1 材料制备与加工实验指导书
材料制备与加工实验-金属部分-实验报告(样例)
成绩：
批阅人：
批阅日期：材料制备与加工实验
金属部分
实验报告
学号:
姓名:
班级:
2021
实验一 奥氏体晶粒度的测定 一、实验目的 1、熟悉奥氏体晶粒的显示和晶粒度的测定方法。
2、测定钢的实际晶粒度。
3、验证加热温度、保温时间对奥氏体晶粒长大的影响规律。
二、实验结果与分析
1、测定奥氏体晶粒度的目的：
（1）由于奥氏体晶粒的大小直接影响钢冷却后所得到的组织和性能。因此通过对奥氏体 晶粒度的测定，可以对钢的有关性能做出评估。（2）本质晶粒的测定。其实质是测定钢加热及保温时晶粒长大的 ，为确定热处理的加热温度和保温时间提供依据。以保证获得细小的奥氏体晶粒。
2、奥氏体晶粒大小对组织和性能有什么影响？列举显示奥氏体晶粒的方法。
3、写出奥氏体晶粒显示方法、显微组织并评级 (100×)。
（1）45钢860℃空冷，正火法 晶粒度级别 ；黑块为 ；白网为
（2）40Cr 淬火+高温回火 热蚀法 晶粒度级别 ；黑网为 ；基体组织为
（3）45钢850℃油淬，一端淬火法 晶粒度级别 ；黑网为 ；基体组织为
4、将相关照片放在本部分，并依据国标判定晶粒度级别。（题目4提交电子版报告）
100× 100× 100×
实验二碳钢及合金钢热处理组织的观察与分析
一、实验目的
1、观察分析片状、球状珠光体的形态，了解不同含碳量及不同温度处理时珠光体的形态特征。
2、观察并分析钢的贝氏体组织形态。
3、观察各类型马氏体的组织形态。了解钢化学成分对马氏体形态与性能的影响。熟悉回火对淬火钢组织及性能的影响。
二、实验结果与分析
1、判断下列照片中的材料标识是否正确（括号中填是或否），如不正确，请填写正确的钢号（备注：均为退火态，4%硝酸酒精溶液浸蚀）。
材料制备与加工
思考和练习
1 如何描述受力物体内一点的应力状态？为什么？
2 已知受力物体内一点的应力状态分别为
()MPa ij ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=000021012σ ；()MPa ij ⎥⎥
⎥⎦
⎤
⎢⎢⎢⎣⎡=111111111σ
（1）求外法线方向与三个坐标轴等倾斜截面上的应力分量；
（2）求该点的应力张量不变量；
（3）求该点的主应力，并画出主应力简图； （4）求主偏应力，并画出主偏应力简图； （5）求最大切应力 （6）求等效应力。
3 已知受力物体内一点的应力状态分别为
()MPa ij ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=015151520015010σ ；()MPa ij ⎥⎥
⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎣⎡----=110308030030803050σ
试将其分解为应力偏张量及应力球张量，并计算应力偏张量的第二不变量。
4为什么说应力张量的第一、第二和第三不变量1I 、2I 、3I 与坐标的选择无关？ 5 等效应力具有哪些特点？
6已知受力物体内的应力场为：3126x c xy x +-=σ，
222
3
xy c y -=σ，y x c y c xy 2332--=τ，0===zx yz z ττσ，试求系数321c c c 、、。
7 真应变与工程应变有哪些特点？ 8 主应变简图有几种形式，为什么？
9 证明体积不变条件可表示为0=++z y x εεε
。 10 判断下列应变场能否存在：
（1）2xy x =ε，y x y 2
=ε，xy z =ε，0=xy γ，()y z yz +=
221γ，()
222
1
y x zx +=γ； （2）()
《材料加工》教案
《材料加工》教案
教学目标：
知识与技能：
1. 了解材料加工的基本概念和方法。
2. 掌握常见材料的加工工具和加工过程。
3. 能够运用所学知识，进行简单的材料加工操作。
过程与方法：
1. 培养学生的观察、实验和动手能力。
2. 培养学生的团队合作和沟通能力。
3. 培养学生的创新思维和问题解决能力。
情感态度与价值观：
1. 培养学生对材料加工的兴趣和热情。
2. 培养学生的耐心和细致的工作态度。
3. 培养学生的环保意识，提倡材料的循环利用。
教学重难点：
教学重点：
1. 学生能够理解材料加工的基本概念和方法。
2. 学生能够掌握常见材料的加工工具和加工过程。
教学难点：
1. 学生能够运用所学知识，进行简单的材料加工操作。
2. 学生能够培养创新思维和问题解决能力。
学情分析：
本节课的学生是小学四年级学生，他们已经具备了一定的观察、实验和动手能力，能够较好地完成一些简单的实践任务。他们对新事物充满好奇心，喜欢动手尝试，但在团队合作和问题解决能力方面还存在一定的不足。因此，本节课的设计旨在培养学生的团队合作和沟通能力，激发他们的创新思维，提高问题解决能力。
教学过程：
一、新课导入
