金属工艺学试验指导书.docx

金属工艺学试验指导书.docx

《金属工艺学试验指导书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属工艺学试验指导书.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

金属工艺学试验指导书

机械制造基础实验

（铸造、锻压、焊接、切削加工）

指

导

书

浙江科技学院

金相、焊接、切削实验室

前言

实验一先进焊接技术---------------------------------------------------------------------------1

实验二焊接接头的组织和性能---------------------------------------------------------------4

实验三焊接试样的显微硬度试验------------------------------------------------------------7

实验四车刀几何角度的测量------------------------------------------------------------------10

实验报告的撰写---------------------------------------------------------------------------------------12

前言

机械制造基础二（铸造、锻压、焊接、切削加工）是在若干基础科学和生产实践的基础上发展起来的一门学科，他的一些主要理论都是通过实验并总结了实验的规律而建立起来的。

实验能力的培养，是工科各专业的主要教学任务之一。

工程技术问题的研究，不外乎教学方法和实验方法，必须把两者有机地结合起来，才能取得理想的成果。

机械制造基础二实验由三部分组成：

实验一由李勇老师负责编写，在焊接实验室完成。

实验二、实验三由喻彩丽老师负责编写，在金相实验室完成。

实验四由凌伟老师负责编写，在切削实验室完成。

浙江科技学院机电系

2003年3月

实验须知

1．实验前必需预习实验指导书，了解实验目的、原理及实验步骤。

2．按时叁加实验，不得迟到和缺席。

因故不能叁加实验者，应事先向实验指导老师办理请假手续。

3．进入实验室，应衣着端正，保持室内安静，不准随地吐痰、吸烟、乱抛纸屑。

4．操作仪器前，应把仪器有关部分的功用及操作方法搞清楚。

与本实验无关及未经指导教师同意操作的仪器，不得随意使用。

5．要爱护仪器。

要少用手直接接触精密表面，不要对精密表面或光学镜头呵气或咳嗽。

6．实验报认真进行实验和填写告。

实验一先进焊接技术

一、实验目的：

1、学生了解气体保护焊的基本原理、分类、应用范围。

2、使学生了解气焊、气割、等离子切割的不同机理和使用范围。

3、使学生对目前先进的焊接方法如超声波焊接，电子束焊、激光焊接，高频焊接，电渣焊、爆炸焊、堆焊和热喷涂,有所了解。

二、实验内容：

1、用全功能焊机，焊接8mm钢板，（MIG焊）

2、用氩焊焊接2mm不锈钢板。

3、用氧一乙焊气割10mm钢板，用等离子切割机切割4mm铝板。

4、讲解先进焊接方法原理、工艺及应用。

三、实验原理：

1、利用进口MIG350PULS全功能焊机，采用二氧化碳和氩气作为保护气体对不同的金属材料进行不同方法的焊接，同时利用计算机跟踪焊接工艺参数，使学生增加感性知识，并掌握气体保护焊基本技能。

（1）、熔化有为气体保护孤焊，是应用十分广泛的焊接方法。

在此方法中，焊接热量来自焊丝与工件间的电弧、实芯光焊丝被连续送进焊接区，焊丝金属熔化后时熔池成为填充金属。

焊丝端头，电弧及熔池在焊接过程中的气体予以保护，以避免大气侵入。

保护气体通过焊枪中的喷嘴送入焊接区。

（2）、钨极氩弧焊就是以氩气作为保护气体的TIG（TungstenInerstGas）焊，借助产生在钨电极与焊件之间的电弧，加热和熔化材本身（在添加填充金属时也被熔化），而后形成焊接金属，钨电极熔池，电弧以及被电弧加热的接缝区域，受氩气流的保护而不被大气污染。

