材料加工原理综合实验指导书.docx
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材料加工原理综合实验指导书
材料加工原理
综合实验指导书
徐洲、王浩伟、吴国华
上海交通大学
材料科学与工程学院
2002年2月
目录
实验一合金熔炼及液态成型
实验二凝固——定向凝固
实验三材料的冶金缺陷
实验四挤压变形与挤压力实验
实验五圆环镦粗法测定摩擦系数
实验六圆柱体镦粗时接触面上的正应力分布
实验七冷却速度对钢组织与性能的影响
实验八钢中马氏体、贝氏体组织形貌的识别及不同回火温度
对淬火钢组织的影响
实验九钢的淬透性测定
实验十铝合金的时效硬化曲线测定
实验一合金熔炼及液态成型
一、实验目的：
1．掌握铸造合金和变形合金的熔炼过程。
2．了解铸造合金和变形合金的铸造成型。
二、实验内容说明：
铸造合金和变形合金在用途上有着很大的差别，但其熔炼过程基本相同。
选用铝硅合金，ZL101是该类合金中典型的铸造合金，4004是该类合金中典型的变形合金。
铸造Al-Si系合金中Si是作为主要合金化元素加入的，Si提高合金的铸造性能，使流动性改善，热裂倾向性降低，减少疏松，提高气密性，获得致密的铸件。
这类合金具有好的抗蚀稳定性和中等的切削加工性能，具有一般的强度和硬度，但塑性是较低的。
这类合金国内外常用的共18个牌号，按合金中Si的含量多少，可分为共晶型合金（ZL102、ZL108、ZL109）,过共晶型合金和亚共晶合金。
ZL101成分：
Si6.5-7.5Mg0.25-0.45
4xxx系铝合金的主要合金元素是硅，它能以足够的数量（达12%）加到铝中，结果使熔化温度范围大为降低而不产生脆性。
由于这个原因，铝硅合金可作为焊接铝用的焊丝和钎料，即用于要求这些焊接材料的熔化范围低于基体金属的熔化范围之处。
这个系的多数合金是不可热处理强化的，但当用于焊接可热处理合金时，它们可以吸取后者的一些合金成分，从而可以有限地接受热处理。
这类合金含有相当大数量的硅。
当敷以阳极氧化表面涂层时，合金变成深灰至炭黑，从而可适应建筑用途。
该系列的合金有的可以用于生产锻造的引擎活塞，例如4032。
4004的成分：
Si9.0-10.5Fe0.8Cu0.25Mn0.1Mg1.0-2.0Zn0.2
合金的熔配过程：
先根据铸件的体积计算出所需合金原料的总重量，再按各合金的名义成分计算出所需要的合金的重量，称量后全部放入坩锅中，电炉加热，熔化，覆盖，打渣精炼，静置，浇注，熔炼完毕。
每个环节用途各不相同，要求仔细按实验规程进行。
造型材料采用南京红砂和膨润土，对各种不同要求的零件用不同的造型模具进行浇注。
模具设计时应考虑浇注状态，补缩条件以及避渣方式。
三、实验步骤：
ZL101的熔配和4004的熔配。
1．教师指导学生一起配料。
下料4kg铝硅合金，原材料为包头料。
按照原材料中的成分与需要配料的成分差别进行计算。
2．教师带领学生进行熔炼。
电炉送电，把原材料料放入坩锅。
设定温度740度。
将要熔化时进行覆盖。
熔化后均温，加入需要配备的合金元素。
3．教师辅助学生进行造型。
金属型模具选用见图1和图2。
图1铸造成型金属模具（单试样型）
图2铸造成型金属模具（多试样型）
砂型模具由指导老师与学生共同造型。
4．浇注成型，分析缩松、缩孔、含气、卷气等铸造缺陷。
一定记住注意安全！
5．实验过程记录：
项目
开始
结束
备注
送电时间
炉子设定温度
到温时间
覆盖时间
熔化时间
加入合金元素1时间
加入合金元素2时间
加入合金元素3时间
加入合金元素4时间
均匀合金元素用时间
除气时间
精炼时间
浇注时间
四、思考
铸造合金和变形合金的熔炼与凝固过程相同与不同点。
实验二凝固---定向凝固
一、实验目的：