1. 引入材料加工的概念，通过展示一些经过加工的材料，激发学生的兴趣。
- 教师展示一些经过加工的材料样品，例如木制品、金属零件、塑料制品等，并请学生观察这些材料的外观和特点。
- 教师引导学生思考，提出问题：“你们知道材料加工是什么吗？加工后的材料有什么不同？”鼓励学生积极参与讨论。
2. 提出问题：你们知道材料加工是什么吗？有哪些常见的材料加工方法？
材料制备与加工实验-高分子-热塑性塑料的挤出造粒和注射成型
收缩率% L1 L2 100 L1
特别提示
1. 每次做实验前，要认真阅读实验指导书，熟悉实验原理和实验方法 与步骤，认真回答预习报告中提出的问题。
2. 要以严肃的科学态度、严格的作风、严密的方法进行实验，认真记 录好实验数据。
1挤出造粒11挤出造粒工艺流程塑料与助剂混合干燥加料调整挤出成型挤出机加热开动螺杆定型冷却牵引切割粒料1挤出造粒12挤出造粒工艺控制挤出是连续成型工艺关键是初期的调整要调整到正常挤出
材料制备与加工实验 —高分子
明德至诚 博学远志
实验项目
实验4、热塑性塑料的挤出造粒和注射成型
实验4、热塑性塑料的挤出造粒和注射成型
1、挤出造粒
1.4 实验步骤
1. 挤出机开机。 2. 设定各项成型工艺条件，对料筒进行加热，达到预定温度 后，稳定30min。 3. 加入预先准备好的已干燥物料，调节螺杆转速为10-20转/ 分钟，进行挤出造粒。 4. 冷却、牵引、切割后收集粒料，烘干备用。
1、挤出造粒
1.5 注意事项
1. 开动挤出机时，螺杆转速要逐步上升，进料后密切注意 主机电流，若发现电流突增应立即停机检查原因。 2. 挤出机料筒和机头温度较高，操作时要带手套，熔体挤 出时，操作者不得位于机头的正前方，防止发生意外。 3. 未经老师许可，不得操作挤出机控制箱上的按钮和开关。
机械工程材料实验指导书实验一硬度试验
机械工程材料
实
验
指
导
书
实验一硬度实验
【实验目的】
1．进一步加深对硬度概念的理解。
2．了解布氏、洛氏硬度计的构造和作用原理。
3．熟悉布氏硬度、洛氏硬度的测定方法和操作步骤。
【实验设备及材料】
布氏硬度计、洛氏硬度计、读数显微镜、试样(钢、铸铁或有色金属)一组。
【实验原理】
硬度计的原理是：将一定直径球体压入试样表面，保持一定的时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径，用试验力压出一压痕表面面积计算硬度。
1.布氏硬度（HB）以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2) ，布氏硬度计适用于铸铁等晶粒粗大的金属材料的测定。
2.洛氏硬度（HR）当HB大于450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、
3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的硬度标尺HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。HRB：是采用100kg 载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。
一、布氏硬度实验
【布氏硬度计】
THBS-3000DA采用电子自动加荷，计算机软件编程，高倍率光学测量，采用自动数字式编码器直接测量，测试结果LCD显示。
材料制备与加工
、八、•刖言材料制备与加工（液态成形）
材料科学与工程学院
党惊知
1）材料制备铸造材料的熔炼（化），处理等。
2）材料加工铸造方法、工艺、铸型、设备等。
1、材料制备1）铸铁普通灰口铸铁、球墨铸铁、蠕
墨铸铁、特种铸铁等。
2）铸钢普通碳钢、低合金钢、特殊用钢等。
3）铸造有色合金铝合金、铜合金、锌合金、镁合金钛合金等。
材料的熔炼铸铁的熔炼
铸钢的熔炼
有色合金的熔炼
熔炼设备铸铁——冲天炉，中频感应电炉等。铸钢——电弧炉，中频感应电炉等。
有色合金——燃气、燃油炉，电阻炉，感应炉等。
熔炼工艺材料准备
加料顺序
熔炼温度
化学成分
处理工艺等
液态合金的处理
铸铁——孕育处理、球化处理、蠕化处理。
铸钢——净化处理。
有色合金——精炼处理、变质处理等。
2电磁泵低压铸造技术
电磁泵系统是将电磁作用力直接作用于液态金属，驱动其定向移动，具有传输平稳、加压规范连续精确可调、炉体不需密封、生产过程稳定可靠等特点。2. 1电磁泵低压铸造技术原理与过程电磁泵的工作参数是电磁铁磁隙间的磁感应强度和流过液态金属的电流密度。它们与电磁泵的主要技术性能指标压头间存在如下关系：式中：厶p ――液态金属经过磁场作用区（长度为）后压强的增加量
（即泵产生的理想压头）（N/m2）;
j ------- 在金属液中垂直于磁感应强度方向和金属液体流动方
向上的电流密度（A/m2）;
B ----- 垂直于电流方向和金属液流动方向上的磁感应强度（T）；
L --------- 处于磁隙间的升液方向上的金属液体长度（m）;
