實驗一焊條設(shè)計、配制及其工藝性能實驗

實驗1熔敷金屬中擴散氫測定一、實驗內(nèi)容采用甘油置換法測定手工電弧焊或CO2氣體保護焊熔敷金屬中擴散氫的含量。二、實驗?zāi)康?、了解熔敷金屬擴散氫含量的測試方法都有哪些2、掌握甘油置換法測定熔敷金屬中擴散氫的含量的方法.三、實驗步驟1、試板準備：1）確定試板及引弧板、引出板的材質(zhì)為碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金鋼.2）確定試板及引弧板、引出板的尺寸依照不同的焊接方法和測定方法從表1中選定。3） 試板及引弧板、引出板預(yù)先作去氫處理，加熱400—650C,保溫1h,然后再250±10C情況下保溫約6小時。4） 試板及引弧板、引出板的群補表面應(yīng)進行加工,保證光滑和清潔。2、焊接材料的準備1） 選擇直徑為①3。2mm的焊條，并按照焊條制造廠推薦的條件進行烘干,焊條不能互相接觸,不能與其它焊條混烘。2） 從烘箱中取出的焊條應(yīng)立即使用。3） 焊絲選擇①或①1。6mm的焊絲.4） 保護氣體選擇混合氣。3、 試樣制備1）焊接前引弧板、試板引出板按照長度方向排列組成,用夾具固定，按照圖1進行焊接。中間個試樣須做標(biāo)記和稱重（精確至）。2）在室溫下進行焊接，焊接規(guī)范按照下面的規(guī)定進行。3）試件焊接完成后2s內(nèi)放到冰水中擺動冷卻，冷卻10s后立即取出，用機械方法取出引弧板和引出板，清除飛濺物和熔渣，經(jīng)丙酮清洗吹干后，放入充滿甘油的收集器中,進行測定。4、 焊接規(guī)范1） 手工電弧焊（a15A.（b）焊接速度按照熔化120mm-130mm的焊條焊成100mm焊道的速度進行焊接.2） 氣體保護焊(a)米用直流反接；(b)焊接電流：①的焊絲電流為260—290A,①1。6mm的焊絲電流為330-360A；電弧電壓：①1。2mm:27—3IV,①l°6mm:26-30V;焊接速度:330±30mm/min.導(dǎo)電嘴端部到試件的距離：19土3mm。保護氣體流量為15-20L/min。5、擴散氫含量測定測試設(shè)備如圖1所示.將焊接完成的試樣放入應(yīng)經(jīng)充滿甘油的收集器內(nèi),從試樣焊接完成到放入收集器內(nèi)，應(yīng)早90S內(nèi)完成。收集擴散氫過程中，甘油溫度必須保持45±1匕72小時后將吸附在收集器管壁和試樣上的氣泡收集上去，準確讀取氣體量．5)將測定的氫氣體積換算成標(biāo)準狀態(tài)下的體積，用該體積除以熔敷金屬質(zhì)量(焊后與焊前試樣質(zhì)量之差)的1/100，即為擴散氫含量,單位為mL/100g熔敷金屬.實驗2焊條設(shè)計、配制及其工藝性能實驗一、 實驗內(nèi)容設(shè)計一種焊條配方，制作焊條樣品。觀察、測試、對比焊條工藝性能.二、 實驗?zāi)康募耙笫煜こＳ玫暮笚l藥皮組成物及其作用，了解焊條配方設(shè)計及配方調(diào)整的基本方法。熟悉焊條生產(chǎn)流程，掌握焊條手工搓制或小型壓涂機制作技術(shù).了解焊條工藝性能的評定指標(biāo)、評定方法及影響因素.三、 實驗條件及要求焊條設(shè)計及制作用設(shè)備及材料1。 焊條烘干箱 2.天平3。瓷缽、瓷棒 4.玻璃板5.量筒焊條壓涂機7。焊芯HO8A,08。各種焊條藥皮輔料,水玻璃焊條工藝性能分析用設(shè)備及材料1.自制焊條，E4303、E5015焊條,04mm?3。2mm2。 Q235鋼板若干塊,14x100x400mm,14x10Ox150mm,14x200x400mm,14x200x250mm,280x50x20mm,400x150x14mm3。紫銅板兩塊,500x500x3mm,1500x400x1mm4。碳棒 5．秒表 6.天平7。 直尺鐵球,2Kg 9.交流焊機 10?直流焊機（三）實驗要求獨立設(shè)計、操作,制作的焊條樣品外表均勻光滑,無裂紋、脫落,焊條偏心率小,工藝性能較好;實驗數(shù)據(jù)記錄準確,分析合理,實驗報告完整、清晰。四、 實驗相關(guān)知識點1.焊條設(shè)計及制作焊條是焊條電弧焊方法的焊接材料,由焊芯、藥皮兩部分組成,藥皮與焊芯的重量比稱為焊條的藥皮重量系數(shù).焊芯起導(dǎo)電和填充金屬的作用，碳鋼焊條最常用的焊芯是H08A,焊條規(guī)格根據(jù)焊芯直徑劃分，常用的有2°5mm、0、04。0mm、0、05。8mm等幾種,而焊條的外徑各廠家各不相同,主要取決于焊條藥皮重量系數(shù)及藥皮配方,如某廠E4303焊條相應(yīng)上述規(guī)格的焊條外徑分別為：3。