鑄造合金與熔煉實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

鑄造合金與熔煉試驗(yàn)指導(dǎo)書南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院機(jī)械工程系機(jī)械制造教研室編202310月目 錄試驗(yàn)一鑄鋼及鑄鐵金相組織觀看 錯(cuò)誤!未定義書簽。一、試驗(yàn)?zāi)康?錯(cuò)誤!未定義書簽。二、試驗(yàn)原理 錯(cuò)誤!未定義書簽。三、試驗(yàn)設(shè)備和材料 錯(cuò)誤!未定義書簽。四、試驗(yàn)內(nèi)容與步驟 錯(cuò)誤!未定義書簽。五、留意事項(xiàng) 錯(cuò)誤!未定義書簽。六、試驗(yàn)報(bào)告 錯(cuò)誤!未定義書簽。試驗(yàn)二鋁-硅合金變質(zhì)處理及金相組織觀看 錯(cuò)誤!未定義書簽。一、試驗(yàn)?zāi)康?錯(cuò)誤!未定義書簽。二、試驗(yàn)原理 錯(cuò)誤!未定義書簽。三試驗(yàn)設(shè)備和材料 錯(cuò)誤!未定義書簽。四、試驗(yàn)內(nèi)容與步驟 錯(cuò)誤!未定義書簽。五、留意事項(xiàng) 錯(cuò)誤!未定義書簽。六、試驗(yàn)報(bào)告 錯(cuò)誤!未定義書簽。七、思考題 錯(cuò)誤!未定義書簽。一、試驗(yàn)?zāi)康摹采靶蜐沧ⅰ６?、試?yàn)原理1、熔煉將其熔化，并進(jìn)一步使液體金屬過熱的一種熔煉方法。感應(yīng)電爐依其構(gòu)造分為無芯式和有芯式兩種類型。圖1-1 無芯感應(yīng)電爐的工作原理1一感應(yīng)器 2一坩堝3一鋼液(或爐料)①一感應(yīng)器中瞬間電流方向②一鋼液(或爐料)中產(chǎn)生感應(yīng)電流方向煉鋼用的是無芯式感應(yīng)電爐，其工作原理示如圖1-1。在—個(gè)耐火材料筑成的坩堝外面，有螺旋形的感應(yīng)器(感應(yīng)線圈)。在煉鋼過程中，盛裝在坩堝內(nèi)的金屬爐料(或熔化成的鋼液)，尤如插在線圈中的鐵芯。當(dāng)往線圈中通以溝通電時(shí)，由于感應(yīng)作用，在爐料(或鋼液)內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并因此感生感應(yīng)電流(渦流)。由于爐料(或鋼液)本身有電阻，故在渦流通過時(shí)會(huì)發(fā)出熱量。感應(yīng)電爐煉鋼所需的熱量就是利用這種原理產(chǎn)生的。無芯感應(yīng)電爐的構(gòu)造無芯感應(yīng)電爐主要由兩個(gè)局部構(gòu)成：爐體局部和電氣局部。爐體局部的構(gòu)造如圖1-2所示。當(dāng)溝通電通過感應(yīng)器時(shí)，在感應(yīng)器的內(nèi)部空間中便產(chǎn)生了交圖1-2 感應(yīng)電爐爐體局部構(gòu)造圖1一水泥石棉蓋板2一耐火磚上框3一搗制坩堝4—玻璃絲絕緣布5一感應(yīng)器6一水泥石棉防護(hù)板7一耐火磚底座8一不銹鋼制(不感磁)邊框 9一轉(zhuǎn)軸變磁通。交變磁通在金屬爐料(或鋼液)內(nèi)引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，在垂直于磁通的平其關(guān)系式如下E＝4.44ΦNf(V)式中 Φ—磁通(Wb)；N——感應(yīng)器匝數(shù)；f——溝通電頻率(Hz)由式可見，增大磁通和提高溝通電頻率，能夠提高感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。(鋼液)(坩堝壁)，磁通密度愈大，愈靠近坩堝的中心線，磁通密度愈小，因此在外層中產(chǎn)生的感不均勻現(xiàn)象的存在，使得坩堝內(nèi)爐料(鋼液)外層的發(fā)熱量大于里層。承受的電(大容量)的坩堝來說，假設(shè)承受高頻率，則在爐料中將只有一個(gè)筒狀的外層中發(fā)出較多的熱量，而里層發(fā)熱很少。在這種狀況下，加熱的效果低。為此應(yīng)使電流頻率與坩堝直徑(爐子容量)相適應(yīng)。