鋁合金制備綜合實(shí)驗(yàn)

1、目錄摘要1引言2一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備4 2.1、熔煉設(shè)備5 2.2、固溶處理、時(shí)效處理設(shè)備6 2.3、硬度測試設(shè)備7 2.4、金相試樣制備及觀察記錄設(shè)備8三、實(shí)驗(yàn)原理9 3.1、鋁合金熔煉10 3.2、固溶處理和時(shí)效處理11 3.3、硬度測定12四、工藝制定13 4.1、鋁合金制備工藝14 4.2、鋁合金固溶處理、時(shí)效處理工藝15五、實(shí)驗(yàn)步驟16 5.1鋁合金制備17 5.2熱處理18 5.3硬度測試19 5.4金相試樣制備及組織拍照20六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及現(xiàn)象分析、處理21七、實(shí)驗(yàn)結(jié)論22參考文獻(xiàn)23（可以根據(jù)自己寫的刪減）摘要: 鋁合金具有密度小、導(dǎo)熱性好、易于成形和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛

2、應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸、輕工建材等部門，是輕合金中應(yīng)用最廣、用量最多的合金。目前鋁材的用量與范圍僅次于鋼鐵，是第二大金屬材料。航空工業(yè)中雖然鈦合金及復(fù)合材料亦逐漸受到重視，但鋁合金仍為目前使用最廣泛的飛機(jī)結(jié)構(gòu)用材。通過對(duì)鋁合金的時(shí)效處理，來增強(qiáng)鋁合金的強(qiáng)度、硬度，是一種常用的鋁合金強(qiáng)化方法。同時(shí)探索鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化與溫度、時(shí)間之間的關(guān)系。引言：Al-Cu合金是常見的二元合金。在Al-Cu二元合金相圖中，當(dāng)Cu含量低于5.65%時(shí)，隨著溫度的降低，會(huì)從初相中析出第二相。正是因?yàn)檫@個(gè)特點(diǎn)的存在使得鋁合金的彌散強(qiáng)化特點(diǎn)比較明顯，所以可以通過人工時(shí)效的方法，設(shè)計(jì)方案來達(dá)到強(qiáng)化鋁合金的目的。實(shí)驗(yàn)就是通

3、過設(shè)計(jì)不同溫度、不同時(shí)效時(shí)間來測定鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化的特點(diǎn)。同時(shí)對(duì)于鋁基合金的制備有初步的了解，能夠分析鋁合金的組織和性能特點(diǎn)。摘要和引言是你自己對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的理解，到目前為止，我也不知道這里怎么寫 才好一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（1）鋁基合金材料成分及組織設(shè)計(jì)，滿足工件的基本要求。 （2）設(shè)計(jì)鋁合金熔煉制備工藝。 （3）設(shè)計(jì)鋁合金固溶+時(shí)效的工藝。 （4）測試鋁合金的性能以及鋁合金金相組織分析。 （5）通過實(shí)驗(yàn)，掌握鋁合金熔煉的基本方法，鋁合金熱處理的工藝參數(shù)，以及性能測試與金相組織分析技術(shù)。（我不是很明確是否根據(jù)任務(wù)書上面的 “工件要求”。這里要自己理解一下）二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備2.1熔煉設(shè)備SG2-5-12坩堝

4、電阻爐澆鑄模（可自由脫模式）熱電偶及控溫儀表鋁塊 50%Al-Cu合金天平 坩堝 扒灰棒 抱鉗2.2 固溶處理、時(shí)效處理設(shè)備箱式電阻爐控溫設(shè)備UJ33D-2型數(shù)字電位差計(jì)細(xì)鐵絲水桶2.3硬度測試設(shè)備HB-3000C布氏硬度機(jī)讀數(shù)顯微鏡2.4金相試樣制備及觀察記錄設(shè)備砂紙（120# 180# 240# 320# 400# 600# 800#）預(yù)磨機(jī) 拋光機(jī) 玻璃板 銼刀Cr2O3拋光液 5%HF溶液 無水乙醇 脫脂棉 熱吹風(fēng)金相顯微鏡 外接數(shù)碼成像系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)（遺漏的可以自己添上）三、實(shí)驗(yàn)原理3.1鋁合金熔煉鋁合金熔煉其工藝參數(shù)和規(guī)程如下：（1）熔煉溫度熔煉溫度越高，合金化程度越完全，但熔體氧化