3~3.45mm,4。2—,5。2~,6.3—,7。8?8.0mm,9.1?.焊條藥皮有保護作用、冶金作用、改善焊條工藝性能三個方面的作用，根據(jù)藥皮組成的不同，焊條分為氧化鈦型、氧化鈦鈣型、鈦鐵礦型、氧化鐵型、纖維素型、低氫型、石墨型、鹽基型八種類型。焊條藥皮原材料有礦物類、金屬及鐵合金類、化工產(chǎn)品類、有機物類四類物質(zhì)，其作用可分為穩(wěn)弧、造渣、造氣、脫氧、合金化、粘結(jié)、成形七個方面。焊條設(shè)計就是選用合適的焊芯、藥皮類型、渣系及藥皮配方,其主要依據(jù)是被焊母材的化學(xué)成分與力學(xué)性能指標(biāo)、被焊工件的工作條件、現(xiàn)場設(shè)備及施工條件、焊條生產(chǎn)設(shè)備及工藝條件等。E4303焊條藥皮中一般含有30%以上的Ti02,20%以下的碳酸鹽，30%左右的硅酸鹽,4%以下的有機物和9%一15%的錳鐵等，含有以TiO2為主要成分的原料有：天然金紅石、人造金紅石、鈦白粉、還原鈦鐵礦、鈦鐵礦等，根據(jù)加入的TiO2所使用的主要原料不同，可以分為四大體系：人造金紅石體系、還原鈦鐵礦體系、鈦鐵礦＋鈦白粉體系、鈦鐵礦+金紅石體系，各體系典型配方見表1.E5015焊條藥皮主要由碳酸鹽、氟化物、硅酸鹽（可用TiO2代替部分硅酸鹽）和鐵合金4類物質(zhì)組成，碳酸鹽與氟化物的總量約60%?70%，硅酸鹽一般小于12%,鐵合金約15%?25%,典型配方見表2.焊條生產(chǎn)制造工藝流程見教材圖2—4。主要包括焊芯制造、藥皮原材料粉末制造、水玻璃制造、干粉配料攪拌、加水玻璃濕攪拌、壓涂焊條、磨頭磨尾、烘干、檢驗等工序。焊條一般采用機械的方法制造，但在小型的科研、試制工作中,為了節(jié)省原材料和時間,可采用手工方法制造,本試驗使學(xué)生基本掌握手工搓制焊條的技術(shù).2。 焊條工藝性能焊條的工藝性能是指焊條在焊接操作用的性能，是衡量焊條質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。焊條的工藝性能主要包括：焊接電弧的穩(wěn)定性，焊縫成形，各種位置焊接的適應(yīng)性,飛濺，脫渣性，焊條的熔化速度，藥皮發(fā)紅的程度,焊接發(fā)塵量等.影響焊條工藝性能的因素很多,如焊條焊芯成分、藥皮成分、焊條制造方法及質(zhì)量、焊接工藝規(guī)范、焊接操作技術(shù)等，目前焊條工藝性能的評定還缺乏嚴格的實驗手段，只能作定性的或半定量的判斷,我國焊條行業(yè)常采用的評定方法和標(biāo)準如下:(1)電弧穩(wěn)定性測定滅弧、喘息次數(shù)測定：在14X100X400mm的Q235鋼板上，用E5015在直流焊機上、E4303在交流焊機上各施焊三根焊條，每根焊條焊一條焊道,焊條尾端余50mm，記錄每根焊條的滅弧、喘息次數(shù)，取三根焊條的平均值。折合滅弧次數(shù)=滅弧次數(shù)＋1／2喘息次數(shù)b?斷弧長度測定：用E4303和E5015焊條 mm)各三根，將焊條垂直夾持在固定于14X100X150mm鋼板的支架上，焊條引弧端面距鋼板2.5mm，接通電源用碳棒引弧，焊條自行斷弧后，輕輕敲去熔渣，用鋼尺測量焊條端部至焊縫頂部的垂直距離，即為該根焊條的斷弧長度。取三根焊條平均值為該焊條斷弧長度。再引弧性能測定用E4303和E5015焊條在14x200x400mm的Q235鋼板上焊接15秒后斷弧，立即在14x200x250mm的Q235鋼板上再引弧，記錄斷弧后至再引弧之間的間隔時間為1、2、3、4、5、6、7秒，每一時間間隔用一根焊條進行實驗,每次再引弧應(yīng)在鋼板的冷點上進行,每一時間間隔重復(fù)三次，引弧成功兩次或兩次以上者判為再引弧通過。再引弧時以焊條熔化端與鋼板接觸為準，不得做敲擊動作，不得破壞焊條套筒.飛濺的測定用280X50X20mm的Q235鋼板，豎直放在厚3mm的紫銅板上，用1mm厚、400mm高的紫銅板圍成橢圓形直筒，加以屏蔽。在鋼板上面用＜p4mm焊條進行單道焊，每根焊條熔化350mm，焊后將其筒內(nèi)飛濺(渣和鐵珠)收集(鋼板和焊縫上的飛濺可忽略不計），用天平稱其重量。共焊三根焊條（三根焊條可在同一塊試板上焊接，每焊完一根焊條將試板水冷、去渣，試板溫度低于100C可繼續(xù)施焊）.飛濺率（%）=飛濺量（g） /（焊前焊條重-焊后焊條重）X100（4） 熔化系數(shù)、熔敷系數(shù)、焊條效率的測定將280X50X20mm鋼板稱重，用04mm的E4303焊條利用交流焊機焊接，焊接電流200±5A，焊接過程中用電流表測其電流值，焊條熔化長度350mm,用秒表記錄時間。