综合实验一 铝合金制备.doc

综合实验一 铝合金制备、加工及改性 实验1.1 铝合金的熔炼、铸锭与固溶-时效处理实验指导书 实验学时：4 实验类型：综合型 前修课程名称：材料工程基础 适用专业：材料类本科生 二 实验内容 铝铜合金的熔炼工艺流程 三 实验要求 严格控制熔化工艺参数和规程 1. 熔炼温度 熔炼温度愈高，合金化程度愈完全，但熔体氧化吸氢倾向愈大，铸锭形成粗晶组织和裂纹的倾向性愈大。通常，铝合金的熔炼温度都控制在合金液相线温度以上50～100℃的范围内。从图1的Al-Cu相图可知，Al-5%Cu的液相线温度大致为660～670℃，因此，它的熔炼温度应定在710（720）℃～760（770）℃之间。浇注温度为730℃左右。 图1 铝铜二元状态图 2．熔炼时间 熔炼时间是指从装炉升温开始到熔体出炉为止，炉料以固态和液态形式停留于熔炉中的总时间。熔炼时间越长，则熔炉生产率越低，炉料氧化吸气程度愈严重，铸锭形成粗晶组织和裂纹的倾向性愈大。精炼后的熔体，在炉中停留愈久，则熔体重新污染，成分发生变化，变形处理失效的可能性愈大。因此，作为一条总的原则，在保证完成一系列的工艺操作所必需的时间的前提下，应尽量缩短熔炼时间。 3． 合金化元素的加入方式 与铝相比，铜的比重大，熔点虽高（1083℃），但在铝中的溶解度大，溶解热也很大，无需将预热即可溶解，因此，可以以纯金属板的形式在主要炉料熔化后直接加入熔体中，亦可与纯铝一同加入。 4． 要注意覆盖 众所周知，铝在高温熔融状态，极易形成Al2O3氧化膜，因此要对铝熔体进行保护。就铝铜合金而言，所用的覆盖剂为：40%KCl+40%NaCl+20%冰晶石（Na3AlF6）的粉状物。它的比重约为2.3g/cm3，熔点约670℃，这种覆盖剂不仅能防止熔体氧化和吸氢，同时还具有排氢效果。这是因为它的熔点比熔体温度低，比重比熔体小，还具有良好的润湿性能，在熔体表面能够形成一层连续的液体覆盖膜，将熔体和炉料隔开，且具有一定的精炼能力，因而，这种覆盖剂具有良好的覆盖、分离、精炼等的综合工艺性能。加入量一般为熔体质量的2～5%。 5. 要注意扒渣 当炉料全部熔化后，在熔体表面会形成一层有溶剂、金属氧化物和其它非金属夹杂物所组成的熔渣。在进行浇注之前，必须将这层渣除掉。其目的是： （1），防止熔体夹渣； （2），减少熔体吸气机会（因为熔渣是水蒸气的良好载体）； （3），加强传热。扒渣时，工具要干净，要预热；操作要平稳不起波浪。 6．金属模要上涂料并加热到300℃左右 四 实验装置 1．中频感应真空熔炼炉 2．浇铸模（可自由脱模式） 3．必要的工具（扒渣棒、抱钳等） 4．便携式红外测温仪 5．铝块 6．铜板 7．天平 8．石墨坩埚 9. 其它化学试剂 五 实验步骤 1．备料：按照Al-5%Cu的质量百分比，用天平称好炉料（按每炉1kg计算）； 2．装料：将铝块和铜板同时加入中频感应炉的坩埚中，然后加入覆盖剂； 3．升温：注意调整电流、电压及功率因子（cos(）； 4．测温：控制在710-770℃之间，用红外测温仪进行； 5．调温：主要是为浇注作准备，熔体温度太低，流动性不佳，不易充满模子，而熔体温度太高，易氧化和形成粗大晶粒； 6．浇注：将熔体倒入预先准备的模子中，待完全凝固后，再脱模； 7．脱模：取出铸件，注意要戴手套。 六．思考题 什么叫熔炼与铸锭？它们有何作用？ 简要比较中频感应炉熔炼和普通电炉熔炼的异同之处及优缺点。 简述实验过程及心得体会。 实验1.2 铝合金轧制工艺实验指导书 实验学时：4 实验类型：综合型 前修课程名称：材料工程基础 适用专业：材料类本科生 图1 轧制原理 轧件承受轧辊作用发生变形的部分称为轧制变形区，其他主要参数有：轧辊直径D、半径R、辊身长度B，假定轧件在轧之前后的厚度、宽度和长度分别为h1、b1、l1和h2、b2、l2，上下轧辊皆为主动棍，其转速均为n（转／分），因此轧辊表面的线速度Vr＝πDn/60×1000，咬入角α，接触弧长L，正常轧制时L与α的关系如下： (＝arc cos [ 1－( h1－h2 ) / D] L=2π/180×R 实践中常以接触弧长对应的弧长近似作为接触弧弧长，于是有L=[R (h1－h2)]． 因为轧制前后轧件的重量没有变化于是有：h１×b１×l１×r１＝h２×b２×l２×r2 ，由于r1= r2 又有：h1 ×b1 ×l1 = h2× b2× l2 轧制前后轧件厚度的减少成为绝对压下量，用△h表示，△h＝h1－h2绝对压下量与原厚度之比成为相对压下量，用ε表示，ε＝△h／h１×100%， 轧制时轧件的长度明显增加，轧后长度与轧前长度的