綜合實(shí)驗(yàn)一鋁合金制備

..綜合實(shí)驗(yàn)一鋁合金制備、加工及改性實(shí)驗(yàn)1.1鋁合金的熔煉、鑄錠與固溶-時(shí)效處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4實(shí)驗(yàn)類型：綜合、設(shè)計(jì)型前修課程名稱：材料工程根底適用專業(yè)：材料類本科生一實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆珍X合金熔化的根本原理，并應(yīng)用在熔化的實(shí)踐中。熔煉是使金屬合金化的一種方法，它是采用加熱的方式改變金屬物態(tài)，使基體金屬和合金化組元按要求的配比熔制成成分均勻的熔體，并使其滿足部純潔度，鑄造溫度和其他特定條件的一種工藝過(guò)程。熔體的質(zhì)量對(duì)鋁材的加工性能和最終使用性能產(chǎn)生決定性的影響，如果熔體質(zhì)量先天缺乏，將給制品的使用帶來(lái)潛在的危險(xiǎn)。因此，熔煉又是對(duì)加工制品的質(zhì)量起支配作用的一道關(guān)鍵工序。而鑄造是一種使液態(tài)金屬冷凝成型的方法，它是將符合鑄造的液態(tài)金屬通過(guò)一系列澆注工具澆入到具有一定形狀的鑄?！步Y(jié)晶器〕中，使液態(tài)金屬在重力場(chǎng)或外力場(chǎng)〔如電磁力、離心力、振動(dòng)慣性力、壓力等〕的作用下充滿鑄模型腔，冷卻并凝固成具有鑄模型腔形狀的鑄錠或鑄件的工藝過(guò)程。鋁合金的鑄錠法有很多，根據(jù)鑄錠相對(duì)鑄模〔結(jié)晶器〕的位置和運(yùn)動(dòng)特征，可將鋁合金的鑄錠方法分類如下：鋁合金鑄錠方法鋁合金鑄錠方法不連續(xù)鑄錠方法連續(xù)鑄造法錠模鑄造沉浸鑄造鑄鐵模鑄造水冷模鑄造靜模鑄造立式鑄造臥式鑄造動(dòng)模鑄造輥間鑄造〔連續(xù)鑄軋〕輪模鑄造鏈模鑄造無(wú)模鑄造〔無(wú)接觸鑄造〕：電磁鑄造等二實(shí)驗(yàn)容鋁銅合金的熔煉工藝流程爐料及工具的準(zhǔn)備爐料及工具的準(zhǔn)備爐料準(zhǔn)備精煉劑的準(zhǔn)備熔爐預(yù)熱裝料熔化精煉爐前質(zhì)量檢查調(diào)整熔體溫度澆注三實(shí)驗(yàn)要求嚴(yán)格控制熔化工藝參數(shù)和規(guī)程1.熔煉溫度 熔煉溫度愈高，合金化程度愈完全，但熔體氧化吸氫傾向愈大，鑄錠形成粗晶組織和裂紋的傾向性愈大。通常，鋁合金的熔煉溫度都控制在合金液相線溫度以上50～100℃的圍。從圖1的Al-Cu相圖可知，Al-5%Cu的液相線溫度大致為660～670℃，因此，它的熔煉溫度應(yīng)定在710〔720〕℃～760〔770〕℃之間。澆注溫度為圖1鋁銅二元狀態(tài)圖2．熔煉時(shí)間 熔煉時(shí)間是指從裝爐升溫開(kāi)場(chǎng)到熔體出爐為止，爐料以固態(tài)和液態(tài)形式停留于熔爐中的總時(shí)間。熔煉時(shí)間越長(zhǎng)，那么熔爐生產(chǎn)率越低，爐料氧化吸氣程度愈嚴(yán)重，鑄錠形成粗晶組織和裂紋的傾向性愈大。精煉后的熔體，在爐中停留愈久，那么熔體重新污染，成分發(fā)生變化，變形處理失效的可能性愈大。因此，作為一條總的原那么，在保證完成一系列的工藝操作所必需的時(shí)間的前提下，應(yīng)盡量縮短熔煉時(shí)間。3．合金化元素的參加方式 與鋁相比，銅的比重大，熔點(diǎn)雖高〔1083℃4．要注意覆蓋 眾所周知，鋁在高溫熔融狀態(tài)，極易形成Al2O3氧化膜，因此要對(duì)鋁熔體進(jìn)展保護(hù)。