焊條熔化系數(shù)（g/Ah）=（焊前焊芯重g-焊后焊芯重g）/（焊接電流AX焊接時間h）焊條熔敷系數(shù)（g/Ah）=（焊后板重g—焊前板重g）/（焊接電流AX焊接時間h）焊條效率（％）=焊條熔敷金屬重量g/熔化焊芯的重量g（5） 焊縫成形及流動性Q235鋼試板尺寸為400x150x14mm,與水平面成10度角放置，用E4303和E5015焊條進行上坡焊和下坡焊，上坡焊時焊條與母材成10度角，下坡焊時焊條與母材成80度角。焊接過程中觀察熔渣流動性是否適宜,有無趕渣情況等.焊后脫渣,觀察其焊縫成形，看焊縫兩邊是否整齊,波紋是否均勻美觀,焊縫寬窄是否一致。（6） 脫渣性在兩塊400X100x14mm的Q235鋼板間開70。坡□，用爐4mm的E4303焊條在坡□中間焊一層長250mm的焊縫，焊接電流200±10A，焊好后將試板的焊縫向下放于錘擊臺板上,并用卡具將試件固定，焊后一分鐘內(nèi)將2Kg的鐵球由高處自由下落錘擊試板中心，連續(xù)錘擊5次，緩冷至室溫再錘擊5次，即第一層共錘擊兩回,每回5次。冷卻至室溫時,再焊第二層,第二層是在第一層焊縫上焊長為200mm的焊縫。每層施焊熔化焊條長度均為350mm。第二層焊縫在焊后1分鐘內(nèi)連續(xù)錘擊5次。脫渣長度測量可分三種情況:未脫渣:渣完全未脫,呈焊后原始狀態(tài).嚴重沾渣，渣表面已脫落,但仍有薄渣層,未露出金屬表面。輕微沾渣:焊縫兩側(cè)有粘渣，中間部分已全露出焊縫金屬。未脫渣總長=未脫渣長度+0.5X嚴重粘渣長度+0.2X輕微粘渣長度脫渣率=（焊縫總長-未脫渣總長）/焊縫總長X100％第一層脫渣率=（第一層第一回脫渣率+第一層第二回脫渣率）/2

五、 實驗實施步驟(一)焊條設(shè)計及制作表1E4303焊條參考配方金紅石鈦白粉還原鈦鐵礦鈦鐵礦鈦鐵中碳錳鐵木粉大理石菱苦土白云石白泥長石云母石英合計1308-12-7—148。671002—7.542。————1———111。5。110303316。40。1。2。2。2314-269。19。-8——.42。。16294-20。8—2——-14-—176——2。23。。。6。266表2 E5015焊條參考配方大理石螢石鈦鐵低度硅鐵錳鐵石英鈦白粉云母純堿合計1541512559——————1002442412.5455211002。焊條樣品制作(1)用砂紙將焊芯打磨去銹，校直，用天平稱出5根焊芯的重量，然后計算每根平均重量。⑵取藥皮重量系數(shù)Kb=0。4,計算每種焊條所需藥皮的重量,參考表1、表2的配方設(shè)計E4303、E5015,稱取各種藥皮輔料.干混將稱出的各種輔料放入瓷缽,用瓷棒攪拌均勻,要求藥粉顏色一致,不得有塊狀、粒狀存在,不得將干粉撒出。為防止搓制焊條時藥皮粘玻璃板,可留出少量干粉,但搓制后期必須全部用到焊條上。濕混 逐漸加入水玻璃,輕輕攪拌,直至可以形成“面團狀”。(實驗時可一滴一滴地加入水玻璃,切不可一次加入過多。)搓制 將濕混好的濕粉沿焊芯長度方向均勻分布涂在焊芯上，再用雙手使焊芯在玻璃板上輕輕滾動，使藥皮逐漸均勻牢固地粘在焊芯上，注意焊芯的一端留出20mm左右的無藥皮夾持端，非夾持端要漏出焊芯，不要形成包頭。⑹烘干搓好的焊條經(jīng)24小時晾干，然后再放入烘箱內(nèi)烘干，E4303在180~220C烘干2小時,E5015在350一4000烘干2小時。(7)檢驗 烘干后的焊條，需要磨頭、檢查質(zhì)量，如藥皮有裂縫、剝落即為不合格.(二)焊條工藝性能分析利用自制焊條及市售E4303、E5015進行焊接,觀察并分析焊接電弧的穩(wěn)定性、焊縫成形、飛濺、脫渣性、焊接發(fā)塵量等工藝性能。具體方法參見實驗理論基礎(chǔ)部分.六、思考問題E4303藥皮類型屬于哪種？指出其配方中主要的造渣劑、造氣劑、脫氧劑各是什么？E5015藥皮類型屬于哪種?指出其配方中主要的造渣劑、造氣劑、脫氧劑各是什么？E4303、E5015選擇脫氧劑有何不同?為什么？影響焊條脫渣性的因素有哪些？為什么E4303可用交流焊機焊接，而E5015只能用直流焊機焊接？七、實驗成績評定辦法主要評分點：原理描述、實驗流程、動手能力、解決問題的能力，制作焊條的外觀質(zhì)量．工藝性能數(shù)據(jù)記錄、分析討論,實驗報告完整性、正確性。實驗3對接接頭組織和拉伸、彎曲、沖擊性能評定一、 實驗?zāi)康?．了解壓力容器焊接工藝評定過程及評定規(guī)則;掌握平板對接手工焊接技術(shù)；3．