即爐子的容量大時(shí)，所承受的電流頻無芯感應(yīng)電爐依照所承受不同的電流頻率范圍，可分為高頻感應(yīng)電爐、中頻感應(yīng)電爐和工頻感應(yīng)電爐三種類型。2、鑄造碳鋼的結(jié)晶過程和鑄態(tài)組織二次結(jié)晶。一次結(jié)晶：當(dāng)鋼液溫度降至液相線時(shí)，有高溫鐵索體(δ—Fe)析出。溫度下L+γ區(qū)時(shí)，又有奧氏體自鋼液中析出，此析出過程進(jìn)展到固相線溫度為止。GS線與PS析α碳鋼鑄件的鑄態(tài)組織的特征是晶粒粗大，有些狀況下還存在魏氏(或網(wǎng)狀)組織。圖1-3 鑄鋼件斷面上晶區(qū)分布示意圖I一細(xì)等軸晶區(qū)II一柱狀晶區(qū)III一粗等軸晶區(qū)與熱處理后的組織相比，鑄態(tài)組織的晶粒較粗大，而且存在柱狀晶區(qū)，鑄要的影響。晶粒粗大則晶界的比外表積較小，因而鋼的強(qiáng)度較低。柱狀晶具有各向異性，在其橫向上的力學(xué)性能特別是韌性較低。在經(jīng)受外力沖擊作用時(shí)，易沿晶界發(fā)生斷裂。這種鑄態(tài)組織特征在厚壁鑄件上表現(xiàn)得尤為明顯。鑄件壁越厚，則鑄態(tài)下的性能越差。碳鋼在鑄態(tài)下力學(xué)性能低，特別是不耐沖擊是鑄鋼件必需經(jīng)過熱處理后才能使用的根本緣由。3、鑄鐵的結(jié)晶和石墨化當(dāng)過共晶成分的鐵液冷卻時(shí)，先遇到液相線，在肯定的過冷下便會(huì)析出初長(zhǎng)，又是在鐵液中自由地長(zhǎng)大，因而常常長(zhǎng)成分枝較少的粗大片狀。亦會(huì)析出初析奧氏體。在液相線溫度以上，鐵液處于全液態(tài)，當(dāng)液體冷卻到液相線溫度以下時(shí)，此時(shí)初析奧氏體還會(huì)連續(xù)長(zhǎng)大，效量也有增加。鑄鐵在一次結(jié)晶過程中確定了石墨的形態(tài)、大小和分布狀況，以及初生γ的晶粒大小。在發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變時(shí)只確定了共晶團(tuán)的數(shù)量和大小，并不轉(zhuǎn)變石墨的形態(tài)。但奧氏體冷卻至共析轉(zhuǎn)變溫度以下，并到達(dá)肯定過冷度后，就開頭共析轉(zhuǎn)同的機(jī)體組織，鐵素體、珠光體或二者的混合物。三、試驗(yàn)設(shè)備和材料試驗(yàn)室等。四、試驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、了解鑄造工藝澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算，冒口的設(shè)計(jì)與計(jì)算；鑄造工藝圖，鑄造工藝卡。2、造型l2用同一包<爐)鐵水進(jìn)展?jié)沧ⅰ?、配料及預(yù)備工作依據(jù)零件的材質(zhì)〔牌號(hào)，確定化學(xué)成分，然后依據(jù)原材料〔爐料〕成分〔1-1〕和中頻爐熔煉元素的燒損率〔1-2〕進(jìn)展配料計(jì)算。1-1原材料化學(xué)成分材料材料CSiMnSP其它1-2合金元素?zé)龘p率元素元素CSiMnSP4、熔煉爐前處理〔孕育。5、澆注爐前處理完畢后，將液態(tài)金屬澆入鑄型。6、鑄件宏觀質(zhì)量檢查澆注后冷卻到室溫打箱、清理，觀看鑄件外表是否有砂眼、氣孔等缺陷。最終將鑄件縱向剖開，觀看鑄件內(nèi)部是否有缺陷，將以上觀看結(jié)果紀(jì)錄。7、力學(xué)性能試驗(yàn)⑴拉伸試驗(yàn)測(cè)定，紀(jì)錄測(cè)試結(jié)果。⑵硬度試驗(yàn)用觀看完金相組織后的金相試樣測(cè)量布什硬度，紀(jì)錄測(cè)試結(jié)果。8、金相組織觀看金相砂紙磨光、再在拋光機(jī)上拋光。依據(jù)具體材料選擇腐蝕劑和腐蝕時(shí)間。選擇適宜放大倍的數(shù)顯微鏡進(jìn)展金相組織觀看，畫出典型組織狀態(tài)圖。擁擠、集中精力觀看，防止高溫液體燙傷。六、試驗(yàn)報(bào)告依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果〔宏觀、金相、力學(xué)，分析鑄鋼、鑄鐵〔鐵〕的性能與成分、組織、冷卻速度的關(guān)系。