2、通过学生实际操作气焊、气割、等离子切割，了解三者之间的不同机理。

（1）、气焊：

借助可燃气体与助燃气体与助燃气体混合后燃烧产生的火焰，接头部位母体金属和焊丝熔化，达到连接的目的，是一种由化学能转变为热能的熔化焊方法。

（2）、气割：

利用气体火焰（氧一乙炔等）将金属加热燃点，并在压氧气流下剧烈氧化，燃烧，生成的溶渣被高压气氧气射流吹掉，当燃烧发出的热量早足以把金属加热燃点。

则加热—燃烧—吹渣过程连续进行，并随着割嘴的移动而形成割缝。

由于切割过程是金属在纯氧中燃烧而不是熔化过程。

所以能进行切割的金属必须满足以下条件：

（1）金属的燃点必须熔点；

（2）金属在燃烧时放出较多多的热量；（3）金属燃烧时产生的熔渣（氧化物）的熔点必须低于金属的熔点，且流动性要好，一般而言只有中、低碳钢能满足以上条件。

（3）、等离子切割，等离子要割是利用高速高温和高能的等离子气流加热并熔化割件，再借助某种流体介质排除熔化的金属而形成割口。

等离子弧切割可以切夏日几乎所有的金属材料，利用非转移型等离子弧，还可切割非金属。

3、电子束焊接：

电子束焊接是利用会聚的高能量电子束轰击件后，动能转化为热能，从而使焊件熔化，形成焊缝。

4、激光焊接与切割：

激光是利用原子受激辐射的原理，使工作物质受激而产生一种单色性纯、才向性强及光亮度大的光束。

经透镜或反射镜高度聚焦后，供给焊接，切割或热处理而需的高能量密度热源。

5、电渣焊：

电渣焊是一种电流通过熔化状态渣池时而产生电阴热源的熔化焊方法。

6、高频焊：

高频焊是利用高频电流加热件清合面而形成永久连接的方法，一般均需高。

四、实验设备和材料：

1、MIG350Puls全功能焊机一台。

2、ZXT-100氩弧焊机一台。

3、二氧化碳气体、氩气各一并瓶（带混配器一台）。

4、586计算机一台。

5、空气等离子切割机LGK8-100一台。

6、半自动气割机CGI-30一台。

7、空气压缩机V-0.3/10一台.