熟悉焊接設(shè)備及焊接工藝參數(shù)的調(diào)整；了解掌握焊接接頭組織的分布特點以及掌握如何讓分析焊接接頭的組織5。 研究焊接規(guī)范參數(shù)對焊縫組織、晶粒度、硬度、過熱區(qū)寬度等的影響了解焊接接頭力學(xué)性能的測試方法及設(shè)備工作原理;7。 了解超聲波檢驗標(biāo)準和工作原理.二、 實驗原理平板對接接頭焊接質(zhì)量的影響因素有焊接工藝參數(shù)如焊接電流、焊接速度、焊接裝配間隙等,同時與焊接材料、焊前處理、焊后處理等工藝有關(guān)．通過檢驗焊縫熔敷金屬的力學(xué)性能和金相組織的的分析來判斷其焊接工藝的正確與否，是實際生產(chǎn)中確定焊接工藝參數(shù)的主要依據(jù)。本實驗采用手工焊或二氧化碳氣體保護焊兩種常用的焊接方法對壓力容器常用材料進行力學(xué)性能測試和金相組織觀察.三、實驗設(shè)備BX3-315交流電源、ZX7—400逆變焊接電源、NBC—350二氧化碳氣體保護焊接電源、萬能實驗機、擺錘沖擊實驗機、超聲波檢測設(shè)備、角磨機等、金相顯微鏡。四、實驗步驟：選擇板材8x200x200mmQ235B材料，焊條E4303?3。2、4。0mm直徑在板中心堆焊接，記錄焊接參數(shù)見表1;表1焊接工藝參數(shù)序號電流/A電壓/V焊接時間/S焊縫長度mm焊接速度mm/s線能量KJ/mm123456782.分別按圖1(a)(b)(c)(d)所示加工焊接試塊，壓力容器焊接工藝評定拉伸4件，彎曲2件，沖擊6件(焊縫區(qū)3、熔合區(qū)3)(a)試樣取樣示意圖 (b)拉伸試樣尺寸示意圖(c)彎曲試樣尺寸示意圖(d)沖擊試樣拉伸尺寸示意圖、實驗數(shù)據(jù)拉伸試驗試樣編號寬(mm)厚(mm)面積(mm2)斷裂載荷(KN)拉伸強度(MPa)斷裂特點及部位彎曲試驗試樣編號試樣厚度(mm)試樣類型彎軸直徑(mm)彎曲角度(°)試樣結(jié)果沖擊試驗缺□位置試驗溫度(C)沖擊吸收功J)sa六、實驗結(jié)果分析：2。焊接缺陷有哪些?各種缺陷產(chǎn)生的原因？3。焊接參數(shù)是如何影響平板對接焊接質(zhì)量的?七、實驗成績評定辦法主要評分點：原理描述2。 實驗流程3。 動手能力4。 解決問題的能力5。 工藝性能數(shù)據(jù)記錄6．分析討論7.實驗報告完整性、正確性.4鑄造合金流動性的測定一、實驗?zāi)康牧鲃有允呛辖鸬蔫T造性能之一，它對獲得優(yōu)質(zhì)鑄件有重要的影響，因此測定合金的流動性和的研究影響流動性的因素有重要意義。本實驗的目的是研究在鑄型及鑄件結(jié)構(gòu)一定的條件下金屬的性質(zhì)、澆注條件對流動性的影響.二、實驗原理測定流動性試樣的類型很多，如u形、球形、a形、螺旋形試樣、真空試樣等。本實驗采用螺旋形試樣，其結(jié)構(gòu)尺寸如圖1-1所示，用澆注試樣的長度作為衡量流動性好壞的標(biāo)準。三、 實驗內(nèi)容分別測定純鋁及鋁硅合金（1.65%Si,11。7%Si,20%Si三種），在過熱度為60C和120C澆注條件下的螺旋試樣長度。四、 實驗用設(shè)備、儀器、材料1、 熔煉設(shè)備：箱式電阻爐一臺（RJX-15—19）,石墨坩堝（20號）四個，測溫?zé)犭娕迹◣⒉ＡПＷo管）5支，XWC—300電位差計一臺,X—Y函數(shù)記錄儀一臺，臺秤一臺.2、 造型模具及工具，螺旋形式樣型板，砂箱及造型工具。造型及熔煉材料:南京紅砂、純鋁，結(jié)晶硅，去氣劑（氯化鋅或六氯乙烷）。五、 實驗步驟1、 配砂：紅砂百分之百，要求含水量5%左右，濕壓強0o3_/cm2，透氣率〉30。2、 造型：每組用配好的型砂和螺旋形模板砂箱造型8個，在澆□杯中插好有石英保護管的熱電偶.鑄型周圍用型砂埋好待澆.140C左右時，分別取出坩堝，置于澆包中，用氯化鋅精煉（加入量為0.5%）消除氯化物熔渣，靜置1~2分鐘，用熱電偶和X—Y函數(shù)記錄儀測溫。等到過熱度為120C,澆注一個試樣，再等到過熱度為60C是澆注一個試樣，四種合金共澆注8個試樣，注意澆注前打開XWC—300電位差計記錄澆□杯中合金液的澆注溫度?各種合金的過熱度可根據(jù)圖2Al-Si二元狀態(tài)圖查得。4、待試樣冷去后打箱測量螺旋形試樣的長度.六、 實驗結(jié)果與分析1、 將各種合金的實驗數(shù)據(jù)填入下表圖1螺旋形試樣裝配圖2、 繪制Al-Si合金流動性與成分的關(guān)系圖1—2Al-Si合金二元系相圖3、 根據(jù)實驗結(jié)果結(jié)合狀態(tài)圖進行分析與討論，分析其產(chǎn)生誤差的原因.