5、吸氫傾向化越大，鑄錠形成粗晶組織和裂紋的傾向性越大。通常，路合金的熔煉溫度都控制在合金液相線溫度以上50100的范圍內(nèi)。從圖3.1的Al-Cu相圖可知，Al-5%Cu的液相線溫度大致為660670，因此，他的熔煉溫度應(yīng)定在710760之間。澆筑溫度為730左右。圖3.1 鋁銅二元相圖（2）熔煉時(shí)間熔煉時(shí)間是指從裝爐升溫開始到熔體出爐為止，爐料以固體和液體形式停留于熔爐中的總時(shí)間。熔煉時(shí)間越長，則熔爐生產(chǎn)率越低，爐料氧化吸氣程度越嚴(yán)重，鑄錠形成粗晶組織和裂紋的傾向化越大。精煉后的熔體，在爐中停留的時(shí)間越久，則熔體重新污染，成分發(fā)生變化，質(zhì)量降低的可能性越大。因此，作為一條總的原則，在保證一系列的

6、工藝操作所必須要的時(shí)間的前提下，應(yīng)盡量縮短熔煉時(shí)間。(3)合金元素的加入方式與鋁相比，銅的比重大，熔點(diǎn)雖高（1083），但在鋁中的溶解度大，熔解熱也很大，無需預(yù)熱即可溶解，因此，可以以純金屬板的形式直接加如熔體，也可與純鋁一同加入。（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)行保護(hù)。就鋁銅合金而言，所用的覆蓋劑為：40%KCl+40%NaCl+20%冰晶石的粉末物。它們的比重約為2.3g/cm3,熔點(diǎn)約為670，這種覆蓋劑不僅能防止熔體氧化和吸氫，同時(shí)還具有排氫的作用。這是因?yàn)樗娜埸c(diǎn)比熔體低，比重比熔體小，還具有良好的潤濕性能，在熔體表面能夠形成一層

7、連續(xù)的液體覆蓋膜，將熔體和爐料隔開，且具有一定的精煉能力，因而，這種覆蓋劑具有良好的覆蓋、分離、精煉的綜合工藝性能。加入量一般為熔體的25%。（5）精煉當(dāng)熔體完全溶解時(shí)，穩(wěn)定爐溫，將Ar通過管道通入爐內(nèi)，并且攪動(dòng)熔液，可以看見熔體有氣泡冒出。通過Ar攪動(dòng)熔液，使雜質(zhì)上浮。通完氣體后，使熔體靜置放置一段時(shí)間，最終完成精煉過程。（6）要注意扒渣當(dāng)爐料全部融化后，在熔體表面會(huì)形成一層由有機(jī)溶劑、金屬氧化物和其他非金屬夾雜物所組成的熔渣。在進(jìn)行澆注之前，必須將這層渣除去。其目的是：1）防止熔體夾渣；2）減少熔體吸氣機(jī)會(huì)；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。(7)金屬模要涂上涂

8、料并加熱到300左右。3.2固溶處理和時(shí)效處理固溶處理把鑄件加熱到盡可能高的溫度，接近于共晶體的熔點(diǎn)，在該溫度下保持足夠長的時(shí)間，并隨后快速冷卻，使強(qiáng)化組元最大限度地溶解，這種高溫狀態(tài)被固定保存到室溫，該過程稱為固溶處理。固溶處理可提高鑄件強(qiáng)度和塑性，改善合金的耐腐蝕性能。但對(duì)高溫下晶粒長大傾向性大的合金（如6A02等），應(yīng)限制最高淬火加熱溫度。當(dāng)加熱溫度高于低熔點(diǎn)共晶的熔點(diǎn)，使低熔點(diǎn)共晶和晶界復(fù)熔的現(xiàn)象叫過燒。固溶體脫溶是熱處理可強(qiáng)化鋁合金進(jìn)行強(qiáng)化熱處理(淬火和時(shí)效)的基礎(chǔ)。熱處理可強(qiáng)化鋁合金含有較大量的能溶入鋁中的合金元素，如銅、鎂、鋅、硅等，它們的含量超過室溫下的平衡固溶度極限，甚至可超