就鋁銅合金而言，所用的覆蓋劑為：40%KCl+40%NaCl+20%冰晶石〔Na3AlF6〕的粉狀物。它的比重約為2.3g/cm3，熔點(diǎn)約670℃5.要注意扒渣 當(dāng)爐料全部熔化后，在熔體外表會(huì)形成一層有溶劑、金屬氧化物和其它非金屬夾雜物所組成的熔渣。在進(jìn)展?jié)沧⒅?，必須將這層渣除掉。其目的是：〔1〕，防止熔體夾渣；〔2〕，減少熔體吸氣時(shí)機(jī)〔因?yàn)槿墼撬魵獾牧己幂d體〕；〔3〕，加強(qiáng)傳熱。扒渣時(shí)，工具要干凈，要預(yù)熱；操作要平穩(wěn)不起波浪。6．金屬模要上涂料并加熱到300℃四實(shí)驗(yàn)裝置1．中頻感應(yīng)真空熔煉爐2．澆鑄?！部勺杂擅撃Ｊ健?．必要的工具〔扒渣棒、抱鉗等〕4．便攜式紅外測(cè)溫儀5．鋁塊6．銅板7．天平8．石墨坩堝9.其它化學(xué)試劑五實(shí)驗(yàn)步驟1．備料：按照Al-5%Cu的質(zhì)量百分比，用天平稱好爐料〔按每爐1kg計(jì)算〕；2．裝料：將鋁塊和銅板同時(shí)參加中頻感應(yīng)爐的坩堝中，然后參加覆蓋劑；3．升溫：注意調(diào)整電流、電壓及功率因子〔cos〕；4．測(cè)溫：控制在710-770℃5．調(diào)溫：主要是為澆注作準(zhǔn)備，熔體溫度太低，流動(dòng)性不佳，不易充滿模子，而熔體溫度太高，易氧化和形成粗大晶粒；6．澆注：將熔體倒入預(yù)先準(zhǔn)備的模子中，待完全凝固后，再脫模；7．脫模：取出鑄件，注意要戴手套。六．思考題什么叫熔煉與鑄錠？它們有何作用？簡(jiǎn)要比擬中頻感應(yīng)爐熔煉和普通電爐熔煉的異同之處及優(yōu)缺點(diǎn)。簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)過(guò)程及心得體會(huì)。..實(shí)驗(yàn)1.2鋁合金軋制工藝實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4實(shí)驗(yàn)類型：綜合、設(shè)計(jì)型前修課程名稱：材料工程根底適用專業(yè)：材料類本科生一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆瞻鍘к垯C(jī)工作原理及設(shè)備操作過(guò)程；學(xué)會(huì)軋制變形量的計(jì)算方法及安排道次變形量。二、軋制原理軋制法是應(yīng)用最廣泛的一種壓力加工方法，軋制過(guò)程是靠旋轉(zhuǎn)的軋輥及軋件之間形成的摩擦力將軋件拖進(jìn)軋輥縫之間并使之產(chǎn)生壓縮，發(fā)生塑性變形的過(guò)程，按金屬塑性變形體積不變?cè)?，通過(guò)軋制，軋件厚度變薄同時(shí)長(zhǎng)度伸長(zhǎng)，寬度變寬。見(jiàn)圖１所示。圖1軋制原理軋件承受軋輥?zhàn)饔冒l(fā)生變形的局部稱為軋制變形區(qū)，其他主要參數(shù)有：軋輥直徑D、半徑R、輥身長(zhǎng)度B，假定軋件在軋之前后的厚度、寬度和長(zhǎng)度分別為h1、b1、l1和h2、b2、l2，上下軋輥皆為主動(dòng)棍，其轉(zhuǎn)速均為n〔轉(zhuǎn)／分〕，因此軋輥外表的線速度Vr＝πDn/60×1000，咬入角α，接觸弧長(zhǎng)L，正常軋制時(shí)L與α的關(guān)系如下：＝arccos[1－(h1－h(huán)2)/D]L=2π/180×R實(shí)踐中常以接觸弧長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)近似作為接觸弧弧長(zhǎng)，于是有L=[R(h1－h(huán)2)]．