材料制备与加工实验指导书

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1、《材料制备与加工实验》指导书主编李强黄晓巍熊雷福州大学材料科学与工程学院二0—四年三月《材料制备与加工实验》是材料科学与工程学科四年制本科生必修课程（其他专业可选修），是与相关专业课程配套并独立设置的实验课程，也是最重要的一门专业基础实验课程之一。其内容涉及到金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料等的合成、制备与加工工艺和方法。该课程以材料科学与工程(MSE)四要素(结构与成分一合成与加工一性能一使用效能)中的合成与加工要素为主线，认知材料科学与工程学科中材料合成、加工与制备领域的基本概念、规律，培养学生的基本实验、实践能力，掌握基本工

2、业操作技能，巩同和深化理论知识，在此基础上，进一步培养学生的动手能力、工程实践能力、分析和解决问题的能力以及创新精神。本课程从材料一级学科的实验教学出发，实验选题涵盖金属材料工程、无机非金属材料工程、高分子材料工程以及复合材料工程领域的基本实验方法，在实验内容上尽量引入材料制备、加工小的前沿技术。在实验教学安排上，要求各实验项口进度与相应理论课程的教学相一致，按模块化组织。通过本课程的教学，使学生具备独立进行实验设计与操作、观察和分析实验结果、实验误差分析及数据处理的能力，巩固和强化理论知识，能够适应工业实践中生产工艺控制、改进、革新、新

3、产品研究、开发以及初步科学研究工作的需耍。同吋具备分析和解决实际生产屮基本问题的能力，全面学握理论原理和实际的联系，培养学生的实际应用能力，进而引导学生更深入地学习材料制备加工新技术，为发展创新思维奠定基础。基于以上口的，木课程组在参阅了大量资料的基础上，组织编写了木实验指导书。限于编者的水平和时间的匆忙，书屮不当Z处在所难免，恳请专家和读者批评指正，并将在后续的教学过程中进一步修改和完善。参加本书编写的有李强、黄晓巍、熊雷等。目录实验1、铝合金的熔炼与铸造4实验2、铝合金时效硕化曲线的测定及其影响因素分析11实验3、焊接工艺与焊缝组织检

4、验15实验4、液压机基木参数测定及拉深成形工艺实验21实验5、陶瓷材料的成形27实验6、烧结温度与烧结温度范围的测定32实验7、丙烯酰胺的水溶液聚合35实验8、热塑性塑料的挤出造粒和注射成型38实瞼人铝合金的熔炼鸟需造一、实验目的1.拿握铝合金熔炼原理、设备；2.掌握铝合金熔炼的配料计算方法；3.掌握铝合金的熔炼保护、合金化方法与成分控制；4.掌握铝合金凝固过程的特点和组织特点、缺陷的产生以及铸型的影响；5.掌握铸锭组织的特征以及浇注条件差异对铸件组织的影响。二、实验原理金属熔炼是将金属材料加热到熔点以上，便其熔化为液态，在冷凝为固体的制

5、取过程。通过对原材料的熔化、精炼提纯、合金化，以制备髙质量的锭坯。金属及合金的晶粒大小、形状和分布与凝固条件、合金成分及其加工过程有关，决定着材料的性能。实际生产中，铸锭不可能在整个截面上均匀冷却，并同时开始凝固。因此，铸锭凝固后的组织一般是不均匀的，这种不均匀性将引起金属材料性能的差异。1.金属的熔炼设备最常用的熔炼设备有：冲天炉、电弧炉、感应电炉、堆锅炉等等。冲犬炉主要川于熔炼铸铁,炉衬可以是酸性或碱性，酸性炉衬的冲天炉较多，并可分为用焦冲天炉和非焦（煤炭、油、天然气）冲天炉，是铸铁熔炉中应用极为广泛的一种。具有结构简单、设备费用少、

6、电能消耗低、生产率高、成本低、操作和维修方便，并能连续进行生产等特点。电弧炉是利用电极与金属炉科Z间电弧产生的热能通过辐射、传导和对流传递给炉科，加热、熔化固体炉料，并使金局液过热，从而实现熔炼冃标的一种设备，主要用于钢、铸铁的熔炼。感应电炉分为无芯式和冇芯式，主要用于铸铁、铸钢、铜合金、铝合金等的熔炼。其屮无芯感应电炉比较常用。无芯感应电炉按照电磁感应加热原理进行工作，堆锅外的感应器线圈相当于变压器的原绕纽，堆锅内的金属炉料相当于副绕组，当感应线圈通以交变电流时，则因交变磁场的作用使短路连接的金属炉料产&强人的感应电流，电流流动吋，为克

7、服金加炉料表面层的电阻而产生热量，致使金属炉料加热熔化。m锅炉分为燃汕、燃气、燃煤（焦炭）堆锅炉和电阻堆锅炉。主要广泛川于有色金属的熔化，如铜合金、铝合金、镁合金、低熔点轴承合金等。2.金属的熔炼工艺金属的熔炼工艺应满足以下的要求：熔炼出符合材质性能要求的金属液，而且化学成分的波动范围应尽量小；熔化并过热金属所需的高温；有充足和适吋的金属液供应；低的能耗和熔炼费用；噪声和排放的污染物严格控制在法定的范围内。熔炼工艺包括选择合适的熔炼炉，进行金属熔化，同时进行成分控制。根据熔炼金属的性质，选择好熔炼炉。熔化主要冇两种:无精炼熔化和精炼熔化两

8、种。无精炼熔炼时原材料在具体的熔化过程屮只有某些元素的少赧变化。主耍是低熔点合金的熔炼、轻金属的熔炼和高熔点合金的真空熔炼。

9、何精炼熔炼是在熔化后对材料的成分进行较大的调整。主要是钢的熔炼。在