9、過共晶溫度的最大溶解度。室溫平衡組織為+。為基體固溶體，為第二相。合金加熱到接近共晶體的熔點(diǎn)溫度時(shí)，相將溶入基體而得到單相的固溶體，這種處理稱之為固溶處理。若快速降低至一定溫度以下（淬火），固溶體成為過飽和狀態(tài)，超過平衡溶入量的溶質(zhì)就有析出的傾向，在一定的條件下，多余的溶質(zhì)就以相的形式析出，這種現(xiàn)象稱為脫溶或沉淀。大多數(shù)鋁合金在室溫下就可產(chǎn)生脫溶過程，這種現(xiàn)象稱為自然時(shí)效。若將淬火得到的基體為過飽和固溶體的合金在高于室溫的溫度下加熱，則脫溶過程可能加速，這種操作稱為人工時(shí)效。時(shí)效處理將固溶處理后的鑄件加熱到某一溫度，保溫一定時(shí)間后出爐，在空氣中緩慢冷卻到室溫的工藝稱為時(shí)效。時(shí)效強(qiáng)化也叫沉淀強(qiáng)化

10、,它是通過熱處理來實(shí)現(xiàn)的，它僅適用于固溶度隨溫度降低而減少的合金。時(shí)效理論：時(shí)效硬化是溶質(zhì)原子偏聚形成硬化區(qū)的結(jié)果，它不僅決定于合金的組成、時(shí)效工藝、以及取決于合金在生產(chǎn)過程中所造成的缺陷，特別是空位、位錯(cuò)的數(shù)量和分布等。鋁合金在淬火加熱時(shí)，合金中形成了空位，在淬火時(shí)，由于冷卻速度快，這些空位來不及移出，便被“固定”在晶體內(nèi)。這些在過飽和固溶體內(nèi)的空位大多與溶質(zhì)原子結(jié)合在一起。由于過飽和是處于不穩(wěn)定狀態(tài)，必然向平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變，空位的存在加速了溶質(zhì)原子的擴(kuò)散速度，因而加速了溶質(zhì)原子的偏聚。硬化區(qū)的大小和數(shù)量取決于淬火溫度與淬火冷卻速度。淬火溫度越高，空位濃度越大，硬化區(qū)的數(shù)量也就增多，硬化區(qū)的尺寸

11、減小。淬火冷卻速度越大，固溶體內(nèi)所固定的空位越多，有利于增加硬化區(qū)的數(shù)量，減少硬化區(qū)的尺寸。淬火冷卻速度與合金中強(qiáng)化相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)成正比。大多數(shù)可熱處理強(qiáng)化的鋁合金都符合隨溫度增加固溶度增加。淬火前合金元素的固溶淬火后的任意、無序分布時(shí)效初期的在鋁基體的某些晶面上聚集，形成溶質(zhì)原子偏聚區(qū)，這些聚合體構(gòu)成了提高抗變形的共格應(yīng)變區(qū)，時(shí)效溫度升高和時(shí)間延長，合金元素繼續(xù)偏聚并發(fā)生有序化，它與基體仍保持共格關(guān)系，但尺寸較前為大，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙進(jìn)一步增大，因此時(shí)效強(qiáng)化作用更大，達(dá)最大強(qiáng)化階段。隨時(shí)效過程進(jìn)一步發(fā)展，原子繼續(xù)偏聚，當(dāng)與鋁形成一定比例（原子數(shù)比）時(shí)，形成過渡相，與基體共格關(guān)系開始破壞，完全共