因?yàn)檐堉魄昂筌埣闹亓繘](méi)有變化于是有：h１×b１×l１×r１＝h２×b２×l２×r2，由于r1=r2又有：h1×b1×l1=h2×b2×l2軋制前后軋件厚度的減少成為絕對(duì)壓下量，用△h表示，△h＝h1－h(huán)2絕對(duì)壓下量與原厚度之比成為相對(duì)壓下量，用ε表示，ε＝△h／h１×100%，軋制時(shí)軋件的長(zhǎng)度明顯增加，軋后長(zhǎng)度與軋前長(zhǎng)度的比值稱為延伸系數(shù)用λ表示，λ=l1/l2。由于軋帶時(shí)軋件寬度變化不大，一般略而不計(jì)〔Δb=b2-b1〕。ε、Δh和λ是考核變形大小的常用指標(biāo)。三、實(shí)驗(yàn)容使用兩輥板帶軋機(jī)軋制AlCu合金試件，試件鑄態(tài)毛坯尺寸：100×10×5〔mm〕。經(jīng)多道次軋制使熔鑄臺(tái)毛坯形成軋制態(tài)工件，軋制厚度由5mm軋至1.四、實(shí)驗(yàn)步驟根據(jù)軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)圖和軋制原理圖結(jié)合軋機(jī)了解板帶軋機(jī)的組成，熟悉其構(gòu)造和軋制機(jī)理潤(rùn)滑各運(yùn)動(dòng)部件，啟動(dòng)電源空車運(yùn)轉(zhuǎn)。按總變形量分配道次壓下量，并調(diào)整壓下裝置。喂料軋制，按道次測(cè)量并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。軋制加工完成關(guān)閉電源，快速退回壓下裝置。清理軋機(jī)和工作地點(diǎn)擬寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。五、實(shí)驗(yàn)裝置圖2軋機(jī)根本構(gòu)造實(shí)驗(yàn)用軋機(jī)為YD100型和制兩輥軋機(jī)，軋機(jī)的組成如圖2所示；軋件毛坯每人兩件，其中之一經(jīng)均勻化處理，毛坯尺寸：100×10×5mm；量具：外徑千分尺〔0-25㎜〕一把，游標(biāo)卡尺〔150㎜〕一把；八寸鋁銼刀、水磨砂紙假設(shè)干。六、實(shí)驗(yàn)要求認(rèn)真學(xué)習(xí)板帶軋機(jī)的操作規(guī)程和平安考前須知。聽(tīng)從指導(dǎo)教師的安排，分別制定壓下規(guī)程，按操作程序分組實(shí)驗(yàn)。結(jié)合課程容聯(lián)系實(shí)驗(yàn)情況分析一到兩個(gè)問(wèn)題。觀察實(shí)驗(yàn)中軋件的形貌變化，測(cè)量采集有關(guān)數(shù)據(jù)，按如下要求編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。記錄實(shí)驗(yàn)條件使用設(shè)備：試件材料：毛坯尺寸：道次壓下量安排軋件最后成型尺寸計(jì)算結(jié)果表道次軋件厚度本道次變形量總變形量道次平均總變形量nh1h2ΔhεΔhεε123七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理按道次壓下量每道工序軋制后對(duì)軋件進(jìn)展測(cè)量、采集數(shù)據(jù)、列表計(jì)算。八、思考題試述齒輪座〔分動(dòng)箱〕的作用？分析壓下量與咬入角之間關(guān)系。..