材控專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、目錄實(shí)驗(yàn)一 JSCAST軟件 一、JSCAST軟件簡介二、JSCAST在鑄造工藝中的優(yōu)勢(shì)三、JSCAST操作中的影響因素 四. 實(shí)驗(yàn)步驟 實(shí)驗(yàn)二 模擬成型仿真實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)的目的與內(nèi)容二、實(shí)驗(yàn)的操作過程三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果四、更改坯料高度、坯料與模具間摩擦系數(shù)、網(wǎng)格數(shù)目后的模擬過程實(shí)驗(yàn)三 Al-Si 合金的凝固與組織控制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、實(shí)驗(yàn)原理 三、熔煉澆鑄過程注意 四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖形實(shí)驗(yàn)四 管線材拉拔性能的分析 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?shí)驗(yàn)原理 三、拉拔成形工藝四.拉拔加工中的影響因素實(shí)驗(yàn)五 鋁合金微弧氧化與陽極氧化處理 一、鋁合金微弧氧化 （一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（二）實(shí)驗(yàn)材料及原理 （三）微弧氧化機(jī)理及注意事項(xiàng)

2、（四）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 二、鋁合金陽極氧化處理 （一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（二）實(shí)驗(yàn)材料及原理 （三）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) （四）思考題實(shí)驗(yàn)一 JSCAST軟件一、JSCAST軟件簡介JSCAST的功能：標(biāo)準(zhǔn)模塊功能：凝固時(shí)間·溫度剃度·G/R·鑄件溫度分布·鑄型溫度分布。四個(gè)高級(jí)模塊獨(dú)有功能及特性：一、 規(guī)則不規(guī)則混合網(wǎng)格 特點(diǎn)：提高鑄件薄壁處·彎曲面的形狀近似精度及解析精度，既保證了操作的簡潔性，又能提高計(jì)算精度，因而減少用戶負(fù)擔(dān)。 二、 球墨鑄鐵縮孔缺陷預(yù)測(cè) 特點(diǎn)：導(dǎo)入了其他商用凝固解析軟件尚未考慮到的因素，從而提高球墨鑄鐵件的縮孔預(yù)測(cè)精度。 三、 考慮背壓的充型流動(dòng)

3、解析 特點(diǎn)：鑄型型腔內(nèi)部未充填部位的空氣壓力（背壓）變化及通過排氣孔或脫型銷縫隙的排氣也計(jì)算在內(nèi)，可現(xiàn)實(shí)與實(shí)際充型過程更接近的流動(dòng)模擬結(jié)果。 四、 鋁合金鑄件縮松缺陷預(yù)測(cè) 特點(diǎn)：導(dǎo)入了鋁合金鑄件特有的縮孔縮松形成機(jī)理（其他商用流動(dòng)·凝固解析軟件尚未考慮），從而提高解析精度。 二、鑄造工藝及適用材料鑄造工藝：壓鑄、低壓鑄造；充填過程2.砂型鑄造，金屬型鑄造；3.精密鑄造，殼型鑄造；4.重力鑄造，傾斜鑄造；5.減壓鑄造，差壓鑄造；6.半固態(tài)鑄造；真空鑄造；適用材料：1.鑄鐵，鑄鋼，高錳鋼，不銹鋼，高溫合金；2.純金屬，鋁合金，鎂合金，銅合金，鈦合金；3.發(fā)熱材料，保溫材料，絕熱材料；4.

4、冷卻水，冷卻空氣，加熱器；5.金屬模具，砂型（生砂、樹脂砂），型殼(陶瓷、石膏),型芯三、數(shù)據(jù)及圖形分析冷卻速度曲線壓強(qiáng)變化曲線如下面積變化曲線實(shí)驗(yàn)二 模擬成型仿真實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)的目的通過deform軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)模鍛成型過程的仿真模擬實(shí)驗(yàn)。了解材料在不同工藝條件下的變形流動(dòng)情況，熟悉模鍛成型工藝特點(diǎn)。掌握模鍛成型過程的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)分布特點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)的操作過程 1、問題設(shè)置 打開程序，在打開的界面上，點(diǎn)擊“文件file” 在下拉菜單中，選擇“新問題new problem”在Problem Setup 菜單中的Problem Type 欄，選擇“成形forming” 在Problem location

5、 中，一般選Under problem home directory 點(diǎn)擊“完成finish”,打開操作界面。操作的第一步，to be continued 選擇加工形式Process type 工件形狀選擇workpiece shape 對(duì)象模型，選擇“輸入模型import geometry”從其它文件中導(dǎo)入對(duì)象模型網(wǎng)絡(luò)劃分mesh,輸入單元數(shù)，一般選20003000 選擇材料material(從材料庫中選擇import material from library)········創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫database gen