1．了解晶体生长的一般规律。
2．了解定向凝固的凝固规律与条件。
3．对定向凝固生长的晶体的组织分布进行观察。
二、定向凝固方法和原理：
定向凝固的基本原理是严格控制合金凝固过程热流的方向，使合金液始终沿着预期的方向凝固。
定向凝固设备中有一个单方向散热的冷源（水冷铜结晶器）和一个能保证液相中不产生新的结晶核心的热源，并于凝固界面形成一个有效的温度梯度，使晶粒始终沿着与热流相反的方向连续不断地向液相中生长，最终获得具有一束平行排列柱状晶的铸件。
实现定向凝固有多种方法，其基本原理、工艺要点和应用如下：
1．发热铸型法
1保温套2发热材料3型壳4水冷结晶器
图1发热铸型法原理图
工艺要点：
将铸型置于水冷铜板上，并在其周围填充发热材料。
浇入合金液后同时引燃发热材料，形成有效的纵向温度梯度，使铸件定向凝固。
应用：
主要用于制造尺寸较小的磁性合金铸件。
2．功率降低法
将底部开口的型壳置于水冷铜结晶器上，放入定向炉的石磨加热器内，加热器分上下两区同时供电，型壳加热到预定温度后，浇入合金液，并将下区断电，形成纵向的温度梯度，使铸件定向凝固。
适用于生产高度小于100mm的铸件，由于应用范围受限制多，生产效率较低，故目前实际生产中较少应用。
3．铸型移动法
将底部开口的型壳放在水冷结晶器上，送入定向炉内的感应加热器中，加热到预定温度后，浇入合金液，然后以预定的速度将铸型移出。
由于隔热挡板的作用，上下具有纵向温度梯度（一般为30～60
）从而实现定向凝固。
广泛应用于大量生产高度小于280mm的定向凝固和单晶铸件。
1型壳2铸型加热器3隔热挡板4水冷结晶器5升降机构
图2铸型移动法原理图
4．液体金属冷却法
将型壳悬挂在升降机构上，送入定向炉内的型壳加热器中，加热到预定温度后浇入合金液，以预定的速度下移并浸入保持在一定温度下的低熔点金属（如锡、铝等）液池中，在型壳下移过程中实现定向凝固，此法传热快而稳定，凝固界面的温度梯度可达100
以上。
制取单晶的方法有两种：
1．选晶法在型壳底部设置一个螺旋型选晶器，当浇入的合金液与水冷铜结晶器接触时，由于急冷作用而产生许多的晶核，炉内的纵向温度梯度使这些晶核沿平行于热流方向长大，这些晶体竞争生长的结果，形成一束具有择优取向的柱状晶。
凝固继续进行，晶体达选晶器的螺旋部分时，只剩下几个晶粒向上生长，在此过程中继续择优选晶，最后只有一个取向的晶体从螺旋选晶器的顶部伸长并长大，直至充满整个型腔而获得单晶铸件。
2．籽晶法在型壳底部的籽晶套内安放一个特制的籽晶块。
当浇入型壳的合金液与籽晶接触后，便开始形核并以籽晶固有的晶体取向为结晶方向外延生长，直到充满整个型腔获得单晶铸件。
籽晶法可以制取任意所需结晶取向的单晶铸件。
1型壳2籽晶3籽晶套4水冷结晶器
图3籽晶法制取单晶的示意图
三、定向凝固设备
定向凝固设备即定向凝固炉，通常包括熔炉、铸型加热器、冷凝区（室）和真空系统等部分。
国内常用的定向凝固设备主要有两种典型类型，即德制和俄制定向凝固炉，前者是基于铸型移动法，后者则是基于液体金属冷却法设计制造的。
两种定向凝固设备的参数见表1：
表1定向凝固设备的参数
技术特征
ISP2/Ⅲ-DS
увнк－вп
定向凝固方法
铸型移动法
液态金属冷却法
坩锅容量/kg
5
10
最高熔化温度/℃
1800
1700
熔化加热功率/KW
120
150
熔化加热频率/HZ
2000～4000
－
型壳加热温度/℃
≈1600
≈1600
真空度/Pa
≈0.1
≈0.67
结晶生长速度R/（mm/min）
2～15
1～20
温度剃度G/（℃/cm）
30～40
70～80
四、实验内容说明：
晶核形成以后，通过生长完成结晶过程，晶体生长就是液相中原子不断向晶体表面堆彻的过程，也是固——液界面不断向液相中推移的过程。
