材料成型綜合實驗報告

1、長安大學(xué)材料學(xué)院材料成型及控制工程綜合實驗報告班級：學(xué)號：姓名：指導(dǎo)老師2011年9月 第一部分 實驗?zāi)康?目的是培養(yǎng)學(xué)生，理論聯(lián)系實際的學(xué)風(fēng)，獨立動腦分析問題，獨立動手解決問題，獨立設(shè)計實驗方案，獨立完成實驗全過程，獨立總結(jié)實驗過程的實際工作能力和初步的創(chuàng)新能力。 第二部分 實驗內(nèi)容實驗分兩周進(jìn)行，分前后兩篇，前篇為基礎(chǔ)實驗部分，后篇為綜合實驗部分?；A(chǔ)實驗部分分四章：第一章 金屬力學(xué)性能實驗 指導(dǎo)教師：解培民第二章 金相綜合分析實驗 指導(dǎo)教師：張俊第三章 金屬熱處理實驗 指導(dǎo)教師：張翔第四章 鑄造技術(shù)試驗 指導(dǎo)教師：晁建兵該部分要求掌握實驗室現(xiàn)有設(shè)備的原理和使用方法。綜合實驗部分：按照所分

2、配的材料進(jìn)行 分析處理，綜合實驗所選材料為35CrMo。 指導(dǎo)教師：張翔該部分要求根據(jù)提供的金屬材料試樣，并運用所學(xué)專業(yè)知識，制定合理工藝，利用實驗室設(shè)備實施工藝，檢測最終結(jié)果，分析實驗數(shù)據(jù)，完成實驗報告。所有實驗過程要求獨立完成，必須獨立設(shè)計實驗過程，獨立并親自動手操作，獨立完成實驗全過程，獨立總結(jié)綜合設(shè)計實驗的全過程，獨立書寫綜合設(shè)計實驗報告。第三部分 基礎(chǔ)實驗第一章 鑄造綜合設(shè)計實驗一、實驗室設(shè)備原理及使用維護(hù)和注意事項：1、中頻感應(yīng)爐的原理和注意事項使用可控硅元件連接成三相全控橋電路，將三相工頻交流電壓整流為單相直流電壓。（電壓從0540V可調(diào)節(jié)）為逆變電路提供了電源。爐體的感應(yīng)線圈（

3、銅絲繞制）與補(bǔ)償電容組成振蕩電路，從而將三相工頻電壓轉(zhuǎn)換成單相中頻電壓（1000Hz）。此電壓通入感應(yīng)線圈就可熔煉金屬，也可中頻淬火。中頻感應(yīng)電爐在使用過程中一定要保證冷卻水管暢通無阻。在調(diào)節(jié)功率是不要超過額定值（電壓750V, 電流300A）。2、真空熱壓爐的原理和注意事項利用可控硅調(diào)壓器以及大功率變壓器提供給石墨發(fā)熱器可調(diào)節(jié)電壓（030V），石墨發(fā)熱體安置在用耐熱鋼板制的爐體內(nèi)，此路通過高壓機(jī)械真空泵及擴(kuò)散泵的工作將爐體內(nèi)的空氣抽出形成真空。這樣在一定的真空度下可燒結(jié)材料。真空熱壓爐在使用過程中同樣需要保持冷水管暢通。二、鑄造合金流動性的測定：實驗內(nèi)容：配制Al-Cu5%的合金，用螺旋形板

4、制作砂型，將熔化好的材料澆入砂型，等凝固后 ，清理出螺旋形試樣，測量螺旋形試樣的長度，分析澆注溫度、鑄型性質(zhì)對合金流動性的影響。 實驗數(shù)據(jù):實驗材料澆注溫度（）鑄型性質(zhì)螺旋線長度（mm）Al-Cu5%合金760普通砂型1350Al-Cu5%合金660普通砂型1000Al-Cu5%合金660型腔內(nèi)涂煙黑1200 實驗分析:1、 同種合金，鑄型性質(zhì)相同，分析澆注溫度對合金流動性的影響。由實驗數(shù)據(jù)可知，同種合金，鑄型性質(zhì)相同，澆注溫度越高，凝固后清理出的螺旋線長度就越長，說明合金流動性越好。2、 同種合金，澆注溫度相同，分析鑄型性質(zhì)對合金流動性的影響。由實驗數(shù)據(jù)可知，同種合金，澆注溫度相同，型腔內(nèi)涂

