材料工程基础实验指导书

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1、材料工程基础实验指导书王连琪郑洁徐兴文材料科学与工程学院11《材料成形工艺》介绍了铸造、锻压、焊接专业等方面的知识，为配合教材达到教学与实际相结合的目的，使学生能理性认识材料成形的方法，拟定了铸造、锻压、焊接实验。一铸造性能实验实验1铸造合金流动性的测定1.1实验目的：1）测定铸造合金成分对该合金流动性的影响。2）测定浇注温度对该合金流动性的影响。1.2实验的基本原理流动性是铸造合金的重要性能之一，它对铸件质量有较大的影响；如补缩、冷隔、浇不足等。为了获得优质铸件就必须对流动性加以研究。铸造合金流动性的定义为液态金属本身充满铸型的能力，它与合金的成分、温度、杂质含量及其物理性质

2、有关。合金的流动性与合金的充型能力是两个概念。合金的充型能力是液态合金充满铸型型腔，获得形状完整，轮廓清晰铸件的能力。由于影响液态金属充型能力的因素很多，很难对各种合金在不同铸造条件下的充型能力进行比较。所以，常常用固定条件下所测得的合金流动性来表示合金的充型能力。1.3实验合金与试样1）纯铝和铸铝102。2）试样—取一箱一件螺旋形试样如图1.1通过实验研究成分对流动性的影响。取纯Al和ZL102合金在相同温度下浇注螺旋形试样，进行比较。在实验时，要求铸型相同（透气性、紧实度等）和过热温度相同条件下进行比较。研究温度对合金流动性的影响，纯Al和ZL102合金分别在不同温度下浇注

3、螺旋形式样，比较螺旋式样的长度。1.4实验设备与材料1）熔化设备：坩埚电阻炉两台或感应电炉石墨坩埚两个2）合金材料：工业纯Al铸铝1023）铸型：三副模板、三副砂箱、造型型砂及制型工具4）热电偶（镍铬-镍硅）两支及毫伏表5）去气剂：氯化锌11图1.1螺旋形流动性试样机构示意图1—浇口杯2—低坝3—直浇道4—螺旋5—高坝6—溢流道7—全压井1.5实验前准备1）熟悉螺旋形试样的结构特点及各部分作用，对铸型的要求。2）复习合金成分和浇注温度对铸造合金流动性的影响。1.6实验步骤1）按实验课堂内要求造型，装配造型。（保证相同的造型条件，用仪器检查紧实度）。合箱放平待浇。2）在电阻炉内熔

4、化配置要求的合金，当液态合金温度达到730℃左右时用氯化锌精炼后，立即清理氯化物熔渣，静止1-2分钟后，按要求的浇注温度即可进行浇注。3）待试件冷却后，打箱、测量试件长度并记录到下表内。1.7实验数据及处理1）实验数据：将各组试验数据填入表1.1内。2）数据处理11绘出化学成分与流动性、浇注温度与流动性直角坐标流动曲线图。（三或四组数据综合）表1.1实验数据项目序号纯铝或ZL102备注1浇注温度℃7206602螺旋形试样长度（mm）3螺旋形试样平均长度（mm）1.1.8实验结果及分析1）简述实验原理2）根据实验结果，结合状态图分析合金成分浇注温度对流动性的影响。3）讨论分析误差

5、产生原因，提出改进实验的建议。11实验2铸造合金残余应力的测定2.1实验目的1）测定铝合金应力框试样的残余内应力。2）测定消除应力退火处理对铸件残余应力的影响。2.2实验原理铸件在凝固冷却过程中，由于壁厚不同，铸件各部分冷却速度不一致。因此各部分的收缩速率不同，但因各部分彼此相联，相互制约而产生应力，此应力称为热应力。热应力的生成过程，可用应力框试样说明。应力框铸件的粗杆B和细杆A与横梁的连接，可看作是刚性连接，应力框中的金属液体在凝固收缩过程中，首先细杆A冷却速度快，B杆冷却速度慢因而A杆的冷却速度大于B杆，通过两端连接的横梁使B杆受压，A杆身受拉。如忽略砂型阻力，将在A杆、

6、B杆同时产生拉应力和压应力。随着冷却时间增长，A杆和B杆的冷却速度发生明显变化。因而收缩速率也随之改变，使内应力符号发生明显的改变。2.3实验设备和工具应力框试件，退火后的应力框试件，虎钳、手锯、平锉、钢尺、中心冲、刻度显微镜、手锤等。2.4实验步骤应力框两个（其一已退火处理）。A：测定残余内应力1）把应力框中粗杆表面的砂去净，并量其长度（精确到1/10mm）。2）在粗杆上用中心冲打两个凹洞，其间距l=10mm(精确到1/10mm)。用刻度显微镜测定L长。3）用手锯在L间锯断，并测量两洞间间距Lˊ。4）应用应力公式，求残余内应力。（2.1）B：测定消除应力退火处理的作用1）应力

7、框退火规范2）测定锯断前l=3）测定锯断后lˊ=4）计算σ值2.5实验结果及分析1）根据实验过程，整理实验数据，并对计算的σ值进行讨论。2）分析影响应力框试样应力值大小的因素。1111二锻压变形原理实验压力加工工艺主要指锻造和冲压两大类。锻造可分为自由锻和模锻。而冲压按其变形性质基本可分为两类：即材料的分离与成型。分离是指冲孔、落料、剪切等工序，而成型是指拉延、挤压、胀形、弯曲等工序。本实验只做一个冷冲压工艺中的拉延实验，其实验原理和要求如下：2.1实验目的2.1.1了解极限拉延系数的测定方