为了对晶体的生长过程有进一步的了解，需对凝固过程中的温度梯度核晶体的生长速度有深入的了解。
在实验观察前先对定向凝固的条件，G/R进行思考，分析晶粒取向与温度梯度和凝固速度的关系。
了解单晶、胞晶和枝晶的结构特点，并思考各种不同的晶体的使用条件，如单晶可用于半导体，而枝晶的蠕变性能好可用于高温材料。
五、实验步骤：
1．教师给学生讲解定向凝固设备的使用，构造及其原理。
1真空系统2加料杆3升降机构4熔炉5型壳
6铸型加热器7液态金属冷却池
图4采用液态金属冷却法的定向凝固炉的结构简图
2．演示制备单晶、胞晶和枝晶的定向凝固过程。
同学可以参考上图中定向凝固的规范，考虑定向凝固的步骤。
本次实验的设备：
DJL-500定向晶体生长炉。
生产厂家：
华北光电技术研究所。
该设备的技术指标：
抽拉速度0.2-10mm/min，温度梯度最大为1000K/cm，真空度：
5×10－3Pa。
实验材料：
M38Ni基合金。
抽拉速度：
2mm/min，真空度：
1×10－2Pa。
教师按照实际情况，调整抽拉速度和真空度，最终得到不同的组织结构。
抽拉结束后用60℃温水淬火。
3．学生自己观察单晶、胞晶和枝晶的纵截面的晶粒取向与组织结构，并绘出其结构。
六、思考
G/R的值与形成胞晶或枝晶的关系如何？
实验三材料的冶金缺陷
一、实验目的：
1．学习和掌握各种冶金缺陷的形式。
2．了解各种冶金缺陷的形成过程。
二、实验内容说明：
研究材料冶金缺陷，除了进行观察外，还需要把各种类型的冶金缺陷的用照片的形式记录下来（或者绘出来），以便更深一步了解各种缺陷，便于科学研究和交流。
一般说来，材料的冶金缺陷包括内应力、偏析、夹杂、缩孔、缩松、气孔、氢白点、热裂纹、冷裂纹等。
对于各种不同的冶金缺陷，其形成原因是不相同的，对于不同的材料其形成某种缺陷的倾向也不相同，有的可以直接观察到，有的则需要磨制金相观察。
1、气孔和针孔：
位于铸件内部（通常不与铸件外表面相接触）的孔洞，内壁光滑，多数为圆形。
大的气孔往往是单个的、小的针孔则成群出现，大小不一。
有时铸件的整个断面上会布满气孔或针孔。
这类孔洞的内壁可能是发亮的，多少有些氧化，就铸铁件而言，可能覆盖一薄层石墨。
这类缺陷可能在铸件的所有部位出现。
图1气孔图2针孔
缺陷形成原因：
气孔和针孔是由于在凝固过程中滞留在金属中的气体形成的。
（1）熔炼方面的原因（内源性气孔或析出性气孔）。
溶池中的液态金属含有大量气体（炉料、熔炼方法，炉气成分等存在问题）。
熔解的气体在凝固时析出；
钢和铸铁件：
碳和氧发生反应生成一氧化碳，并以气态或氧化物形式存在。
一氧化碳形成的气孔可能因氢或氮（氮的情况较少）的扩散而体积增加，
（2）造型或制芯材料产生的气体（外源性气孔或侵入性气孔）。
铸型或砂芯中水分过高；
砂芯粘结剂的发气量大；
含碳氢化合物的附加物量过多；
涂料的发气量过大；
（3）卷入的气体（外源性气孔）；
型腔内的空气和气体未能及时排出；
砂型和砂芯的透气性差；
液态金属在浇注系统中产生紊流，卷入空气。
图3铸钢件缩孔实例
2、夹杂
夹杂包括：
金属夹杂物、冷豆、内渗豆、磷化物渗豆、熔渣/溶剂类非金属夹杂物、渣孔/稀土氧化物夹杂、含气渣孔、砂眼、涂料夹杂或耐火涂层夹杂、黑点、氧化皮夹杂、光亮碳膜、硬点等。
铸件内夹带有各种不同尺寸的金属夹杂物（或金属间夹杂物），与基体金属相比，无论在结构上和色泽上都有着明显的差别，在性能上的差别就更大了。
通常这些缺陷在切削加工后才显露出来。
图4冷豆图5金属夹杂物
3、应力热裂缺陷：
图6应力热裂缺陷
应力热裂：
形状不规则，深浅不一的晶间裂纹。
裂口常呈现细密的树枝晶，且表面氧化。
这类缺陷最常发生在铸件上存在着内应力的最后凝固的断面处。
成因机理：
合金在凝固过程中，当其温度接近固相线时受到应力或变形作用。
产生原因：
