材料成型综合实验报告.docx

1、材料成型综合实验报告长安大学材料学院材料成型及控制工程综合实验报告班级：学号：姓名：指导老师 2011年9月第一部分 实验目的目的是培养学生，理论联系实际的学风，独立动脑分析问题，独立动手解决问题，独立设计实验方案，独立完成实验全过程，独立总结实验过程的实际工作能力和初步的创新能力。第二部分实验内容实验分两周进行，分前后两篇，前篇为基础实验部分，后篇为综合实验部分。基础实验部分分四章：第一章金属力学性能实验指导教师：解培民第二章金相综合分析实验指导教师：张俊第三章金属热处理实验指导教师：张翔第四章铸造技术试验指导教师：晁建兵该部分要求掌握实验室现有设备的原理和使用方法。综合实验部分：按照所分配

2、的材料进行分析处理，综合实验所选材料为35CrMo。指导教师：张翔该部分要求根据提供的金属材料试样，并运用所学专业知识，制定合理工艺，利用实验室设备实施工艺，检测最终结果，分析实验数据，完成实验报告。所有实验过程要求独立完成，必须独立设计实验过程，独立并亲自动手操作，独立完成实验全过程，独立总结综合设计实验的全过程，独立书写综合设计实验报告。第三部分基础实验第一章 铸造综合设计实验一、实验室设备原理及使用维护和注意事项：1、中频感应炉的原理和注意事项使用可控硅元件连接成三相全控桥电路，将三相工频交流电压整流为单相直流电压。（电压从0540V可调节）为逆变电路提供了电源。炉体的感应线圈（铜丝绕制

3、）与补偿电容组成振荡电路，从而将三相工频电压转换成单相中频电压（1000Hz）。此电压通入感应线圈就可熔炼金属，也可中频淬火。中频感应电炉在使用过程中一定要保证冷却水管畅通无阻。在调节功率是不要超过额定值（电压750V, 电流300A）。2、真空热压炉的原理和注意事项利用可控硅调压器以及大功率变压器提供给石墨发热器可调节电压（030V），石墨发热体安置在用耐热钢板制的炉体内，此路通过高压机械真空泵及扩散泵的工作将炉体内的空气抽出形成真空。这样在一定的真空度下可烧结材料。真空热压炉在使用过程中同样需要保持冷水管畅通。二、铸造合金流动性的测定：实验内容：配制Al-Cu5%的合金，用螺旋形板制作砂型

4、，将熔化好的材料浇入砂型，等凝固后，清理出螺旋形试样，测量螺旋形试样的长度，分析浇注温度、铸型性质对合金流动性的影响。实验数据:实验材料浇注温度（）铸型性质螺旋线长度（mm）Al-Cu5%合金760普通砂型1350Al-Cu5%合金660普通砂型1000Al-Cu5%合金660型腔内涂烟黑1200实验分析:1、同种合金，铸型性质相同，分析浇注温度对合金流动性的影响。由实验数据可知，同种合金，铸型性质相同，浇注温度越高，凝固后清理出的螺旋线长度就越长，说明合金流动性越好。2、同种合金，浇注温度相同，分析铸型性质对合金流动性的影响。由实验数据可知，同种合金，浇注温度相同，型腔内涂了黑烟的砂型比普通

5、砂型凝固后清理出的螺旋线长度长，说明合金流动性较好。三、高铬铸铁试样的制备：实验原理：高铬铸铁是一种耐磨合金白口铁，它具有很高的抗磨了磨损性能、适当的韧性以及较高的抗磨蚀性，并且经退火后能被切割加工。成功应用于各种磨煤机、款式粉碎机、水泥磨机、抛丸机、泥浆泵等手磨碎严重的零件上，并获得显著的经济效应。成分设计：为了保证高硬度和强韧性，高铬铸铁成分设计为：3.0%C 15%Cr 1%Cu 1%Mo 1%Mn 0.5%Si500时，不允许选用超过50公斤的负荷。为了使压痕测量准确性高些，压痕大一些好。试验薄片或薄层时，为了防止压透，其负荷应根据压痕对角线长度至少应小于零件厚度的1.5倍选择之。3)

6、 加荷时，保荷时间应不小于10秒。4) 压痕间距离应不小于压痕对角线的2.5倍。5) 测量压痕对角线时，应两对角线同时测量求平均值，然后在查表或计算的HV值。由于维氏硬度试验压痕一般较小，代表性差，因而最好多测几点，取其硬度值的平均值。（五）显微硬度试验 用布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等等试验法测定材料的硬度时，只能得到金属材料组织的平均值硬度。这就是说，当金属材料是由几个相的机械混合物组成时，测得硬度值只是这个混合物的平均硬度。当测量某个相、某个晶粒、夹杂物或其他组成物的硬度时，或者对于研究扩散层组织，偏析相、硬化层深度以及极薄层试样等等，这时就可应用显微硬度试验法。第四章钢的热处理一、概述

7、：热处理是一种很重要的金属加工工艺方法，也是充分发挥金属材料性能潜力的重要手段。热处理的主要目的是改变钢的性能，其中包括使用性能及工艺性能。钢的热处理工艺热点是将钢加热到一定的温度，经过一定时间的保温，然后以某种速度冷却下来，通过这样的工艺过程能使钢的性能发生改变。热处理之所以能使钢的性能发生显著变化，主要是由于钢的内部组织结构可以发生一系列的变化。采用不同的热处理工艺过程，将会使钢得到不同的组织结构，从而获得所需要的性能。钢的热处理基本工艺方法可分为退火、正火、淬火和回火等。二、正火：正火是将钢加热到AC3或ACM以上30-50，保温后进行空冷。由于冷却速度稍快，与退火组织相比，组织中的珠光

