （2） 氧化燒損 熔融金屬中合金元素的氧化燒損，與合金元素對氧的親合力及含量有關，凡與氧的親合力比基體金屬大、表面活性強的金屬，必然易燒損。 3.2.1.6降低熔煉損耗的途徑 （1）用熔池面積小的爐子熔煉。 （2）制定合理的工藝操作規(guī)程。易氧化、揮發(fā)的

10、合金元素應制成中間合金在最后加入，或在溶劑覆蓋下溶化。 （3）碎屑散料應打包。（4）選用適宜的覆蓋劑覆蓋。 （5）正確選用溶劑，同時采取高溫扒渣或撈渣，降低渣中金屬損耗。 3.2.1.7配料原則與配料計算 （1） 配料原則  確定合金各組元的配料比及易耗組元的補償量。  在保證合金的主要成份及雜質含量合乎國家標準的前提下，盡可能少用新金屬，以擴大低品位原料及回料的使用量。  在保證合金質量的前提下，對合金中貴金屬盡可能按標準的下限含量配料。 為保證某些制品的特殊要求，在國家標

11、準范圍內科適當調整某些元素的含量，及制度生產中實際控制的內部標準。 （2） 配料的計算 配料計算程序 一般計算程序是：首先算出100Kg所需的爐料，然后再根據(jù)所需投料量乘上倍數(shù)即可。具體計算過程如下：  確定合計的平均化學成分，銅合金一般取牌號成分的平均值。  確定個成分的燒損率，燒損率應通過試驗確定。  球場計入燒損量的各合金元素的需要量。  確定爐料組成。  求出回爐料中各成分的重量。  求出減去回爐料中各合金元素含量后尚需補充的用

12、量。  求出各中介合金的用量。  求出尚需補充的新金屬料的用量。  核算雜質含量。  寫出配料單。合金熔煉前的配料熔鑄現(xiàn)場3.2.2擠壓、冷拉及機加工工序崗位體驗3.2.2.1設備（1）金屬型材擠壓機擠壓噸位：800T品牌：無錫市大舟機械有限公司電動機功率：130kw外形尺寸: 7480×2800×3200（mm）擠壓機（2）軋頭機品牌：三郎型號：SL-YJ電動機功率：1.5KW外形尺寸：1220*800*800mm重量：0.25t軋頭機（3）10t列式拉床（4）高速鋸切機品牌：得興機械型號：4

13、55切鋁機切割能力：300空載轉速：2800pm額定功率：4KW額定轉速：3000pm鋸片直徑：405mm最大鋸切深度：300mm重量：303高速鋸切機3.2.2.2擠壓工藝參數(shù)擠壓溫度：625900擠壓方式：正向擠壓擠壓筒直徑：200mm擠壓筒橫截面積：314cm2比壓：637MPa胚料尺寸：185cm2*700mm熱處理溫度：5503.2.3熱處理工藝崗位體驗3.2.3.1設備箱式電阻爐制造廠家：上海電爐廠額定功率：60KW額定溫度：950攝氏度額定電壓：380V空爐耗損功率：13KW相數(shù)：三相最大一次裝載量：850KG工作空間尺寸：1200mm*600mm*400mm重量：3730KG箱

14、式電阻爐3.2.3.2電阻爐中通入氮氣，因為氮氣便宜。但最好通氬氣。3.2.3.3 退火方法：（1）均勻化退火：  均勻化退火主要用于銅合金鑄錠。加熱溫度以不發(fā)生熔化為度。黃銅鑄件在高溫下加熱時表面易于脫鋅，一般不進行均勻化退火。錫青銅、鈹青銅及白銅鑄件通常都要進行均勻化退火。均勻化退火多在燃料爐中加熱，爐氣成分應控制在弱還原性和弱氧化性之間。由于所研制銅合金鑄錠中的合金元素含量高且為復相合金，鑄錠在澆鑄過程中由于非平衡凝固造成結晶時不可避免地會出現(xiàn)各種非平衡組織，性能不均勻、塑性差、變形抗力大等情況可能導致熱鍛時產生開裂現(xiàn)象。因此，鑄錠需經均勻化退火，均勻化處理工藝為在8

15、50下保溫6小時（2）去應力退火： 冷變形黃銅工件，用作彈性元件的錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅及白銅線材或板材，都要進行去應力退火。  鋅含量大于20%的黃銅冷變形工件，在潮濕大氣，特別是在含氨的大氣中以及汞和汞鹽溶液中，經常會發(fā)生應力腐蝕開裂。為了避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象，必須進行去應力退火。退火溫度為500700。用作彈性元件的各種青銅及白銅制品去應力退火的目的是穩(wěn)定元件的彈性。為了檢查工件退火后是否仍有殘余內應力，可將樣品置于硝酸亞汞水溶液中浸泡2h。用放大鏡觀察樣品表面是否出現(xiàn)龜裂。（3）固溶熱處理及時效處理 在銅合金中，固溶熱處理和時效處理的主要對象是鈹青銅。另外，鋁黃