（1）铸件在金属型内的冷却时间过长；
（2）铸件在出型斜度太小，阻碍了铸件收缩。
（3）开型过早，铸件在出型时开裂。
（4）取出金属芯时，由于金属芯歪斜或导向装置不良，导致铸件热裂。
（5）顶杆的位置不当，使铸件产生弯曲应力。
（6）由于浇注温度过高，或砂芯圆角太小而产生热节。
（7）液体金属流量太小。
三、实验步骤：
1．教师结合实物讲解夹杂、缩孔、缩松、气孔、氢白点、热裂纹、冷裂纹等缺陷。
准备气孔试样2个
材料：
铸铁或铝合金尺寸：
80×60
将试样切开，要求断面可以明显观察到气孔缺陷
实验老师让学生仔细观察气孔形貌，判断气孔的类型，然后由老师讲解如何观察和判断气孔的类型，气孔的形成原因，避免缺陷形成的措施。
准备缩孔试样1个
材料：
铸铁或铝合金尺寸：
80×60
将试样切开，要求断面可以明显观察到缩孔
实验老师让学生仔细观察缩孔形貌，然后由老师讲解缩孔的形成原因，避免缺陷形成的措施。
准备氢白点试样2个
材料：
铸铁或铝合金尺寸：
80×60
将试样切开，要求断面可以明显观察到氢白点缺陷
实验老师让学生仔细观察氢白点形貌，然后由老师分析形成原因，讲解氢白点形成的措施。
准备夹杂试样2个
材料：
铝合金尺寸：
80×60
实验老师让学生仔细观察夹杂形貌，由老师讲解夹杂的形成原因，避免夹杂形成的措施。
准备含有热裂纹的试样2个
材料：
铸铁或铝合金尺寸：
80×60
实验老师让学生仔细观察热裂纹形貌，然后由老师讲解如何热裂纹类型，避免热裂纹形成的措施。
2．实物辨别，教师分发一部分实物，让学生自己判断有无缺陷，如果有缺陷属于哪一类；并推想其形成过程。
四、思考：
1．你认为各种冶金缺陷应该如何进行分类？
2．你认为应该如何尽量减少或避免各种不同的冶金缺陷？
实验四挤压变形与挤压力实验
一、实验目的
1．通过实验了解正挤压、反挤压、复合挤压时，金属流动及变形特点，并分别实测其挤压变形力；
2．掌握三种挤压方式的变形力数值及其变形规律；
3．了解摩擦及凸、凹模形状对挤压变形的影响；
4．了解挤压变形对合金组织性能的影响，并与铸态情形进行比较。
二、实验内容说明
1．挤压的基本方法
挤压是将金属置于一封闭的挤压模内，用强大的挤压力将金属从模孔中挤出成形的方法。
挤压过程中金属坯料的截面依照模孔的形状减少，坯料长度增加。
挤压可以获得各种复杂截面的型材或零件。
根据金属流动方向与挤压凸模运动方向的关系,挤压可分为四种方式：
（1）正挤压---金属流动方向与凸模运动方向相同。
（2）反挤压---金属流动方向与凸模运动方向相反。
（3）复合挤压---坯料一部分金属流动方向与凸模运动方向相同,另一部分则相反。
（4）径向挤压---金属流动方向与凸模运动方向成90℃。
挤压成形的工艺特点：
（1）挤压时金属坯料处于三向压应力状态下变形,因此可提高金属坯料的塑性,有利于扩大金属材料的塑性加工范围。
（2）可挤压出各种形状复杂、深孔、薄壁和异型截面的零件,且零件尺寸精度高,表面质量好,尤其是冷挤压成形。
（3）挤压成形后零件内部的纤维组织基本沿零件外形分布且连续,有利于提高零件的力学性能。
（4）挤压成形的生产率高,一般可比其它锻造方法提高几倍。
（5）挤压成形最好在专用的挤压机（液压式,曲轴式,肘杆式）上进行,也可在适当改进后的通用曲柄压力机和摩擦压力机上进行。
2．坐标网格法
网格法是最常用的研究金属流动的实验方法，它可较细致地反映同出金属在各部位和各阶段的流动情况。
此法的实验操作程序是：
（1）将圆柱形锭坯沿子午面纵向剖分成两半。
取其一半，在剖面上均匀刻画出正方网格。
网格大小取决于金属品种、试件尺寸和测试手段。
条件允许时可采用0.25mm线距，一般可采用1-3mm。
（2）在刻痕沟槽中充填以耐热物质，如石墨、高岭土、氧化锌或粉笔灰等，或嵌入金属丝。