鑄件凝固動態(tài)曲線測定一、實驗?zāi)康暮辖鹨合嗑€到固相線之間的溫度間隔謂之結(jié)晶間隔，凝固過程中逐漸液相線等溫面和固相線等溫面之間的區(qū)域謂之凝固區(qū)域,反映凝固區(qū)域由表及里推移的最直觀方法是凝固動態(tài)曲線，凝固區(qū)域是液固并存區(qū)。它的寬、窄、結(jié)構(gòu),向鑄件中推進的速度以及最終推進到鑄件中心的時間，對鑄件的質(zhì)量，如縮孔、縮松熱裂,偏析等的形成都有影響。因此它是研究鑄件凝固問題重要領(lǐng)域之一。本實驗的目的在于學(xué)會測定鑄件凝固動態(tài)曲線，對凝固區(qū)域結(jié)構(gòu)建立起直觀認識，驗證鑄件凝固的平方根定律。二、實驗原理如下圖1所示,由一維鑄件表面至中心安放六根熱電偶測得相應(yīng)的六條冷卻曲線，如圖l(b)所示，再以時間為橫坐標(biāo)軸，以鑄件表面至中心的六根熱電偶的安裝位置，即以鑄件表面至中心之距離為縱坐標(biāo)軸，如圖1(b)每根冷卻曲線與液相線和固相線的交點分別向下引出垂線，與各熱電偶的位置線相交，得到的相應(yīng)交點，把交點連接起來就構(gòu)成了凝固動態(tài)曲線，所得之圖即為凝固動態(tài)圖如圖1(c)所示.圖1(c)左邊曲線同液相線相對應(yīng)(如有過冷,則與一個略低的等溫線相對應(yīng))。它表示不同時間鑄件斷面中凝固開始的部位，故謂之“凝固始液”。它實質(zhì)上表示了鑄件斷面中液相線等溫面從鑄件表面向中心推進，在不同時間所處之部位，該曲線之斜率就表示液相線等溫面向中心推進至速度。圖1(c)右邊曲線同固相線相對應(yīng)，它表示不同時間鑄件斷面中凝固結(jié)束的部位，故謂之“凝固終夜"。它實質(zhì)上表示了鑄件斷面中固相線等溫面在不同時間時所處之部位，它的斜率就表示了固相線等溫面向鑄件中心推進的速度。在凝固動態(tài)圖(c)上可以看出具有結(jié)晶間隔的合金在每個時間，從鑄件表面至中心參在固相區(qū)(鑄件表面至凝固終液)，凝固區(qū)(凝固終波至凝固始波之垂直距離)和液相區(qū)三個區(qū)域.在圖上可以看出鑄件凝固過程即是凝固區(qū)域不斷推向鑄件中心液相區(qū)隨之不斷縮小以至于消失之過程。凝固終波到達鑄件中心就表示鑄件凝固過程已經(jīng)結(jié)束.圖1鑄件冷卻曲線所以動態(tài)曲線測定原理實際上就是把具有溫度-時間坐標(biāo)的多根冷卻曲線轉(zhuǎn)變成具有距離—時間坐標(biāo)的凝固動態(tài)曲線圖。無論多么復(fù)雜的合金，只要能在冷卻線上找出合金在凝固過程中析出新相和析出終了的拐點，就能在凝固動態(tài)圖上畫出析出新相的始波和新想析出終了之終波。將某液態(tài)金屬在同一澆注溫度下同時注入幾個同樣的鑄型，經(jīng)過不同時間間隔，分別使鑄型中尚未凝固的殘余液體流失，獲得固態(tài)金屬硬殼。這種鑄件凝固的研究方法謂之殘余液體流失法或傾出法.所得到的硬殼內(nèi)表面叫傾出邊界，所得到的硬殼厚度即為傾出邊界向鑄件中心推進之距離。此距離應(yīng)符合平方根定律.在凝固動態(tài)圖上不同時間內(nèi)所得到的硬殼厚度的點并且再連接成線，就可以得到傾出邊界動態(tài)曲線。在凝固動態(tài)圖上,傾出邊界愈靠近凝固始波則說明愈易達成牢固的晶粒骨架，這種情況表示鑄件凝固時,晶粒骨架中可能存在較多的、被晶架分隔成許多個孤立小溶池的殘余金屬波,并且亦表示鑄件在凝固時期可能較早地產(chǎn)生線收縮。因此具有這種特點的合金就容易產(chǎn)生晶間縮松和熱裂。三、實驗內(nèi)容測定純鋁（AI）和ZL2（鋁銅合金4.0一5.0%重量比），一維鑄件的凝固動態(tài)曲線。純鋁：熔點600C 比重：2.7g/cm3ZL2:液相線溫度649C,固相線溫度540C鋁-銅狀態(tài)圖如圖2所示。圖2鋁-銅系狀態(tài)圖四、實驗用設(shè)備,儀器及材料SG—5-12電阻干鍋爐二臺，熱電偶和XWC—100溫度自動記錄儀，砂箱、木模、造型工具、鬧鐘、秒表、外卡鉗、同尺。純鋁純銅，20%NaOH水溶液,20%HNO3水溶液。五、實驗步驟1?用木模、砂箱造型（如圖3所示）6至10個。2。將6只熱電偶保護套管緊固在專用夾具上.將專用夾具按一定位置放在兩個鑄型上。如圖3,套管中插入熱電偶，按一定次序?qū)犭娕冀釉赬WC—300溫度自動記錄儀上,待澆。4?將純鋁和ZL2分別在干鍋爐中熔化、過熱至760C左右進行脫氣處理，于750±5?盡快澆入鑄型。每種合金各澆一個有熱電偶鑄型和2至4個不帶熱電偶的鑄型。