實(shí)驗(yàn)1.3鋁合金金相組織的觀察及力學(xué)性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4實(shí)驗(yàn)類型：綜合、設(shè)計(jì)型前修課程名稱：材料工程根底適用專業(yè)：材料類本科生一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康蘑绷私忤T造、固溶處理、軋制及時(shí)效處理4種加工條件對(duì)鋁合金的組織特征的影響；⒉分析不同材料加工工藝對(duì)鋁合金力學(xué)性能的影響；3.深入了解材料四要素之間的在聯(lián)系。二、實(shí)驗(yàn)容1.鋁合金鑄造、固溶處理、軋制及時(shí)效處理后金相組織的觀察；2.不同工藝處理后鋁合金靜態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)；3.實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)。三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程〔一〕金相樣的制備及組織觀察1.制樣每一位同學(xué)根據(jù)選取相應(yīng)工藝的樣品，根據(jù)"光學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)"中對(duì)于金相樣品制備的學(xué)習(xí)，按照金相樣品制備的一般要求進(jìn)展。磨光過(guò)程經(jīng)歷200、400、600、800等四種牌號(hào)的水砂紙，然后拋光、腐蝕。由于鋁合金比擬軟，在樣品制備過(guò)程中相應(yīng)地請(qǐng)注意樣品與砂紙之間接觸時(shí)的黏著感，掌握控制樣品平衡的技巧。最初向下用力不要過(guò)大，有經(jīng)歷后再逐步加大接觸的力度。800號(hào)砂紙磨光時(shí)，在根本完成前，可以水流加大、用力減輕，近似于漂浮在砂紙上，這樣，可以減少砂粒嵌入的時(shí)機(jī)，減輕樣品外表部損傷層的厚度。同時(shí)，樣品上應(yīng)當(dāng)保持一個(gè)方向的劃痕。在整個(gè)制備過(guò)程中，樣品的『倒角』一定要始終保持，特別是拋光階段。為了保證樣品在磨光過(guò)程中盡量不出現(xiàn)歪斜，請(qǐng)按照下面示意的實(shí)線磨削方向進(jìn)展磨光操作，防止沿虛線示意的方向進(jìn)展。鑄錠、固溶處理樣品的磨光方向軋制、軋制時(shí)效樣品的磨光方向制樣的要點(diǎn)：A縮短在砂紙上停留的時(shí)間〔包括全過(guò)程及每次接觸〕B擋水盤(pán)距離盤(pán)面1cmC樣品拋光前必須在粗砂紙上修出倒角D拋光膏的使用原那么是微量、屢次；注水少量、恰當(dāng)E拋光時(shí)，用力防止過(guò)大，應(yīng)當(dāng)適中，可以任意方向拋光腐蝕劑采用HF1.0%、HCl1.5%、HNO32.5%、水95%的混合試劑；腐蝕時(shí)間為5分鐘左右。注意平安！為了保證腐蝕效果，樣品防止放置在腐蝕液中長(zhǎng)時(shí)間不動(dòng)，應(yīng)當(dāng)每隔20~30秒鐘移動(dòng)、按動(dòng)〔在脫脂棉上〕，以保證金屬面所接觸腐蝕液的效力。樣品腐蝕后，經(jīng)教師檢查無(wú)誤，去第一實(shí)驗(yàn)樓425實(shí)驗(yàn)室進(jìn)展數(shù)字圖像采集、記錄。2.組織觀察圖1-7為4種工藝處理的正常金相組織圖片，為了分析方便，同一樣品采集有不同放大倍數(shù)的圖片：..圖1鑄造組織50×圖2鑄造組織500×圖3固溶處理組織50×圖4固溶處理組織50×..