12、格變成局部共格，硬度開始下降過渡相從鋁基固溶體中完全脫溶，形成與基體有明顯界面的獨(dú)立穩(wěn)定相（如銅鋁合金中的CuAl2相），共格關(guān)系被破壞，并有自己獨(dú)立的晶格，質(zhì)點(diǎn)聚集長大，合金強(qiáng)度、硬度進(jìn)一步降低，合金就軟化并稱作過時(shí)效。影響時(shí)效的因素：1）從淬火到人工時(shí)效之間停留時(shí)間的影響。2）合金的化學(xué)成分的影響。3）固溶處理工藝的影響。4）時(shí)效溫度的影響3.3硬度測定布氏硬度計(jì)原理： 用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，以規(guī)定的試驗(yàn)力壓入式樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測量試樣表面的壓痕直徑。布氏硬度值是以試驗(yàn)力除以壓痕球形表面積所得的商。以HBS（鋼球）表示，單位為N/mm2（MPa）。 測定布氏硬度

13、較準(zhǔn)確可靠，但一般HBS只適用于450N/mm2（MPa）以下的金屬材料，對(duì)于較硬的鋼或較薄的板材不適用。在鋼管標(biāo)準(zhǔn)中，布氏硬度用途最廣，往往以壓痕直徑d來表示該材料的硬度，既直觀，又方便。布氏硬度計(jì)的特點(diǎn)。 布氏硬度試驗(yàn)條件的選擇如同洛氏硬度試驗(yàn)關(guān)于標(biāo)尺的選擇一樣，布氏硬度試驗(yàn)也要遇到試驗(yàn)條件的選擇問題，即試驗(yàn)力F和壓頭球直徑D的選擇。這種選擇不是任意的，而是要遵循一定的規(guī)則，并且要注意試驗(yàn)力和壓頭球直徑的合理搭配，應(yīng)用起來比洛氏硬度試驗(yàn)略顯復(fù)雜。布氏硬度試驗(yàn)最常用的試驗(yàn)條件是采用10mm直徑的球壓頭，3000kg試驗(yàn)力。這一條件最能體現(xiàn)布氏硬度的特點(diǎn)。但是由于試樣材質(zhì)不同，硬度不同，試樣大

14、小，薄厚也不同，一種試驗(yàn)力，一種壓頭自然不能滿足要求。在試驗(yàn)力和壓頭球直徑的選擇方面需要遵循的規(guī)則有2個(gè)。 規(guī)則一：要使試驗(yàn)力和球壓頭直徑的平方之比為一個(gè)常數(shù)。即。這個(gè)規(guī)則來源于相似律。根據(jù)相似律，不同直徑的球壓頭D1、D2在不同的試驗(yàn)力F1、F2作用下壓入試樣表面，壓痕直徑d1、d2是不同的，但是只要壓入角相同，壓痕就具有相似性。這時(shí)試驗(yàn)力和壓頭球直徑的平方之比就是一個(gè)常數(shù)。在這種條件下，采用不同的試驗(yàn)力和不同直徑的球壓頭，在同一試樣上測得的硬度值是相同的，在不同的試樣上測得的硬度值是可以相互比較的。試驗(yàn)力與壓頭球直徑平方之比在采用公斤力的舊標(biāo)準(zhǔn)中表示為F/D2。在采用牛頓力的新標(biāo)準(zhǔn)中表示為

15、0.102 F/D2。 規(guī)則二：試驗(yàn)后要使壓痕直徑處于以下范圍：0.24D d 0.6D。否則試驗(yàn)結(jié)果是無效的,應(yīng)選擇合適的試驗(yàn)力重新試驗(yàn)。人們的大量試驗(yàn)表明，當(dāng)壓頭直徑在0.24D0.6D之間時(shí)，測得的硬度值與試驗(yàn)力大小無關(guān)。布氏硬度試驗(yàn)可選擇的試驗(yàn)力從3000kg到1kg大約有20個(gè)級(jí)別。四、工藝制定4.1鋁銅合金熔煉工藝流程4.2固溶處理和時(shí)效處理工藝（1）固溶處理冷水淬，保溫9h處理好試樣，保證爐溫（2）時(shí)效處理3456789120140160180200（沒有想到怎么畫）五、實(shí)驗(yàn)步驟5.1鋁合金制備（1）用太平稱取鋁錠和50%Al-Cu的質(zhì)量，配制所需比例的鋁合金。（2）將原料加入坩