8、乙炔、氧气各一瓶。

9、8mmA3钢铁、2mm不锈钢板、铝板若干。

10、焊丝若干。

五、实验步骤：

（1）、气保焊：

a、开机：

找开MIG350Puls焊机。

（该机有自动搜索功能，台机器故障有提示）。

b、试气：

找开送丝机盖门，按下试气开关，检查气路。

c、接通计算机，并调出软件。

d、调整焊接参数：

调整保护气体混合比。

例：

选择音接方法：

直流、脉冲或交流。

e、试焊。

f、示范操作：

实验指导售货员边示范边讲解操作要领。

g、在计算机观察焊接参数的瞬间变化。

h、结束，关机。

（2）、等离子切割：

a、接通空气压缩与等离子切割机。

b、调整电流，根据器件调整切割电流大小。

c、试气，找开试气开关。

d、切割器件，并上试气开关，用割枪对器件进行切割。

e、关机。

（3）、所割：

a、讲解安全注意事项。

b、检查气体：

分别找开氧化气和乙炔气体开关，检查气体压力和割嘴是否通气。

c、点火：

微微找开氧气开关，然后打开乙炔开关点火。

d、调整火焰：

开大氧气开关高速火焰大小与距离。

e、预热：

对器件进行预热使其达到燃点。

f、切割：

找开高压氧开关，对工件进行切割。

g、关机。

（4）、对实验结果进行点评。

（5）、对其它一些不具备条件做的焊接方法进行讲解。

六、实验完成。

说明：

1、本实验指导书根据《机械制造基础》教学大纲要求自行编制。

2、进行本实验必须有经验的实验教师在场指导帮助，需有良好的防护措施。

3、每实验课时不得少于2小时。

实验二焊接接头的组织与性能

一．实验目的：

1．熟悉碳钢焊接接头各区域的组织和性能的变化。

2．了解影响焊接接头组织和性能的因素

二．实验原理：

焊接的过程实际上是电弧（热源）产生的高温（4000~7000度）使被焊金属局部加热发生熔化同时加入填充的金属（焊条、焊丝）融化滴入，形成金属液体熔池。

当电弧移开时，由于周围冷金属导热，使熔池的温度迅速降低，熔池凝固成焊缝。

熔池周围的母材由于电弧的热作用，从室温以上一直加热到熔化温度范围，这部分被加热的母材金属也随着电弧的移开而被迅速冷却，于是形成一个焊接接头。

焊接接头包括焊缝区、热影响区以及两边未受影响的母材金属。

个部分在焊接使加热不均匀，导致不同位置的点所经历的焊接热循环是不同的（即被加热的最高温度不同），而且焊接后的冷却速度也不同。

因此，各部分组织与性能变化也不同。

以低碳钢为例，根据焊缝横截面的温度分布曲线，结合铁碳合金相图，对焊接接头各部分的组织与性能变化加以说明，见图2—1所示。

图2—1低碳钢焊接接头的组织变化示意图

1-熔合区；2-过热区；3-正火区；4-部分相变区

1．焊缝金属

焊缝金属结晶是从熔池底壁上许多未熔化的半个晶粒开始的。

因结晶使各个方向冷却速度不同，垂直于熔合线方向冷却速度最大，所以晶粒由垂直于熔合线向熔池中心生长，最终呈柱状晶，如图2—2（a）所示。

在结晶过程中，低熔点的硫磷杂质和氧化铁等易偏析，集中在焊缝中心，将影响焊缝金属的力学性能，如图2—2（b）所示。

图2—2焊缝金属结晶示意图

2．热影响区

热影响区是指焊缝两侧因焊接热作用而发生组织与性能变化的区域。

各种不同的焊接方法和焊接时输入热量的多少，使热影响区区域的大小也有所不同。

在热影响区，由于各点的热循环不同，热影响区可分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区。

（1）熔合区是缝和基本金属的交界区，其最高加热温度处于固相线和液相线之间的区域。

由于该区域温度高，基体金属部分熔化，所以也称为“半熔化区”。

熔化的金属凝固成铸态组织，未熔化金属体内温度过高而长大成粗晶粒。

此区域在显微镜下一般为2~3个晶粒的宽度，有时难以辨认。

该区域虽然很窄，但强度、塑性和韧性都下降；同时此处接头断面变化，将引起应力集中，很大程度上决定着焊接接头的性能。

此区域见图2—1中的1区所示。

（2）过热区是热影响区中最高加热温度在1100度以上至固相线温度区间的区域，见图2—1中的2区所示。

该区域在焊接时，由于加热温度高，奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，所以也称“晶粒区”。