然后将水玻璃涂在剖面上以防止挤压时粘结，最后用螺栓固定住试样。
（3）按要求进行不完全挤压。
（4）取出试样，打开，观测网格的变化。
三、实验方法和步骤
1．试样：
Ф35×25剖分铝试样
2．实验设备、工具和辅助材料
设备：
600KN油压机或万能材料试验机，挤压模具；
工具：
画针、直尺、150mm游标卡尺；
辅助材料：
润滑剂
3．实验步骤
取Ф35×25剖分铝试样一个，在剖面上画出2×2mm的坐标网络，然后合起来放入图1所示模具中，用Ф30的冲头进行挤压，此为复合挤压。
控制实验机的压缩行程及压力，当达到稳定流动后（约压缩12～15mm），即取出试样，描绘剖面上其网格变化。
图1挤压模具及实验示意图
取同样剖分铝试样一个，画好网格，放入模具中，用Ф36冲头挤压，此为正挤压。
完全按第一步骤进行同样的操作。
取同样剖分铝试样一个，画好网格，放入模具中，用Ф30冲头挤压，并将凹模换成实心垫块，进行挤压，此为反挤压，仍然按第一步骤进行同样的操作。
四、实验报告内容
1．描绘变形后坐标网格图；
2．绘制压力-行程曲线；
3．分析三种不同挤压方式的变形特点有什么不同，以下几种因素：
摩擦、凹模入口角、变形程度、毛坯尺寸、变形速度对挤压变形有何影响；
4．分析比较三种不同方式的挤压变形力的数值有什么特点，数值上的差异受哪些因素的影响；
5．应用主应力法或滑移线对上述挤压应力进行理论计算，并与实验结果进行比较。
实验五圆环镦粗法测定摩擦系数
一、实验目的
1．根据圆环镦粗后的变形，了解摩擦对金属流动的影响。
2．通过实验掌握实际测定摩擦系数的方法。
3．分析镦粗对材料组织的影响，并与铸态情形进行比较。
二、实验内容说明
1．塑性加工过程中摩擦的特点
凡是物体之间有相对运动或有相对运动的趋势就有摩擦存在。
前一种是动摩擦，后一种是静摩擦。
在机械传动过程中，主要是动摩擦。
在塑性加工过程中的摩擦，虽然也是由两物体间相对运动产生的，但与一般机械传动中的摩擦有很大差别。
（1）接触面上压强高
在塑性加工过程中，接触面上的压强一般在100MPa以上。
在冷挤压和冷轧过程中可高达2500-3000MPa。
而一般机械传动过程中，摩擦副接触面上的压强仅20-40MPa。
由于塑性加工过程中接触面上的压强高，隔开两物体的润滑剂容易被挤出，降低了润滑效果。
（2）真实接触面积大
在一般机械传动中，由于接触表面凹凸不平，因而，实际接触面积比名义接触面积小得多。
而在塑性加工过程中，由于发生塑性变形，接触面上凸起部分会被压平，因而实际接触面积接近名义接触面积。
这使得摩擦阻力增大。
（3）不断有新的摩擦面产生
在塑性加工过程中，原来非接触表面在变形过程中会成为新的接触表面。
例如，镦粗时，由于不断形成新的接触表面，工具与材料的接触表面随着变形程度的增加而增加。
此外，原来的接触表面，随着变形程度的进行可能成为非接触表面。
例如，板材轧制时，轧辊与板材的接触表面不断变为非接触表面向前滑出。
因此，要不断给新的接触表面添加润滑剂。
这给润滑带来困难。
（4）常在高温下发生摩擦
在塑性加工过程中，为了减少变形抗力，提高材料的塑性，常进行热加工。
例如，钢材的锻造加热温度可达到800-1200℃。
在这种情况下，会产生氧化皮，模具软化，润滑剂分解，润滑剂性能变坏等一系列问题。
2．摩擦对塑性加工过程的影响
摩擦对塑性加工过程的影响，既有有利的一面，也有不利的一面。
轧制时，若无摩擦力，材料不能连续进入轧辊，轧制过程就不能进行。
在摩擦力起积极作用的挤压过程中，浮动凹模与坯料之间的摩擦力有助于坯料运动，使变形过程容易进行。
又如板料拉深时，有意降低凸模圆角半径处的光洁度，以增加该处的摩擦力，使拉深件不易在凸模圆角处流动，以免引起破裂。
但是，对多数塑性加工过程，摩擦是有害的，主要表现在以下方面：