16、堝電阻爐內(nèi)（提前預(yù)熱），蓋好蓋子，并且調(diào)節(jié)溫度，使鋁合金熔融。（3）給模具刷上涂料，并放入爐子中預(yù)熱。（4）當(dāng)爐料全部溶解后，穩(wěn)定溫度，通入氬氣3min，并且攪動(dòng)溶液。然后靜置8min。（5）使用工具進(jìn)行扒渣，等待澆注。（6）用勺子將熔液澆入模具內(nèi)，等待冷卻后，自動(dòng)脫模。（7）將脫模的鋁錠用冷水冷至室溫，并切成統(tǒng)一規(guī)格的小試樣。（8）將沒有澆注完的鋁液倒在空置的大模具里，待定。5.2固溶處理和時(shí)效處理1）固溶處理（1）清理熱處理爐內(nèi)，使?fàn)t內(nèi)保持干凈，關(guān)閉爐門。檢查完畢后接通電源。（2）設(shè)定需要的溫度（525），調(diào)節(jié)加熱速率，讓電阻爐升溫。（3）對(duì)每一臺(tái)熱處理的爐子采用UJ33D-2型數(shù)字電位差

17、計(jì)校正爐溫，并記錄爐溫的差值，調(diào)節(jié)電阻爐使?fàn)t內(nèi)的溫度達(dá)到理論設(shè)計(jì)值。（4）當(dāng)爐內(nèi)的溫度達(dá)到設(shè)定值，并保持恒定時(shí)，放入需熱處理的試樣。待爐內(nèi)溫度再次達(dá)到恒定時(shí)，開始記錄保溫時(shí)間。（5）將試樣保溫9h，取出后放入冷水中，一段時(shí)間后取出，完成固溶處理。2）時(shí)效處理（1）清理熱處理爐內(nèi)，使?fàn)t內(nèi)保持干凈，關(guān)閉爐門。檢查完畢后接通電源。（2）設(shè)定需要的溫度（120 140 160 180 200）調(diào)節(jié)節(jié)加熱速率，讓電阻爐升溫。（3）對(duì)每一臺(tái)熱處理的爐子采用UJ33D-2型數(shù)字電位差計(jì)校正爐溫，并記錄爐溫的差值，調(diào)節(jié)電阻爐使?fàn)t內(nèi)的溫度達(dá)到理論設(shè)計(jì)值。（4）當(dāng)爐內(nèi)的溫度達(dá)到設(shè)定值，并保持恒定時(shí)，將固溶處理過后

18、的試樣放入爐中。待爐內(nèi)溫度再次達(dá)到恒定時(shí)，開始記錄保溫時(shí)間。（5）依次從爐子中按3 、4 、5、 6、7、 8、 9小時(shí)各取出一個(gè)試樣。取出的樣品空冷。（6）將試樣貼好標(biāo)簽，完成時(shí)效處理。5.3硬度測試（1）檢查布氏硬度機(jī)，確保正常后打開電源。（2）保持試樣表面光滑平整，并放在載物臺(tái)上。（3）旋轉(zhuǎn)羅盤使壓頭與試樣表面接觸，再旋轉(zhuǎn)一圈。（4）按“開始測試”鍵，對(duì)試樣進(jìn)行加載、保荷、卸載過程。（5）完成后取下試樣，重復(fù)操作，得到三個(gè)壓痕。（6）用顯微讀數(shù)器讀出壓痕的直徑，并且查表得到硬度值。5.4、金相試樣制備及組織拍照5.4.1樣品的制備（1）試樣磨制。用一套金相砂紙（包括120# 180# 240#，320# ，400#，600# 800#）在玻璃板上先粗后細(xì)逐號(hào)磨光。注意每換上一號(hào)細(xì)一些的砂紙時(shí)，將磨光方向轉(zhuǎn)換90，以便于觀察原磨痕的消除情況。最后，將樣品在預(yù)磨機(jī)上用120#砂紙磨光，注意手持樣品應(yīng)用力均勻，用力也不宜過大。（2）試樣拋光。樣品在金相樣品拋光機(jī)上細(xì)拋，拋光液采用Cr2O3水溶液，使樣品表面達(dá)到