冷却以后形成粗大的铁素体和珠光体组织。

因此使该区域的塑性和韧性大大降低，冲击韧性约下降25%~75%。

对淬透性好的钢材，过热区冷却后得到淬火马氏体，脆性更大。

所以过热影响区中力学性能最差的部位。

（3）正火区是指热影响区中加热温度在A3~1100度之间的区间。

该区温度虽较高，但加热时间较短，晶粒不容易长大。

焊后空冷，金属将发生重结晶，得到晶粒较细的正火组织，所以该区域称为正火区，也称为细晶区或重结晶区。

该区的组织比退火（或轧制）状态的母材组织细小，其力学性能优于母材。

见图2—1中的3区所示

（4）部分相变区是指热影响区中加热温度在A1~A3之间的区域。

焊接加热时，首先珠光体向奥氏体转变，随着温度的进一步说升高，部分铁素体逐步向奥氏体中溶解，温度愈高，溶入愈多，至A3时，全部转变为奥氏体。

焊接加热时由于时间较短，该区只有部分铁素体溶入奥氏体。

焊后空，冷，该区域得到由经过重结晶的细小铁素体和珠光体与未经重结晶的铁素体组成不均匀组织。

所以该区也称为不完全重结晶区，见图2—1中的4区所示。

该区由于组织不均匀，力学性能稍差。

如果焊前母材为冷扎状态，则在加热温度A1以下至500度的区域内，还存在一个再结晶区域，见图2—1中的5区所示。

处于再结晶区的金属，在加热过程中，将发生再结晶消除冷变形强化现象。

即经过冷变形后的金属在再结晶温度下形成新的细小的等轴晶粒。

若母材未经过冷变形，则该区不存在。

三．实验设备及试样：

（1）金相显微镜金相砂纸抛光机

（2）焊接的低碳钢接头试样若干

四．实验结果分析

根据实验中金相观察所得的数据绘出碳钢焊接接头各区域组织示意图，分析其组织与性能。

实验三焊接试样的显微硬度试验

一、实验目的

1、了解显微硬度计的构造及使用方法。

2、掌握显微硬度值的测定方法。

3、掌握焊接接口处不同显微组织与硬度值之间的关系。

二、实验概述：

小件或薄面层工件（如渗氮层、渗碳层），应采用维氏硬度测定其硬度。

维氏硬度的测定原理基本上和布氏硬度相同，本文讲述的显微硬度试验实质上就是小载荷的维氏硬度试验。

本实验主要是用显微硬度计来测量焊接接口处的硬度值，由于焊接试样接口处的显微组织不同，可分为：

焊缝区、熔合区、过热区、正火区、部分相变区和母材，实验用显微硬度计测量焊缝区、过度区和母材组织的硬度值，并分析显微组织的不同引起硬度值的变化。

三、日本产M型显微硬度计结构简介：

（1）主开关；

（2）指示灯；

（3）电机起动键；

（4）测量指示灯；

（5）保荷时间按键；

（6）目镜；

（7）观察物镜（10倍）；

（8）测量物镜（40倍）；

（9）纵向微分筒；

（10）横向微分筒；

（11）镜头固定柱；

（12）照明灯；

（13）压头；

（14）加载负荷；

（15）转动手柄；

（16）固定手轮；

（17）粗调手轮；

（18）微调手轮；

（19）水准泡；

（20）夹紧装置；

（21）工作台；

图3—1外形结构

1、主机由底座、立柱、主座板、罩盖连接而成。

工作台安装在底座上，全自动加荷机构和电动机在底座內，测量显微镜固定在立柱上。

2、升降系统由一对伞齿轮和丝杆传动部件组成。

其传动比较大，能将转动变为缓慢的上下移动。

3、工作台分上、中、下三个平台。

旋动纵横向微分筒可在视场內找到试样需测部位，板动手柄可使试样从显微镜视场下移至金刚石角锥压头下加载。

4、全自动加荷机构由主轴系统和电机运动系统组合而成。

整个运动由安装在控制箱內的电子系统来实现自动控制。

5、测量显微镜是物镜、测微目镜、折射棱镜和照明等部件连接组成。

四、日本产M型显微硬度计的使用方法：

（1）试验前操作：

1．1、接通电源，按1、接通电源，按下主开关，指示灯亮。

1．2、调节水平底座螺丝，使水平仪中的水泡在正中位置，使工作台水平。

1．3、测量显微镜固定在适当位置。

1．4、安装压头，检查不同重量的负荷块：

25，50，100，200，300，和1000gf。

图3—2显微镜视场读数

（2）试验操作：

2．1、安置试样选择适当的装夹工具，将试样安置在仪器工作台上。

2．2、调焦先转动手柄（17）使试样升高至离物镜面约1mm处随后缓慢转动手轮（18），在测量显微镜的测微目镜內可看到视场逐渐变得明亮，然后看到试样的表面，一直调到象最清晰为止。

在进行调焦前需先调节目镜上视场调节圈使目镜內十字叉线成清晰的状态。

2．3、寻找需测试部位转动工作台上纵横向微分筒，在视场中寻找到测试部位，并对准测微目镜中十字叉线中心。

2．4、加荷缓慢平稳板动手柄（15），将试样从显微镜视场移到加荷机构下方；选择一个保荷时间（一般为15~30秒），按保荷时间键“15”或“30”；再按电机启动键（3）进行加荷，当负荷加到保荷结束，电机自动起动进行卸载。

如果需要精确地测定点的硬度，可以先打一点，若压痕偏离十字叉线不大是允许的，如果偏离过大，可将测微目镜转过一个角度，并转动测微鼓轮，使叉线中心与试打的压痕中心重合，以后再打的压痕就会落在十字叉线的中心。