同時按動秒表記錄時間，打開XWC-300自動記錄。5。何時使未凝固的殘余金屬流失（對未有熱電偶的鑄型）。應(yīng)該用棒接觸金屬溶。當(dāng)已凝固成一定厚度的金屬殼是就可以拔下耐火塞，讓殘余金屬流失,記下從開始澆注到流失之凝固時間tl。第二個鑄型可稍長于t1之時間，第三個鑄型稍長于t1之時間，按相同的操作讓金屬液流失。?當(dāng)有熱電偶鑄型溫度降到500?時，測定結(jié)束，從溫度記錄儀上取下記錄紙，按實驗原理二繪出凝固動態(tài)曲線.圖3測定動態(tài)曲線鑄型圖7?從流失鋁液后所得到的各金屬殼高度中部（1/2H處）取三點，用外卡鉗及

鋼尺測量金屬殼厚度，取其平均值作為金屬殼厚度即在相應(yīng)時間內(nèi)傾出邊界向中心推進之距離,把此距離填在下表．合金種類澆注溫度溫度鑄型溫度溫度澆到塞間從注拔時渺金屬殼厚度（毫米）金屬表面情況第1點第2點第3點平均值8．觀察流液后所得到的金屬表面情況，分析傾出邊界表面的特點。9。在金屬殼中部取樣磨光,20%NaOH的水溶液中腐蝕20%HNO3水溶液，觀察宏觀組織形狀.6鑄造合金體收縮的測定一、實驗?zāi)康囊簯B(tài)合金冷卻至室溫的體收縮包括液態(tài)收縮，凝固收縮和固態(tài)收縮,前兩者是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的原因。為了獲得微密鑄件研究縮孔和縮松的形成原因影響因素,測量方法有重要意義。本實驗?zāi)康氖?掌握縮孔，縮松的測量方法;認識合金結(jié)晶間隔大小即合金成分與形成集中縮孔和縮松傾向的關(guān)系；研究不同鑄造條件下相同液體金屬縮孔和縮松相對容積大小變化規(guī)律．二、實驗原理：液態(tài)金屬冷卻至室溫時的體收縮V-V本應(yīng)用體收縮率表示：UUw=U熔一U室熔U室100%液但目前還沒有一個完善的方法能把冷卻至室溫時整個體收縮量準確測量出來,然而體收縮與縮孔縮松的傾向是一致的，所以目前都是測量對獲得微密鑄件有重要影響的縮孔率,縮孔縮松率（空洞度），或者測量試樣上縮孔縮松帶寬度.縮孔率的測量一般是用球形試樣或錐形試樣進行（見圖1）。采用這種試樣形狀的目的是創(chuàng)造一個形成集中縮孔的條件.形成的縮孔以煤油或酒精滴定之,這個縮孔的容積與水力稱重法稱出的試樣輪廓體積之比即為縮孔率一般用其代表體收縮率.圖1球形試樣裝配圖 圖2錐形試樣裝配圖滴定法對分散，微小的與集中縮孔互不相通的縮孔，縮松，顯微縮松不能測量出來，用其代表體收縮率有所失，所以近年來用所謂相對比重法或相對密度法來測量,用縮孔縮松率（孔洞度來代表體收縮率,金屬理論密度-試樣密度￡孔洞率（％）=理論密度 100%，我們采用大小圓柱試樣（見圖3）來測量孔洞度，大小號圓柱體試樣兩圓柱體體積之比大約為41:1,小圓柱的密度認為是理論密度,密度用精密天平和水力稱重法測量。縮孔縮松帶寬度的測量是以X射線透照為基礎(chǔ)的（見圖4）X線透過縮孔縮松能力比透過金屬力強,所以在有縮孔縮松的地方,底片上呈亮白色?？s孔縮松帶寬度就是試樣中心亮白帶的寬度⑹與試樣輪廓寬度（B）之比（8/B）x100%。圖3大號（小號）圓柱體試樣 圖4X射線透照三、實驗內(nèi)容1。用球形試樣，大小號圓柱試樣測量純鋁（AOO）鋁硅合金（1。65%Si,11。7%Si,20%Si）在相同過熱度下縮孔率,孔洞度，縮孔縮松帶寬度.2．用上述試樣的切片測繪等孔洞度曲線.四、 實驗所用儀器,設(shè)備,材料RJX—15—9型箱式電阻爐1臺,20號坩堝四個，澆注端包一個；測溫電偶一套；煤油滴定管架兩套；球形,錐形,大小號圓柱試樣及造型工具；工作臺,虎鉗,鋸子,銼刀及鉆床;造型材料；春鋁,結(jié)晶硅,去氣劑;5公斤重天平,精密天平,比重計,細絲線,燒杯等。五、 測量步驟配砂：南京紅砂100%,水分5%,濕壓強0.3-0.5Kg/cm，透氣性＞30.造型：用球形,大小號圓柱形試樣,冷鐵,砂箱等各造型四個,周圍埋好砂待澆。3。 熔化澆注：在造型同時用RJX—159電爐熔化四種合金（每堝7o5Kg）,熔化后于730~750C用氯化鋅去氣（0.15一0.2%），清臟，靜置1?2分鐘。取出坩堝放入端包，測溫，在過熱度為60C時（參Al—Si合金狀態(tài)圖）澆注,球形試樣和大小號圓柱試樣各一個,在澆滿球形試樣后要立即去掉澆口杯,圓柱形試樣澆滿后要立即堵塞內(nèi)澆道（按下插板）。4。 測量（1）鑄件凝固冷卻至室溫后取出,用銼刀銼去表面粘砂,在天平上秤出其在空氣中的重量W空。