6、eration,點(diǎn)擊“檢查數(shù)據(jù)check data”和“創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫generation database”并關(guān)閉操作close opr,完成操作設(shè)置。········三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1）當(dāng)棒料尺寸為80*150mm,摩擦系數(shù)為0，加熱溫度900，錘頭運(yùn)動(dòng)速度500mm/s2)棒料尺寸80*150mm,摩擦系數(shù)0.2，加熱溫度1200，錘頭運(yùn)動(dòng)速度500mm/s四、更改坯料高度、坯料與模具間摩擦系數(shù)、網(wǎng)格數(shù)目后的模擬過程1)當(dāng)直徑和高度為60*60，材料為45，摩擦系數(shù)為0.25，網(wǎng)格數(shù)為80002）當(dāng)直徑和高度為60*

7、180，材料為45，摩擦系數(shù)0.12，網(wǎng)格數(shù)為24000實(shí)驗(yàn)三 Al-Si 合金的凝固與組織控制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、研究亞共晶?0%Si）鋁硅合金（ZL101）鑄造條件下的凝固組織與性能;2、掌握熔煉爐的操作規(guī)程及常用熔煉澆鑄工具的使用方法；3、了解常用鑄造鋁合金的牌號(hào)及鑄造和熱處理工藝二、實(shí)驗(yàn)原理Al-Si系合金具有良好的工藝性，二元Al-Si合金，鑄造性很好，但強(qiáng)度較低。硅是此類合金的主要元素，成分范圍約為513%。加硅的目的是為了改善合金的流動(dòng)性，并使合金具有很小的收縮性和良好的可焊性。Al-Si系的共晶成分是含硅11.7%，共晶溫度577c.硅在鋁內(nèi)的溶解度577c時(shí)約為1.65%，室溫時(shí)

8、僅為0.05%。但硅并不能產(chǎn)生時(shí)效強(qiáng)化作用，因?yàn)楣柙阡X內(nèi)的擴(kuò)散速度極快，淬火過程中即從溶體中析出。Al-Si合金的熱處理：雖然硅在固溶體中隨溫度下降有明顯的固溶度變化，但是熱處理強(qiáng)化效果不大。因?yàn)楣璧某恋砼c聚集速度很快，甚至在淬火過程中都有可能發(fā)生固溶體的分解，析出硅質(zhì)點(diǎn)，而不是形成共格或半共格的過度相。三、熔煉澆鑄過程1、鋁合金的熔化1）坩堝的準(zhǔn)備 坩堝可以使用石墨坩堝也可以使用鐵質(zhì)坩堝。對(duì)于石墨坩堝，應(yīng)根據(jù)熔化量的多少來選擇容量適當(dāng)?shù)嫩釄?其次，如果是新坩堝，在使用之前，應(yīng)該由室溫緩慢加熱至900度進(jìn)行焙燒，以除去坩堝的水分并防止炸裂。使用前應(yīng)將殘余的金屬、氧化皮等雜物清除干凈2）鋁合金的

9、配置 配置鋁合金采用金屬錠、中間合金及回爐料，也可以使用各種拍好的預(yù)制合金錠。對(duì)于回爐料，在使用及用量時(shí)都應(yīng)該酌情考慮，且在裝料前必須去除爐料表面的銹跡、泥沙等污物。在確定鋁合金的配置后，應(yīng)進(jìn)行爐料計(jì)算。爐料的常用計(jì)算方法：元素含量計(jì)算法、爐料配比計(jì)數(shù)法等。 爐料加入的先后原則：當(dāng)用鋁錠和中間合金熔化時(shí)，首先轉(zhuǎn)入鋁錠，然后加入中間合金；當(dāng)用預(yù)制合金錠進(jìn)行熔化時(shí)，首先裝入預(yù)制合金錠，然后補(bǔ)加所需的鋁和中間合金；當(dāng)爐料為回爐料和鋁錠組成時(shí)，首先加入爐料中最多的那一部分；當(dāng)熔爐容量足以裝入幾種爐料時(shí)，則應(yīng)首先加入幾種熔點(diǎn)相近的爐料，而容易燒損和低熔點(diǎn)的爐料，應(yīng)在最后加入。3）合金的變質(zhì)和孕育處理 變

10、質(zhì)處理是為了細(xì)化鋁硅合金中的共晶硅，孕育處理是為了細(xì)化鋁硅合金中的初生相。常用鈉鹽變質(zhì)劑。鋁合金經(jīng)變質(zhì)后，調(diào)整到澆注溫度進(jìn)行澆注。2、鋁合金的澆注1）澆注前的準(zhǔn)備 所有工具應(yīng)經(jīng)過清理、預(yù)熱、涂料，使用前應(yīng)再次預(yù)熱； 檢查開模機(jī)構(gòu)各部分是否完好，各部分應(yīng)加有潤滑； 金屬型膜的預(yù)熱：預(yù)熱前應(yīng)仔細(xì)清除原來的涂料。2）澆注操作 澆注溫度的高低，姚根菊具體情況來決定，總的原則是保證鑄件成型的前提下，澆注溫度越低越好。澆注時(shí)，開始瞬間應(yīng)略慢，防止金屬液溢出澆口杯和嚴(yán)重沖擊型腔，緊接著應(yīng)加快澆注速度，使?jié)部诒錆M，做到平穩(wěn)而不中斷液流。四、圖形分析及數(shù)據(jù)處理 鑄造樣 參考樣 由上圖兩組圖片對(duì)比可知： 實(shí)驗(yàn)四