（1）增加能量消耗
在塑性加工过程中，除了使材料发生形状改变消耗能量外，克服摩擦力也要消耗能量。
这部分能量消耗是无用的，有时这部分能量消耗可占整个外力所做功的50%以上。
（2）改变应力状态，增加变形抗力
单向压缩时，如工具与工件接触面上不存在摩擦，工件内应力状态为单向压应力状态。
当接触面上存在摩擦时，工件内应力状态成为三向压应力状态。
同时摩擦也引起接触面上应力分布状况的改变。
无摩擦均匀压缩时，接触面上的正应力均匀分布；存在摩擦时，接触面上的正应力呈中间高两边低的状况。
摩擦会使变形抗力提高，从而增加能量消耗和影响零件的质量。
摩擦使金属流动阻力增加，坯料不易充满型腔。
对于轧制过程，由于摩擦使变形抗力提高，轧辊的弹性变形加大，同时使轧辊之间的缝隙中间大、两边小，其结果是轧件中间厚两边薄。
（3）引起变形不均匀
在挤压实心件时，由于外层金属的流动受到摩擦阻力的影响，出现了流动速度中间快边层慢的现象，严重时会在挤压件尾部形成缩孔。
有时，摩擦引起的变形不均匀会产生附加应力，使制件在变形过程中发生破裂。
（4）加剧了模具的磨损，降低模具的寿命
摩擦产生的热使模具软化，摩擦使变形抗力提高，从而导致模具的磨损加剧。
3．影响摩擦系数的主要因素
（1）金属的种类和化学成分
不同种类的金属，其表面硬度、强度、氧化膜的性质以及与工具之间的相互结合力等特性各不相同，所以摩擦系数也不相同。
即使同一种金属，当化学成分不同时，摩擦系数也不相同。
一般来说，材料的强度、硬度愈高，摩擦系数愈小。
（2）工具表面粗糙度
通常情况下，工具表面越粗糙，变形金属的接触表面被刮削的现象愈大，摩擦系数也愈大。
（3）接触面上的单位压力
单位压力较小时，表面分子吸附作用小，摩擦系数保持不变，和正压力无关。
当单位压力达到一定值后，接触表面的氧化膜破坏，润滑剂被挤掉，坯料和工具接触面间分子吸附作用愈益明显，摩擦系数便随单位压力的增大而增大。
但增大到一定程度，便稳定了。
（4）变形温度
一般认为在室温下变形时，金属坯料的强度、硬度较大，氧化膜薄，摩擦系数最小。
随着温度升高，金属坯料的强度硬度降低，氧化膜增厚，表面吸附力、原子扩散能力加强；同时高温使润滑剂性能变坏，所以，摩擦系数增大。
到某一温度，摩擦系数达到最大值。
此后，温度继续升高，由于氧化皮软化和脱落，氧化皮在接触面间起润滑剂的作用，摩擦系数却下降了。
（5）变形速度
由于变形速度增大，使接触面相对运动速度增大，摩擦系数便降低。
4．圆环镦粗法原理
这种方法适于测定体积成形过程中的摩擦系数或摩擦因子。
采用这种方法时，将几何尺寸（指外径、内径、高度的比值）一定的圆环放在平板之间进行压缩。
压缩后圆环内、外径的变化情况与平板接触面上的摩擦情况关系很大。
理论分析结果与实验结果表明，圆环的内径变化对接触面上摩擦情况的变化比较敏感。
如果接触面上不存在摩擦，则圆环压缩时的变形情况和实心圆柱体一样，其中各质点在径向均向外流动，流动速度与质点到对称轴之间的距离成正比，当接触面上的润滑情况很差时，压缩后圆环的内径将减小；如果接触面上的润滑情况较好，则压缩后圆环的内径将增大。
因此，采用圆环镦粗法时，是以压缩后圆环的内径变化来确定摩擦系数或摩擦因子的。
假设圆环的几何尺寸为外径：
内径：
高度=6:
3:
2，高度压缩30%后内径变化率为-10%。
根据上述数据，在相应标定曲线上（如图1所示）就可得一点。
从图1可以看出，该点与m=0.10的曲线最为接近，因而可以认为对所考虑的情况，m=0.10。
三、实验方法和步骤
1．试样
试样为工业纯铝，制成环状，其外圆、内径、高度比值为6：
3：
2，具体尺寸如图2所示。
图2
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