將試樣放在滴定架下用煤油滴定出縮孔溶積V縮孔，傾倒出縮孔中的煤油，秤出在水中的重量W水（在水中稱重時先用蠟填平表面縮凹）,用比重計測出水的比重r水，則縮孔率一V縮孔100%。式中（w空w水+V）即前面提到的試樣輪廓體積。W空-W水+V r水 孔R水 孑L（w ）即為試樣密度（r試樣）。w^空w空水r水（2）鋸下圓柱試樣的小圓柱體，用細絲線系住在精密天平上稱出其空氣中的重量和水中重量，則金屬的理論密度理=理=理空-W-W—理空理水r-r試樣的孔洞度￡孔洞度=4試理100%r理（3）解剖大圓柱試樣，截取出厚度5=2cm的新試樣，放在x線機上照相，從照片上量出縮孔縮松帶寬度。在照相后的試樣上按設(shè)計好的坐標(biāo)位置，用相同直徑鉆頭鉆出通孔，鉆孔前和鉆一個孔后都要用精密天秤稱一次試樣重量，兩次稱量之差即各孔質(zhì)量（W各孔），再除以各孔體積（V各孔）就得到各孔的試樣密度（r各孔試樣）。各孔處的孔洞度據(jù)各孔坐標(biāo)和各孔孔洞度可繪出試樣上的等孔洞度線。六、結(jié)果與分析1?用所測各合金的縮孔率、孔洞度對照Al—Si狀態(tài)圖，找出體收縮隨合金成分而變化的規(guī)律，繪出A1—Si合金近Al斷縮孔縮松分布情況。2．分析誤差產(chǎn)生的原因。鑄造應(yīng)力的測定一、實驗?zāi)康募耙饬x由于鑄件壁厚不均勻，冷卻速度不一致，各部分有高溫塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)入彈性狀態(tài)的時間也不一致，鑄件粗大部分冷卻慢，它的固相線收縮就受到細薄部分的阻礙，結(jié)果在鑄件內(nèi)部形成殘留應(yīng)力。這時粗大部分為拉應(yīng)力，細薄部分為壓應(yīng)力，殘留熱應(yīng)力不隨鑄件工藝過程的結(jié)束而消失，它長期地殘留在鑄件中．這種應(yīng)力是使鑄件變形或冷裂的主要原因之一.。鑄件壁厚相差懸殊，殘留熱應(yīng)力大。鑄件壁厚不均勻二教主后又迅速冷卻則這種應(yīng)力值就越高。鑄件材料的彈性模數(shù)越大，則其在其它條件一定的情況下，這種應(yīng)力值就越大。。本實驗?zāi)康脑谟冢?）認識熱應(yīng)力的產(chǎn)生和變化；2）學(xué)會應(yīng)力框（試樣）及動態(tài)應(yīng)力儀測定殘余熱應(yīng)力的方法；3)了解鑄件的合金種類對殘余熱應(yīng)力的影響。二、實驗方法和原理測定殘留熱應(yīng)力的方法很多,但是在生產(chǎn)性實驗和科學(xué)研究中，采用最多得到應(yīng)力框試樣圖如圖所示。細桿冷卻較快,粗桿冷卻較慢，結(jié)果在粗桿中產(chǎn)生殘留拉應(yīng)力，細桿中產(chǎn)生殘留壓應(yīng)力。試框鑄成后，在粗桿上選定的一段距離內(nèi)用銼刀及砂紙打磨光，在其上面打印兩個標(biāo)點如圖AB兩點，測出兩個標(biāo)點的距離10然后再兩個標(biāo)點用手鋸或銑刀將粗桿切斷，于是試框各桿所存在的殘留應(yīng)力就被解除,兩個標(biāo)點距離將增大,新測得斷后的兩個標(biāo)點之間的距離11,其變形量11一10,測釘然后用銑刀加工出平行的兩個面供測量用，此時可用游標(biāo)卡尺測量兩面之間的距離．圖1測定殘留應(yīng)力用的框形試樣略圖假定試框橫梁不發(fā)生彎曲變形則粗桿和細桿中殘留應(yīng)力可以按照下式計算：式中：.一粗桿中的拉應(yīng)力； a—細桿中的壓應(yīng)力；12F—粗桿的截面積，F(xiàn)2—細桿中的截面積；1E—合金的彈性模數(shù)； L—桿長；Lo—兩標(biāo)點間的原始距離；△[—兩標(biāo)點間前后的標(biāo)距變化量。E-是事先用同種合金澆注試樣測定的值。盡管用應(yīng)力框摸擬鑄件測定殘留熱應(yīng)力簡單易行，不破壞鑄件等，但它有以下缺點：1．必須測定試驗材料的彈性模量才能比較準確地計算應(yīng)力值；應(yīng)力是通過中央粗桿切斷以后，測量其應(yīng)變量計算而得。其應(yīng)變量僅幾十個"，往往不易測準。結(jié)果計算得的應(yīng)力值誤差也較大.3．應(yīng)力計算公式未考慮試樣橫梁變形，因此給計算得到的應(yīng)力值也會帶來誤差。4．中央粗桿切斷過程中，由于熱作用，振動作用等，會造成應(yīng)力松馳.因此現(xiàn)在許多單位在制造動態(tài)應(yīng)力儀，測量試件鑄造過程中應(yīng)力的變化情況，它除避免上述缺點外還具有直接觀察桿件中應(yīng)力變化過程的特點?