圖5固溶處理組織500×圖6固溶處理組織500×圖7軋制、軋制時(shí)效處理組織50×圖8同學(xué)制備的樣品：工藝放大倍數(shù)×請(qǐng)將同學(xué)自己制備的樣品的打印圖片粘貼在圖7的右側(cè)，即圖8。3.結(jié)果分析〔1〕請(qǐng)同學(xué)寫(xiě)出自己制備樣品〔鑄造、固溶、軋制或軋制時(shí)效處理〕的簡(jiǎn)要生產(chǎn)工藝過(guò)程；〔2〕觀察圖片，分析鑄造、固溶處理、軋制、軋制時(shí)效工藝處理后，形成的組織的特點(diǎn)、原因〔注意放大倍數(shù)的影響〕； 〔3〕分析自己制備樣品的質(zhì)量。〔二〕鋁合金靜態(tài)拉伸1.實(shí)驗(yàn)設(shè)備與工具〔1〕材料實(shí)驗(yàn)機(jī)一臺(tái)〔MTS—810MaterialTestSystem或WE—600液壓試驗(yàn)機(jī)〕；〔2〕精細(xì)卡尺二件?！?〕筆〔鉛筆或圓珠筆〕〔4〕量尺〔有機(jī)玻璃尺或鋼板尺〕。2.準(zhǔn)備試樣制備試樣〔有四組試樣〕：⑴鑄態(tài)。⑵均勻化〔即強(qiáng)化處理〕。⑶經(jīng)過(guò)軋機(jī)軋制。⑷經(jīng)過(guò)時(shí)效處理。這四組試樣從理論角度講，它們的力學(xué)性能應(yīng)該是這樣的：鑄態(tài)、均勻化〔即強(qiáng)化處理〕、經(jīng)過(guò)軋機(jī)軋制、經(jīng)過(guò)時(shí)效處理依此順序遞增。實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)與理論值不相符的異?，F(xiàn)象，這就需要我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中仔細(xì)觀察，找出原因并在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中進(jìn)展詳細(xì)表達(dá)。3.實(shí)驗(yàn)步驟(1)試樣調(diào)直、劃標(biāo)距。(2)試樣量尺寸〔包含：試樣總?；驑?biāo)距長(zhǎng)度、試樣寬度、試樣厚度〕寫(xiě)在表1中對(duì)應(yīng)位置。(3)夾持試樣進(jìn)展拉伸仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)全過(guò)程。(4)拉斷后取下試樣，仔細(xì)觀察斷口是否有夾渣、氣孔、裂紋等異常缺陷并記錄下真實(shí)狀態(tài)并在答題時(shí)說(shuō)明原因。表1.不同處理?xiàng)l件下試樣的尺寸〔mm〕試樣種類

〔狀態(tài)〕拉前標(biāo)距長(zhǎng)度

〔mm〕試樣寬度

〔mm〕試樣厚度

〔mm〕斷后標(biāo)距長(zhǎng)度

〔mm〕最大拉斷力

〔KN〕鑄態(tài)

均勻化

軋機(jī)軋制

時(shí)效處理

注：超出卡尺長(zhǎng)度的試樣劃標(biāo)距。4.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與計(jì)算塑性指標(biāo)以延伸率表示，強(qiáng)度指標(biāo)以強(qiáng)度極限表示。計(jì)算公式如下：〔1〕式中：δ---延伸率L0---試樣原始標(biāo)距長(zhǎng)度〔mm〕Lk---試樣斷裂后標(biāo)距長(zhǎng)度〔mm〕△L0---試樣斷裂后標(biāo)距絕對(duì)伸長(zhǎng)量〔mm〕