2．5、硬度值的测定a）瞄准：

将工作台扳回测量显微镜视场，调节测微目镜小手轮和读数鼓轮，使压痕棱边和目镜中交叉线重合。

b）读数：

在目镜视场中见到纵向和横向标尺，连合读取，对角线长度：

d=（20*a）+b

c）根据压痕对角线长度查附表，得到维氏硬度值。

五、实验数据记录

显微硬度

试样

材料及

状态

试验规模

实验结果

载荷

P

（gf）

保荷

时间

（s）

第一次

第二次

平均值

HV

压痕

直经

d.mm

硬度值

HV

压痕

直经

d.mm

硬度值

HV

六．实验问题

（1）分析焊接接头组织变化对机械性能的影响。

实验四车刀几何角度的测量

一．实验目的：

1.掌握车刀量角仪的使用和角度的测量方法．

2.通过测量加深对车刀各几何角度的一实验目的：

理解．

二实验设备:

1车刀量角仪

2车刀

三原理实验：

1刀具切削角度的坐标平面

基面：

通过切削刃上的选定点，垂直于假定主运动方向的平面.

切削平面：

通过切削刃上的选定点，与切削刃相切，并垂直于基面的平面.

主剖面:

通过切削刃上的选定点，同时垂直于基面和切削平面的平面.

法剖面:

通过切削刃上的选定点与切削刃相垂直的平面

3刀具标注角度的坐标系

主偏角kr

在基面上测量的切削平面和进给剖面之间的夹角，即切削刃和进给方向在基面上投影之间夹角.

副偏角kr'

副切削刃和进给反方向在基面上投影之间夹角

前角γ0

在主剖面中测量的基面和前刀面之间夹角

后角α0

在主剖面中测量的切削平面和后刀面之间夹角

副后角α0'

在副主剖面中测量的副切削平面和副后刀面之间夹角

刃倾角λs

在切削平面上测量的切削刃和基面之间夹角

法前角γn

在法剖面中测量的基面和前刀面之间夹角

法后角αn

在法剖面中测量的切削平面和后刀面之间夹角

四实验内容与步骤:

1熟悉车刀量角仪的使用.

根据车刀量角仪,先查清哪些部件可以活动,哪些面,边可以在测量时作为参考平面．

2熟悉车刀

找到车刀的前刀面，主后刀面，副后刀面.，主切削刃，副切削刃

3测量kr,kr',γ0,α0,α0',λs,γn,αn

将车刀正确地放置在量角仪上,对于要求测量的每个角度值据其定义找出度量值,分析选择量角仪上哪些部件,面或边可以作为测量该角度的参考平面,然后转动有关部件,使那些面或边贴紧在车刀的相关面上,这样就可以从相应刻度盘上读出角度值.

五实验报告要求:

1车刀几何角度的测量数据

2绘制车刀角度标注图

实验报告的撰写

一、概述

实验报告是显示并保存实验成果的依据，所以，在整个实验过程中，实验报告所起的作用是相当重要的。

有的实验研究工作做得很出色，取得了重大的成果，而且在实验过程花费了大量的时间和精力，但是如果据此实验而撰写的论文或报告的质量很差，则势必极大地降低实验的价值，不利于扩大报告的影响，无形中湮没了实验的成果。