8、体相对量较多，且片层较细密，所以性能有所改善。对低碳钢来说，正火后提高硬度可改善切削加工性，提高零件表面光洁度；对高碳钢则正火可消除网状渗碳体，为下一步球化退火或淬火作准备。三、淬火：所谓淬火就是将钢加热到AC3或A1以上30-50，保温后放进各种不同的冷却介质中快速冷却，以获得马氏体组织。碳钢经淬火后的组织由马氏体及一定数量的残余奥氏体所组成。为了正确的进行钢的淬火，必须考虑三个重要的因素：淬火加热温度、保温时间和冷却速度。四、 回火：钢的淬火处理得到的马氏体组织质硬而脆，并且工件内部存在很大的内应力，如果直接进行磨削加工往往会出现龟裂，一些精密的零件在使用过程中将会引起尺寸变化而失去精度，

9、甚至开裂。因此淬火钢必须进行回火处理。不同的回火工艺可以使钢获得所需的各种不同性能。主要分为低温回火、中温回火、高温回火。五、注意事项：1.本实验加热所用都为电炉，由于炉内电阻丝距离炉膛较近，容易漏电，所以电炉一定要接地，在放、取试样时必须先切断电源。2.往炉中放取试样必须使用夹钳，夹钳必须擦干，不得沾有油或水。开关炉门要迅速，炉门打开时间不宜过长。3.试样由炉中取出淬火时，动作要迅速，以免温度下降，影响淬火质量。4.试样在淬火液中应不断搅拌，否则试样表面会由于冷却不均匀而出现软点。5.淬火时水温应保持在20-30左右，水温过高要及时换水。6.淬火或回火后的试样均要用砂纸打磨表面，去掉氧化皮再

10、打硬度。第四部分综合实验一、实验目的：1.学会应用基础实验部分的理论和方法分析并解决问题。2.增强实际动手能力和系统分析问题的能力。实验内容：老师准备了五种材料，我们小组分配到的是35CrMo试样5份，由小组5人进行不同的热处理工艺，如表所示：工艺 编号12345正火860860860860860淬火无860（油）860（水）860（油）860（水）回火无260260无无我选择的是第2种工艺。二、实验步骤：1.对35CrMo进行正火，温度860，保温10分钟后取出空冷。2.正火后进行淬火，温度860，保温10分钟，淬火介质为油。3.测试淬火后试样的硬度值。（洛式硬度试验机）4.对试样进行回火处

11、理，温度260，保温60分钟，取出后空冷。5.测试回火后的试样硬度值。（洛式硬度试验机）6.通过打磨、研磨、抛光、侵蚀，在金相显微镜下观察试样经过处理后的金相组织，观察后拍照。如图所示。三、实验结果及分析：1.试样硬度表（HRC）试样编号次数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.淬火介质对硬度的影响：通过实验数据发现，淬火介质为油的4号试样硬度比相同温度下淬火介质为水

12、的5号试样低，通过对比两者相图可以看出4号试样中的马氏体含量比5号试样中的少：860淬火油冷（x450） 860淬火 水冷（x450）这个现象说明淬火介质对淬火钢的硬度的影响主要表现在不同介质的冷却特性不同，得到的淬火组织（马氏体或贝氏体）数量不同上。油淬时冷却速度比水淬的低，导致马氏体转变的慢，马氏体的含量相对少，硬度相对低。3.回火对金属组织和性能的影响：通过实验数据发现，相同温度下油淬的试样，进行过回火处理的2号试样的硬度比没经过回火处理的4号试样的硬度低，通过对比两者相图可以看出，2号试样中的马氏体含量比4号试样中的少。这个现象说明，回火处理会减少组织中的马氏体含量，而通过学习我们知道

13、，回火会使组织中的马氏体分解，从而试样硬度有所下降。4.热处理对组织和性能的影响：通过实验数据可知，只经过正火的组织硬度明显比其他几种的低，1号试样的正火组织为网状铁素体和珠光体，珠光体组织较软，硬度较马氏体低。一般 860淬火油冷（x450）860淬火油冷 260回火（x450）用来提高切削加工性或消除网状渗碳体为后续热处理做准备。其他试样经淬火回火后硬度均比正火态高。淬火后为混合马氏体和残余奥氏体，有良好的共格关系和各种强化机制，硬度最高，再经过回火后，马氏体开始分解，-碳化物转变为渗碳体共格关系破坏，渗碳体聚集长大，以及相回复、再结晶和晶粒长大，使组织的固溶强化、弥散强化和晶界强化等作用减弱，硬度有所下降。860正火（x450）四、总结 1.淬火介质的冷却特性对热处理的组织和性能都有影响。水冷可以获得比油冷更高的硬度。2.回火可以改变淬火后的组织和性能，会使合金降低硬度。3.热处理可以有效改善合金的组织性能。4.由于操作过程中存在些许问题，导致实验数据和图像和标准值有些偏差，这说明在制定热处理工艺和热处理操作过程中，除了选择合适的加热温度、冷却介质外，还应该保证热处理的操作规范，这样才能得到可信的实验数据。参考文献1.长安大学材料学院材料成型及控制工程专业综合实验指导书，张翔主编2.李林章 柏斯森主编金属热加工工艺