5、了黑煙的砂型比普通砂型凝固后清理出的螺旋線長度長，說明合金流動性較好。三、高鉻鑄鐵試樣的制備：實驗原理：高鉻鑄鐵是一種耐磨合金白口鐵，它具有很高的抗磨了磨損性能、適當(dāng)?shù)捻g性以及較高的抗磨蝕性，并且經(jīng)退火后能被切割加工。成功應(yīng)用于各種磨煤機(jī)、款式粉碎機(jī)、水泥磨機(jī)、拋丸機(jī)、泥漿泵等手磨碎嚴(yán)重的零件上，并獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。成分設(shè)計：為了保證高硬度和強(qiáng)韌性，高鉻鑄鐵成分設(shè)計為：3.0%C 15%Cr 1%Cu 1%Mo 1%Mn 0.5%Si 500時，不允許選用超過50公斤的負(fù)荷。為了使壓痕測量準(zhǔn)確性高些，壓痕大一些好。試驗薄片或薄層時，為了防止壓透，其負(fù)荷應(yīng)根據(jù)壓痕對角線長度至少應(yīng)小于零件厚度的

6、1.5倍選擇之。3) 加荷時，保荷時間應(yīng)不小于10秒。4) 壓痕間距離應(yīng)不小于壓痕對角線的2.5倍。5) 測量壓痕對角線時，應(yīng)兩對角線同時測量求平均值，然后在查表或計算的HV值。由于維氏硬度試驗壓痕一般較小，代表性差，因而最好多測幾點，取其硬度值的平均值。（五）顯微硬度試驗 用布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等等試驗法測定材料的硬度時，只能得到金屬材料組織的平均值硬度。這就是說，當(dāng)金屬材料是由幾個相的機(jī)械混合物組成時，測得硬度值只是這個混合物的平均硬度。當(dāng)測量某個相、某個晶粒、夾雜物或其他組成物的硬度時，或者對于研究擴(kuò)散層組織，偏析相、硬化層深度以及極薄層試樣等等，這時就可應(yīng)用顯微硬度試驗法。第四

7、章 鋼的熱處理一、概述：熱處理是一種很重要的金屬加工工藝方法，也是充分發(fā)揮金屬材料性能潛力的重要手段。熱處理的主要目的是改變鋼的性能，其中包括使用性能及工藝性能。鋼的熱處理工藝熱點是將鋼加熱到一定的溫度，經(jīng)過一定時間的保溫，然后以某種速度冷卻下來，通過這樣的工藝過程能使鋼的性能發(fā)生改變。熱處理之所以能使鋼的性能發(fā)生顯著變化，主要是由于鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)可以發(fā)生一系列的變化。采用不同的熱處理工藝過程，將會使鋼得到不同的組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需要的性能。鋼的熱處理基本工藝方法可分為退火、正火、淬火和回火等。二、正火：正火是將鋼加熱到AC3或ACM以上30-50，保溫后進(jìn)行空冷。由于冷卻速度稍快，與退火

8、組織相比，組織中的珠光體相對量較多，且片層較細(xì)密，所以性能有所改善。對低碳鋼來說，正火后提高硬度可改善切削加工性，提高零件表面光潔度；對高碳鋼則正火可消除網(wǎng)狀滲碳體，為下一步球化退火或淬火作準(zhǔn)備。三、淬火：所謂淬火就是將鋼加熱到AC3或A1以上30-50，保溫后放進(jìn)各種不同的冷卻介質(zhì)中快速冷卻，以獲得馬氏體組織。碳鋼經(jīng)淬火后的組織由馬氏體及一定數(shù)量的殘余奧氏體所組成。為了正確的進(jìn)行鋼的淬火，必須考慮三個重要的因素：淬火加熱溫度、保溫時間和冷卻速度。四、 回火：鋼的淬火處理得到的馬氏體組織質(zhì)硬而脆，并且工件內(nèi)部存在很大的內(nèi)應(yīng)力，如果直接進(jìn)行磨削加工往往會出現(xiàn)龜裂，一些精密的零件在使用過程中將會引