16、銅，含有Si和Ni的鋁青銅，含Ni的硅青銅，含Si和Zr的高強度鉻青銅，都可以采用這種熱處理力法提高強度。  HA160-2的固溶熱處理溫度為800，時效處理溫度為350450。  含C、Ni的鋁青銅固溶熱處理溫度為800900，時效處理溫度為400450。  QSil-3固溶熱處理溫度為850，時效溫度為450。  高強度鉻青銅固溶熱處理溫度為1000，時效處理溫度為525。（4）退火  有些金屬型鑄造的工件，由于凝固后冷速較高，一些硬脆的化合物不能析出。在這種情況下，材料塑性過高，切削加工性

17、能不良。將這些鑄件加熱至800，保溫透燒后隨爐緩冷至500出爐空冷，可使化合物析出，材料塑性降低，強度提高，使切削加工性能得到改善。3.2.4鍛造工藝崗位體驗（護環(huán)）3.2.4.1設備：750kg空氣錘型號：C41-750公斤生產廠家：江蘇宏城鍛壓機床有限公司規(guī)格：落下部分公稱重量750公斤空氣錘3.2.4.2鍛造工藝（1）鍛造溫度：金屬的鍛造溫度是鍛造的主要因素之一，溫度選擇的合理性直接影響到鍛件的成型和質量。根據(jù)研制合金材質的鍛造特點和設備情況，確定護環(huán)銅合金采用自由鍛放坯方式進行生產，始鍛溫度為880，終鍛溫度為680。（2）鍛后冷卻：銅合金鍛造后，通常在空氣中冷卻。紫銅、鋁青銅、黃銅在

18、通風良好的空氣中冷卻，嚴禁放在箱子里堆冷。（3）沖飛邊（4）銅合金鍛件一般在室溫下切邊。對于冷切邊容易產生周邊撕裂的鍛件，要采用熱切邊。熱切溫度不超過420攝氏度左右。（5）鍛件校正：鍛件在鍛造成型后，由于熱脹冷縮產生的變形可通過復模整型。但復模不得過大，變形量大的鍛件不能直接冷整形。（6）鍛后熱處理：為確保零件的最終性能達到要求，需要通過熱處理工藝進一步提高材料性能。采用正交試驗法確定了淬火溫度、淬火時間、時效溫度和時效時間，最終確定護環(huán)零件的最佳熱處理方案是：900保溫1小時固溶，然后在600時效4小時，在此熱處理條件下護環(huán)零件的綜合性能處于最佳。鍛后熱處理要求和規(guī)范要嚴格執(zhí)行相應的工藝規(guī)

19、范。3.2.5材料性能檢測崗位體驗3.2.5.1測試試樣高溫拉伸強度設備：電子萬能試驗機步驟：1.打開試驗機主機電源開關，預熱十五分鐘以上。2.啟動電腦，打開MDCTEST-D軟件，連接主機。3.選擇或添加合適的實驗方案，確認相關的實驗參數(shù)（試驗速度、試驗方向、試樣形狀、設置試樣的默認參數(shù)等。）；若需實驗報告，先設計實驗報告模板。4.輸入實驗數(shù)據(jù)保存文件名5.輸入試樣尺寸等參數(shù)6.根據(jù)試樣尺寸使用遙控器手動控制鍵調整橫梁的位置，安裝好夾具，設置好限位開關，再把橫梁調整到合適位置然后在軟件中對位移進行清零。將橫梁當前位置設為零點，對力傳感器進行清零。7.裝夾試樣，必要時裝夾引伸器。8.確認試樣參

20、數(shù)正確后，按下操作盤上的【運行】按鈕鍵進行試驗。9.達到引伸器切換點時卸下引伸器（如果使用引伸器時）10.試驗結束后卸下試樣。11.如果繼續(xù)試驗，重復步驟6-1012.生成試驗報告，打印試驗報告或進行記錄。13.不進行試驗，脫機，關閉軟件，關閉電腦。14.關閉試驗機主電源。15.清理試驗設備實驗前試樣試驗后試樣3.2.5.2測硬度設備：布氏硬度計步驟：1.實驗前準備：根據(jù)被測試樣厚度和硬度選擇壓頭直徑、實驗力、試驗保持時間；確保試樣表面光滑平整2.試驗：打開電源開關，此時顯示屏顯示待機狀態(tài)，將試樣平穩(wěn)地放在支撐臺上，處于壓頭之下，轉動手輪，使試樣上升與壓頭接觸直至手輪與螺母產生相對滑動（有輕微響聲），按“開始”按鈕，試驗機將自動完成加載、保持和卸載過程（相應的指示燈會亮），當卸載指示燈滅，則表示實驗完畢。 3.轉動手輪取下被測試樣，使用隨機所帶的讀數(shù)顯微鏡讀出試樣壓痕任意縱橫兩方向的平均直徑。  4.根據(jù)布氏硬度數(shù)值計算表查出相對應的布氏硬度值。  5.清理試驗現(xiàn)場。讀數(shù)：試樣硬度HB120（縱橫兩向的直徑為800.1微米與806.9微米）四、結束語這次實習給了