試驗(yàn)二鋁-硅合金變質(zhì)處理及金相組織觀看一、試驗(yàn)?zāi)康男阅艿母驹砼c根本方法，生疏降固理論及凝固技術(shù)在金屬材料制備過程中的重要作用；型鑄造等凝固加工條件下凝固過程與凝固組織的試驗(yàn)爭(zhēng)論，深刻生疏合金化學(xué)成分、凝固條件及熔體變質(zhì)處理等對(duì)合金組織與性能的影響：立分析問題與解決問題的力量。二、試驗(yàn)原理(熔是掌握材料組織、提高和挖掘材料性能潛力及爭(zhēng)論開發(fā)材料的重要途徑之一，材料凝固理論與凝固加工制備技術(shù)爭(zhēng)論是當(dāng)今材料科學(xué)與工程前沿?zé)狳c(diǎn)爭(zhēng)論領(lǐng)域之一。通過自覺地掌握合金的凝固條件(如凝固冷卻速度、凝固冷卻散熱的方向性、孕育處理、變質(zhì)處理、澆注及凝固過程液態(tài)金屬的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等)及合理地設(shè)計(jì)選擇合金的化學(xué)成分(如合金凝固溫度范圍、溶質(zhì)元素再安排及凝固偏析特性等)，可以有效的掌握金屬材料的凝固組織(體生長(zhǎng)形態(tài)、凝固偏析及化學(xué)成分均勻性、疏松及縮孔等)、力學(xué)及物理化學(xué))及工藝性能(如：鑄造工藝性能及熱處理工藝性能、鍛造工藝性能、焊接工藝性能、機(jī)械加工性能等后續(xù)二次加工工藝性能)。實(shí)行提高合金凝固冷卻速度、在澆注時(shí)進(jìn)展孕育處理(直接參加和通過熔體反響形成外加晶核)(如：加壓澆注增加澆注金屬液流速度、超聲涉及電磁攪拌、)等措施，可以顯著提高金屬凝固形核率，進(jìn)而顯著細(xì)(晶粒尺寸、枝晶間距、共晶團(tuán)尺寸及層片間距、顯微疏松)，顯著減輕凝固偏析和提高凝固組織的化學(xué)成分均勻性，最終顯著改善合金的使用性能(力學(xué)性能、化學(xué)性能等)及后續(xù)二次加工藝性能。通過掌握合金凝固冷卻散熱的方向性及溫度梯度，可以掌握合金凝固過程中晶體的生長(zhǎng)取向，獲得具有不同晶體取向特征及特別性能的凝固組織(如定向生長(zhǎng)柱狀晶、單晶及定向共晶；無擇優(yōu)取向的等軸晶等)；通過對(duì)合金熔體變質(zhì)處理與微合金化，可以轉(zhuǎn)變某些晶體的液一固界面構(gòu)造、生長(zhǎng)特性及生長(zhǎng)形態(tài)(如：Al-Si合金變質(zhì)處理后共晶硅針片狀轉(zhuǎn)變?yōu)閳A滑的點(diǎn)狀或棒狀；球墨鑄鐵經(jīng)球化處理后石墨由片狀轉(zhuǎn)變?yōu)榍蜣D(zhuǎn)等)，從而顯著轉(zhuǎn)變合金的凝固組織與性能；而晶體生長(zhǎng)形態(tài)，即界面的宏觀形態(tài)則取決于界面前沿溫度的分布(正的溫度梯度與負(fù)的溫度梯度)。Al-Si晶(Al-6％Si)(Al-12％Si)(Al-20％Si)Al-Si鑄造合金為試驗(yàn)對(duì)象，通過合金熔體變質(zhì)處理、轉(zhuǎn)變合金鑄造凝固冷卻條件(冷卻速度緩慢、溫度梯度很低的一般濕砂型鑄造條件；冷卻速度較快、溫度梯度較高的金屬型鑄造條件等)等措施掌握凝固組織，分析合金的凝固組織并測(cè)試()，深刻生疏凝固條件、熔體。15kW件等。亞共晶(Al-6％Si)、共晶(Al-12％Si)、過共晶(Al-20％Si)等三種典型成Al-Si鑄造合金。四、試驗(yàn)內(nèi)容與步驟Al-Si鑄造合金及其鑄造工藝的根本學(xué)問(Al-Si合金成分、凝固組織、性能特點(diǎn)、應(yīng)用、變質(zhì)處理及機(jī)理等)。內(nèi)容及試驗(yàn)報(bào)告。)對(duì)亞共晶(Al-6％Si)或共晶(Al-12％Si)鋁硅合金的凝固組織與性能的影響。金屬型預(yù)備及砂型造型(拉伸試樣或沖擊試樣)、合金熔煉及熔體變質(zhì)處)。熔體變質(zhì)處理對(duì)亞共晶(A1-6％Si)或共晶(Al-12％Si)對(duì)鋁硅合金的凝固組織與性能的影響(澆鑄沖擊試樣或拉伸試樣)。金屬型預(yù)備及砂型造型(拉伸試樣或沖擊試樣)、合金熔煉及熔體變質(zhì)處能測(cè)試(硬度、沖擊韌性或