9、起尺寸變化而失去精度，甚至開裂。因此淬火鋼必須進(jìn)行回火處理。不同的回火工藝可以使鋼獲得所需的各種不同性能。主要分為低溫回火、中溫回火、高溫回火。五、注意事項：1.本實驗加熱所用都為電爐，由于爐內(nèi)電阻絲距離爐膛較近，容易漏電，所以電爐一定要接地，在放、取試樣時必須先切斷電源。2.往爐中放取試樣必須使用夾鉗，夾鉗必須擦干，不得沾有油或水。開關(guān)爐門要迅速，爐門打開時間不宜過長。3.試樣由爐中取出淬火時，動作要迅速，以免溫度下降，影響淬火質(zhì)量。4.試樣在淬火液中應(yīng)不斷攪拌，否則試樣表面會由于冷卻不均勻而出現(xiàn)軟點。5.淬火時水溫應(yīng)保持在20-30左右，水溫過高要及時換水。6.淬火或回火后的試樣均要用砂紙

10、打磨表面，去掉氧化皮再打硬度。第四部分 綜合實驗一、實驗?zāi)康模?.學(xué)會應(yīng)用基礎(chǔ)實驗部分的理論和方法分析并解決問題。2.增強(qiáng)實際動手能力和系統(tǒng)分析問題的能力。實驗內(nèi)容：老師準(zhǔn)備了五種材料，我們小組分配到的是35CrMo試樣5份，由小組5人進(jìn)行不同的熱處理工藝，如表所示：工藝編號12345正火860860860860860淬火無860（油）860（水）860（油）860（水）回火無260260無無我選擇的是第2種工藝。二、實驗步驟：1.對35CrMo進(jìn)行正火，溫度860，保溫10分鐘后取出空冷。 2.正火后進(jìn)行淬火，溫度860，保溫10分鐘，淬火介質(zhì)為油。3.測試淬火后試樣的硬度值。（洛式硬度試驗

11、機(jī)）4.對試樣進(jìn)行回火處理，溫度260，保溫60分鐘，取出后空冷。5.測試回火后的試樣硬度值。（洛式硬度試驗機(jī)）6.通過打磨、研磨、拋光、侵蝕，在金相顯微鏡下觀察試樣經(jīng)過處理后的金相組織，觀察后拍照。如圖所示。三、實驗結(jié)果及分析：1.試樣硬度表（HRC） 試樣編號次數(shù)12345121.149.851.250.854.4228.050.951.551.955.0323.650.750.851.156.9422.149.751.051.354.3516.949.950.652.156.4平均22.350.251.051.455.42.淬火介質(zhì)對硬度的影響：通過實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，淬火介質(zhì)為油的4號試樣硬

12、度比相同溫度下淬火介質(zhì)為水的5號試樣低，通過對比兩者相圖可以看出4號試樣中的馬氏體含量比5號試樣中的少： 860淬火 油冷（x450）860淬火 水冷（x450）這個現(xiàn)象說明淬火介質(zhì)對淬火鋼的硬度的影響主要表現(xiàn)在不同介質(zhì)的冷卻特性不同，得到的淬火組織（馬氏體或貝氏體）數(shù)量不同上。油淬時冷卻速度比水淬的低，導(dǎo)致馬氏體轉(zhuǎn)變的慢，馬氏體的含量相對少，硬度相對低。3.回火對金屬組織和性能的影響：通過實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，相同溫度下油淬的試樣，進(jìn)行過回火處理的2號試樣的硬度比沒經(jīng)過回火處理的4號試樣的硬度低，通過對比兩者相圖可以看出，2號試樣中的馬氏體含量比4號試樣中的少。這個現(xiàn)象說明，回火處理會減少組織中的馬

13、氏體含量，而通過學(xué)習(xí)我們知道，回火會使組織中的馬氏體分解，從而試樣硬度有所下降。4.熱處理對組織和性能的影響：通過實驗數(shù)據(jù)可知，只經(jīng)過正火的組織硬度明顯比其他幾種的低，1號試樣的正火組織為網(wǎng)狀鐵素體和珠光體，珠光體組織較軟，硬度較馬氏體低。一般 860淬火 油冷（x450） 860淬火 油冷 260回火（x450）用來提高切削加工性或消除網(wǎng)狀滲碳體為后續(xù)熱處理做準(zhǔn)備。其他試樣經(jīng)淬火回火后硬度均比正火態(tài)高。淬火后為混合馬氏體和殘余奧氏體，有良好的共格關(guān)系和各種強(qiáng)化機(jī)制，硬度最高，再經(jīng)過回火后，馬氏體開始分解，-碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)闈B碳體共格關(guān)系破壞，滲碳體聚集長大，以及相回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大，使組織的固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化和晶界強(qiáng)化等作用減弱，硬度有所下降。860正火（x450）四、總結(jié) 1. 淬火介質(zhì)的冷卻特性對熱處理的組織和性能都有影響。水冷可以獲得比油冷