为此，如同重视实验过程一样，也应重视实验报告的撰写。

按照实验的目的，实验报告有学生实验报告和学术实验报告两种。

后一种报告多数是针对某一项目科研所进行的试验研究或论证，往往包含有新的探索或创造性的成果。

而学生实验报告则以培养学生实验技能，验证某一理论等为主。

技术报告的读者，不一定只限于从事本学科、本专业工作的有关人员，如果实验研究的结果比较重要，也有可能被具有某种专业知识的其他方面人员所利用。

因此实验报告的文字应该简洁易懂，对于所作的结论应明确指出其适用范围或局限性等。

如果有的实验在某一方面取得了新的成果或有新的发现，则应作为失重点加以较详细的阐述。

这样，当有关读者认为有参考价值时，可以从中了解实验的具体过程和方法，以便结合自身的任务进行验证，并在此基础上进一步应用和发展作者所介绍的成果或方法。

实验报告除写明实验取得的结果和结论外，也可写一些实验的经验和教训，为后续的实验者提供借鉴，避免重复或走弯路。

实验报告的表达方式和文学作品不同，应该采取直叙式，力求以简短的文句将作者的意图和研究结果完整而明白地告诉读者。

为此，要注意用辞、标点，避免冗长或含糊不清的文句，特别要注意避免采用一些易被误解的词句，尽量做到用词准确，含义确切。

为了正确地表达报告的内容和说明事实，在实验报告中应严格做到所用名词术语必须使用国家标准规定的名词术语，或按国家统一使用的名词。

例如各有关工业部门审订使用的国家标准专业名词术语、中国科学院编辑出版委员会名词室编定的名词术语。

实验报告中所用的计量单位的名称、代号亦应按照国家规定的统一的计量名称。

为了吸引读者，使作者的实验报告广泛传播，并被较多的实验研究者所采用，作为一份写得比较好的报告，特别要注意报告的开头部分的编写，这是因为多数读者首先总是从开头部分了解报告的内容，然后才决定是否需要进行仔细阅读报告全文。

二、学生实验报告的编写

学生的实验是培养学生掌握实验技能和实验方法的一种重要训练。

这种实验虽然与以实验研究获得成果为主要目的实验不完全相同，但是却为学生将来进入社会，参加科研实验创造条件，打好基础。

因此对实验报告的编写，必须认真负责，切忌潦草马虎，那种不重视实验报告编写的观点是错误的。

应该懂得，撰写文件、报告等都是进入工作岗位后的工作内容之一。

例如设计说明书、工作计划、科研报告、试验报告等，这些技术文件的撰写质量，往往会对今后工作的开展有着重要影响。

学生实验报告的内容，一般包括实验名称、实验目的、实验原理、实验装置、实验步骤、数据处理、实验结果、分析与结论、回答问题和附录等。

对于某一项具体的实验，根据实际情况，对以上内容可以作适当的合并或删减。

（一）实验名称

学生所进行的实验有指定实验名称的实验，也有根据学生自己学习需要，自行独立设计的实验，后者如有些学校开设的综合实验。

对于后一类实验，应按实验内容，精心推敲，拟定实验名称，以简洁的标题概括该实验的特性，使读者一目了然。

（二）实验目的

任何实验都应有明确的目的，并应在实验报告的形状部分写明。

如实验目的可分成几点时，则宜用分行形式写出，务求简明扼要，以使读者一看就知道为什么要进行这一实验。

对于自行设计的实验，要注意根据实验的目的合理确定实验的内容。

（三）实验原理

在这一部分里，应扼要地叙述报告作者所进行实验的理论依据、实验的方案及重要的数学表达式。

考虑到一般读者都具有基本的专业知识，因此对一些众所周知的原理宜简略，把重点放在叙述与本实验直接有关的原理。

必要时，除文字说明外，还应给出本实验的原理框图或简图，例如简化的试验原理模型图、测量原理图等。

数学表达式作为实验原理的一部分，一般只须列出结果，避免繁琐的推导过程，如有必要，则可放在附录中。

（四）实验装置及实验步骤

本节应包括介绍实验所用的主要仪器设备以及说明测量方法等内容。

介绍仪器设备时应简要说明该设备或仪器的型号、结构与特点、主要组成部分、使用方法和操作程序等。

说明方式可根据具体情况决定，可以采用文字说明，也可用文字与图形结合的方式来说明。

（五）数据处理和实验结果

实验测量所得的各种数据，由于受到各种因素的影响，不可避免地存在着一定的误差，所以即使名义上实验条件不变，测量的数据不可能完全重复一致，总存在着一定的离散性。

为此，要对测量数据进行适当的加工处理。

实验数据处理正确与否，关系到能否得出精确可信的结果和正确的结论，因此必须认真对待。

有关数据处理的一般原理见本书的第一部分。

用曲线表示实验结果具有直观、明了等优点，它能表明某一参数变化的趋势，而且便于与各种分析方法联系起来，并有助于得出经验公式。

所以常作为数据的一种表达方式（有关数据的表达方式详见下文）。

把实验数据表格化，也是最常用的一种表达形式，表格的设计和表格中数据的排列既要有科学性，又要符合读者的逻辑思维，使读者能从试验数据的演变中，易于自然地得出某种科学的结论。

这里有必要重复强调的是，对数据的处理，应本着科学的实事求是的态度，不能无根据地、有意地掩盖有代表性的异常数据，更不能糊凑数据来“证明”理论的正确性