11、 拉拔實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五 鋁合金微弧氧化與陽極氧化處理一、鋁合金微弧氧化 （一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、了解微弧氧化國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及該工藝的優(yōu)點(diǎn)； 2、掌握鋁合金微弧氧化所用的設(shè)備、機(jī)理、操作方法； 3、掌握微弧氧化工藝 4、了解微弧氧化膜層的性質(zhì)及影響因素 （二）實(shí)驗(yàn)材料及特點(diǎn) 材料：電源、陰極、陽極、電解質(zhì)溶液、微弧氧化槽、蒸餾水設(shè)備、冷卻系統(tǒng)、測(cè)厚儀、維氏硬度計(jì)工藝特點(diǎn)：微弧氧化是一種在有色金屬表面生長陶瓷層的新技術(shù)。在電場(chǎng)作用下，浸在液體里的金屬表面出現(xiàn)火花放電現(xiàn)象，火花對(duì)氧化膜有破壞作用，但可以生成氧化膜。優(yōu)點(diǎn)：可用于復(fù)雜件的表面處理，無環(huán)境污染，電解液壽命長。處理后的微弧陽極氧化膜層具有如下優(yōu)良的性

12、質(zhì)： 表面硬度高，維氏硬度可達(dá)HV2500，耐磨性好表面粗糙度低成模速度快電絕緣性好膜層厚度均勻，厚度可達(dá)200微米（三）微弧氧化機(jī)理及注意事項(xiàng)機(jī)理：鋁合金樣品放入電解質(zhì)溶液中，通電后金屬表面立即生成很薄一層Al2O3絕緣層，當(dāng)電壓超過某一臨界值時(shí)，這層絕緣層的某些薄弱環(huán)節(jié)被擊穿，發(fā)生微弧放電現(xiàn)象，浸在液體里的樣品表面可以看到無數(shù)個(gè)游動(dòng)的電弧，電弧十分細(xì)小，密度很大，因?yàn)閾舸┛偸窃谘趸さ谋∪醐h(huán)節(jié)發(fā)生，因此最終生成的氧化模是均勻的，每個(gè)電弧的存在時(shí)間時(shí)很短，但是放電區(qū)瞬間溫度是很高，在電弧的高溫高壓下，生成Al2O3,但在樣品表面化學(xué)氧化，電化學(xué)氧化、微弧氧化同時(shí)發(fā)生。注意事項(xiàng)： 電源為高壓，

13、大電流，氧化過程中嚴(yán)禁接觸工件，電極等 膜層厚度儀、維氏硬度測(cè)試儀等精密儀器（四）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)間（秒）20304050120180240電壓（伏）49.657.968.476.8294.1415431.1300360420480540600660720780840900438.8445.1450.7458.8462.5464.6468.1469.5472.3473.0476.0二、鋁合金陽極氧化處理 （一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解陽極氧化的基本原理，觀察鋁合金陽極氧化過程的各種現(xiàn)象2、掌握鋁合金陽極氧化試樣的前處理、氧化處理、封孔、硬度檢測(cè)、膜層厚度檢測(cè)3、熟悉陽極氧化設(shè)備、維氏硬度計(jì)、劃痕儀的使用及保

14、養(yǎng)注意事項(xiàng)（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)備及原理設(shè)備：陽極氧化設(shè)備、維氏硬度計(jì)、測(cè)厚儀、鋁合金試樣 原理：陽極氧化法是把鋁合金作為陽極，置于硫酸等電解液中，施加陽極電壓進(jìn)行電解，在鋁的表面形成一層致密的Al2O3膜，該膜是由致密的阻礙層和柱狀結(jié)構(gòu)的多孔層組成的雙層結(jié)構(gòu)。 （三）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)電流密度（A/dm2）處理后試樣外觀硬度（HV）膜厚（m）1局部氧化成黑色104.8局部為80，其余為03銀白色262.66正對(duì)：6.32 背：50325銀白色160正：10.78 背：7.14 （四）思考題1、陽極氧化除了能處理鋁合金外，還可以處理哪些材料答：除鋁合金外，有色金屬或其合金（如鎂和鎂合金、銅和銅合金、鋅和鋅合金、鋼、鎘、鉭、鋯）都可進(jìn)行2、陽極氧化有哪些優(yōu)點(diǎn)答：