专业综合实验合金的熔炼 2

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1、专业综合实验--合金的设计与熔炼及组织与性能分析1实验目的（1）熟悉非自耗真空电弧炉的作用、原理和构造（2）学会非真空自耗电弧炉的操作方法2实验设备及材料（1）实验设备WKDHL型非自耗真空电弧炉、台虎钳、手工锯、落地砂轮机、分析天平、布氏硬度计、洛氏硬度计、读数显微镜、金相抛光机、金相显微镜（附带图像采集装置）。（2）实验材料脱脂棉、酒精、120#纱布、工业纯铁、石墨块、金相砂纸、抛光磨料、抛光布、4%的硝酸酒精溶液。3WKDHL型非自耗真空电弧炉的工作原理新合金系的设计和制备需要首先进行小试样的尝

2、试，来探索合金的熔炼性能和所制备合金的组织和性能的分析，从而为合金的制备工艺、合金的组织、性能及其相互关系提供可靠的指导，从而为中试乃至最终的生产做出扎实的基础工作。非真空电弧熔炼使一种特种冶金。所谓特种冶金，通常指除用于大生产的转炉、电弧炉和感应炉之外的，为了提高质量或冶炼在大气条件下不易熔炼的含有大量活泼金属的钢种或合金的冶炼方法。这种冶炼方法在难熔金属、活泼金属、高温合金、特殊钢等和试验中占据重要的主导地位。WKDHL型非自耗真空电弧炉（如图1所示）是由炉体、上电极、下电极及升降机构、真空系统及

3、电源系统等组成。真空系统采用二级泵，即油扩散泵和机械泵，机械泵上设有电磁放气阀避免停电后返油。真空机组上设有水冷挡板、放气阀及充气阀，最高真空度可以达到10-3Pa。炉体采用双层水冷结构，内层为不锈钢，外层为钢板焊接而成，下电极装有七个坩埚，移动上电极可选择进行熔化，下电极可上下移动并可移出，装取料方便，炉正面设有一个观察窗用来操作引弧，观察窗上装有墨色玻璃保护操作者眼睛。图1WKDHL型非自耗真空电弧炉真空系统工作时首先由机械泵对炉体进行预抽真空。机械泵由电机和泵体两部分组成，它是利用气体膨胀、压缩

4、、排出的原理，工作时电机转动机械的把气体从炉体中排出。机械泵对炉体预抽真空到一定的真空度后，开启油扩散泵，油扩散泵中的油经加热后产生油分子，这些油分子由于炉内真空的作用而流向炉体，油分子与炉体中的空气分子结合，再经机械泵将空气排出，而其中的油分子由于泵壁的冷却而变为液体回流。如此反复可以炉内达到一定的真空度，之后关闭真空系统与炉体间的阀门，停止抽真空。接着打开充气阀对样品室充氩气清洗，之后再抽真空，充氩气，如此反复几次。炉体熔炼合金的工作原理是靠电极间放出电弧所产生的的高温来融化金属，炉内一个电极是高

5、熔点金属钨棒，它可以移动来选择进行熔炼，另一个电极是放置于炉内干锅上的要熔金属块粒。当钨棒趋近这些金属块粒时，如同电焊一样，电极间发生强烈的电弧，产生高温把金属块粒熔融，断电后，熔融的合金就冷凝成“旋扣锭”（如图2），为了这些小钉合金化均匀，减少偏析，往往要把这些“旋扣”反复多熔炼几遍。炉内熔炼合金如图3所示。图2熔炼出的“旋扣锭”图3炉内熔炼合金需要注意的是炉内在熔炼合金时往往要达到上千的温度，而炉体是采用钢结构制造，其不可能承受如此高的温度，所以炉体采用了双层水冷结构，内层为不锈钢，外层为钢板焊接

6、而成，两层钢结构之间不断的通入冷水进行冷却。4实验步骤4.1合金的设计与配料（1）查资料得到各碳钢（20#、45#、60#、T8、T10、T12）的含碳量国家标准如下表1。表1各碳钢含碳量国家标准/%（质量）钢号20#45#60#T8T10T12含碳量0.17～0.240.42～0.500.57～0.650.75～0.840.95～1.041.15～1.24（2）将工业纯铁固定于台虎钳上，用手工锯锯出六块50g左右的纯铁，并用砂轮机打磨掉纯铁试块上的氧化皮（要求干净彻底）。（3）用分析天平称出各纯铁试

7、块的质量，并将其各个对应于20#、45#、60#、T8、T10、T12。（4）根据各个碳钢的含碳量要求及对应原料中纯铁的质量，算出熔炼各个碳钢分别所需的石墨量。各碳钢所需原料量及理论含碳量如表2。表2各碳钢所需原料量及理论含碳量钢号20#45#60#T8T10T12工业纯铁/g55.118648.958262.972662.386846.666854.7234石墨块/g0.11120.22120.37940.50280.47160.6678含碳量/%0.200.450.600.801.001.214.

8、2合金的熔炼4.2.1预抽前级真空（1）接通控制柜总电源（2）关好炉体抽气阀（在炉体右侧），开“机械泵”，推进三通阀杆，开扩散泵蝶阀，打开热偶真空计测量低真空，抽到6×10-2Torr(5Pa)。（3）开扩散泵冷却水，开“扩散泵“（接通扩散泵炉丝电源），拉出三通阀杆，关好扩散泵蝶阀，将扩散泵预热30分钟至1小时。4.2.2装料：扩散泵预热的同时，可以进行装料（1）打开样品室，清洗炉体、坩埚、电极和机械手。（2）装料。（3）关门，拧紧样品室四个密封旋钮。4