圖2為常德市儀器廠生產(chǎn)的鑄造合金動態(tài)應(yīng)力測定儀示意圖，它由測定儀主機，控制箱，以及測定儀器等組成。應(yīng)力測定儀主機包括機架、工作臺,應(yīng)力傳感器，液壓卸載機構(gòu)等主要部分。E型應(yīng)力框試樣鑄型用鋁芯盒，芯砂造成，經(jīng)烘干使用或直接用溫型使用，安裝在儀器工作臺(9)的臺面上，應(yīng)力框(1)的粗細桿分別與測頭(2)鑄接,測頭通過緊固螺母(3)與拉壓應(yīng)力傳感器(4)相連接，傳感器的另一端與帶有液壓卸載機構(gòu)的端粱(5)緊固，端粱安裝在機架(6)上?金屬液通過澆口(7)澆人鑄型(8)后，應(yīng)力框凝固，冷卻，使E型試樣和傳感器，端粱構(gòu)成整體的應(yīng)力框。其中E型試樣在鑄型內(nèi)是被測量部分,其余在鑄型之外的部分是測量部分.應(yīng)力框產(chǎn)生的熱應(yīng)力，相變應(yīng)力及機械受阻應(yīng)力都通過電阻應(yīng)變式傳感器輸出電信號,再由記錄儀將應(yīng)力框在凝固，冷卻過程中的動態(tài)變化完整的記錄下來。E型應(yīng)力框的粗細桿直徑比可模擬鑄件壁厚差選，這樣E型應(yīng)力框的應(yīng)力可以反映相同條件的鑄件應(yīng)力.實驗中，對應(yīng)力傾向較低的合金如鋁一硅，鋁一銅合金可以用細桿直徑爐8,粗桿直徑020。對應(yīng)力傾向較大的合金，如奧氏體鋼，白□鐵等可以用細桿直徑為012，粗桿直徑為020應(yīng)力框。應(yīng)力框試樣鑄型用芯砂制造時，芯砂配方為:原砂70/140,100%糖漿4-5%,烘干溫度150?160C保溫3小時。應(yīng)力框試樣鑄型用濕型時，可用普通紅砂加水（適量）型砂口三、 實驗內(nèi)容用動態(tài)應(yīng)力儀測定純鋁、鋁硅合金在粗細桿不同比例濕型情況下的動態(tài)應(yīng)力。（每組同學(xué)只做一組成分合金）圖2動態(tài)鑄造應(yīng)力測定儀示意圖四、 實驗設(shè)備及工具井式電阻坩堝爐一臺,浸入式熱電偶一支，萬用電表一個,動態(tài)應(yīng)力儀一臺,造型材料及工具，鋁、鋁、硅合金,去氣劑氯化鋅等。五、 實驗步驟1、 熔化一種鋁或鋁硅合金，達預(yù)定溫度（一般液相線上50 100'C）后，用氯化鋅去氣精煉（方法同前），保溫等待澆注。2、 在熔化合金的同時，將動態(tài)應(yīng)力儀主機放平,與控制箱用專用導(dǎo)線聯(lián)結(jié),接好控制箱電源，打開電源開關(guān)及工作開關(guān)，調(diào)節(jié)輸出電位器使電壓指示6V,電流表應(yīng)指示為70mA左右（說明傳感器已進入正常使用狀態(tài)）。扳動工作選擇開關(guān)和停止開關(guān)使指示燈一個亮（只測粗（細）桿溫度或只測粗細桿溫差時）兩個交替亮（測粗、細兩桿溫度時）或三個燈交替亮（測粗細兩桿溫度及兩桿溫差時）.將控制箱與記錄儀連結(jié)起來，當(dāng)記錄儀用二筆式x—Y函數(shù)記錄儀時'x軸聯(lián)結(jié)控制箱“測溫”接線柱,記錄粗（細）桿溫度或粗細桿溫度差。y軸聯(lián)結(jié)控制箱“I”或“II”接線柱，以記錄細桿受的拉壓應(yīng)力變化；當(dāng)用多筆式x—Y函數(shù)記錄儀時,x軸記錄時間（自動走紙），y軸I、IIIII筆可接粗細桿溫差及粗細桿受的拉壓應(yīng)力，當(dāng)用XWT臺式記錄儀時接線方向同多筆式X--y函數(shù)記錄儀?？刂葡浜陀涗泝x接線后，用同樣的方向力作用于傳感器上（注意打開記錄儀電源）,檢查記錄儀信號，筆動作方向是否一致,不一致時應(yīng)將記錄信號反接;用萬用表檢查記錄儀測溫筆和主機上那幾組鐵夾子接通，通者夾上熱電偶.用熱源（如煙頭等）接觸熱電偶端看測溫筆是否接反，接反時換接熱電偶絲。X軸原點處在記錄紙左端，y軸原點處在記錄紙中央,此時各拉壓傳感器輸出均為零（各筆均處在z軸線上）。3、 接通動態(tài)應(yīng)力儀主機水源（進水管在右下方，出水管在左上方）,若無冷卻水流過千萬不可澆注，否則會燒壞傳感囂。4、 用改錐緊緊主機緊固螺母內(nèi)的螺釘，手擰上三個測頭，測頭上套入對中塊，用扳手擰緊三個測頭，使之不得有任何松動現(xiàn)象，然后．取掉對中塊,以免因卡死測頭影響測量。測頭上再放上塞塊。5、 用濕型砂、砂箱、模樣造E型試樣鑄型，下澆□芯后，置整個鑄型于主機托盤之上（砂箱下最好放上兩個0100滾棒），用手緩緩升起托盤使測頭對準E型開□，使傳感器與砂箱平行，固定托盤，向主機滾動鑄塑使鑄