2. 2电磁泵低压铸造工艺措施及参数选择1）铸型工艺参数
综合实验一 铝合金制备
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、设计型
前修课程名称：材料工程基础
适用专业：材料类本科生
一实验目的
掌握铝合金熔化的基本原理，并应用在熔化的实践中。熔炼是使金属合金化的一种方法，它是采用加热的方式改变金属物态，使基体金属和合金化组元按要求的配比熔制成成分均匀的熔体，并
使其满足内部纯洁度，铸造温度和其他特定条件的一种工艺过程。熔体的质量对铝材的加工性能和最终使用性能产生决定性的影响，如果熔体质量先天不足，将给制品的使用带来潜在的危险。因此，熔炼又是对加工制品的质量起支配作用的一道关键工序。而铸造是一种使液态金属冷凝成型的方法，它是将符合铸造的液态金属通过一系列浇注工具浇入到具有一定形状的铸模（结晶器）中，使液态金属在重力场或外力场（如电磁力、离心力、振动惯性力、压力等）的作用下充满铸模型腔，冷却并凝固成具有铸模型腔形状的铸锭或铸件的工艺过程。铝合金的铸锭法有很多，根据铸锭相对铸模
二实验内容
铝铜合金的熔炼工艺流程
铝
合
金
铸
锭
方
法
连续铸造法
无模铸造（无接触铸造）：电磁铸造等
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。
《生物材料制备与加工》教案
《生物材料制备与加工》
教案
课程名称：生物材料制备与加工
授课教师：石淑先
工作院系：材料科学与工程学院
课程性质：学科方向必修课
授课专业：生物功能材料
授课对象：本科三年级(下)学生
教材：
《生物材料制备与加工》，石淑先主编，化学工业出版社，2009.8 教学网站:
北京化工大学教育学习网
第2章天然生物高分子材料
【课时安排】
2.1 概述0.5学时
2.2 甲壳素与壳聚糖
3.5学时
2.3 胶原蛋白与明胶 2.0学时
【教学目标】
通过本章学习，掌握天然多糖（甲壳素与壳聚糖）、天然蛋白（胶原蛋白与明胶）的制备原理和工艺，并能对其他天然生物高分子材料的制备举一反三。
【掌握内容】
1. 甲壳素与壳聚糖化学结构、性能特征、制备原理、制备工艺、质量控制；
高黏度壳聚糖和高脱乙酰度壳聚糖的工艺控制方法；特种甲壳素和壳聚糖的改性方法。
2. 胶原蛋白化学结构、制备工艺；明胶化学结构、碱法工艺及质量控制。
【熟悉内容】
1.熟悉天然生物高分子材料的分类、来源和性质。
2.熟悉天然生物高分子材料在生物学上的应用和发展。
【了解内容】
1.天然生物高分子材料国内外发展现状及学科发展前沿。
2.纤维素、透明质酸、肝素、蜘蛛丝的性质、应用及发展。
【教学难点相应的教学策略】
教学难点：1.对原材料天然结构的理解。2.对产品质量的控制。
教学策略：
1.通过多媒体演示加深对材料结构的理解，并由此提出天然生物高分子材
料的制备原理。
2.从实践中提出问题。
3.通过基础化学理论知识在工业化生产过程中的实际应用，将理论和实际
相结合，综合考虑制备工艺、质量控制、性价比、环境保护等问题。
机械工程材料实验指导书-江洁实验一硬度试验
机械工程材料
实
验
指
导
书
红河学院机械系
实验一硬度实验
【实验目的】
1．进一步加深对硬度概念的理解。
2．了解布氏、洛氏硬度计的构造和作用原理。
3．熟悉布氏硬度、洛氏硬度的测定方法和操作步骤。
【实验设备及材料】
布氏硬度计、洛氏硬度计、读数显微镜、试样(钢、铸铁或有色金属)一组。
【实验原理】
硬度计的原理是：将一定直径球体压入试样表面，保持一定的时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径，用试验力压出一压痕表面面积计算硬度。
1.布氏硬度（HB）以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2) ，布氏硬度计适用于铸铁等晶粒粗大的金属材料的测定。
2.洛氏硬度（HR）当HB大于450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、
3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的硬度标尺HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。HRB：是采用100kg 载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。
一、布氏硬度实验
【布氏硬度计】
THBS-3000DA采用电子自动加荷，计算机软件编程，高倍率光学测量，采用自动数字式编码器直接测量，测试结果LCD显示。
材料合成与制备
一、单晶生长方法与注意事项
注意事项：单晶材料的制备必须排除对材料性能有害的杂质原子和晶体缺陷。低杂质含量、结晶完美的单晶材料多由熔体生长得到，高压惰性气体(如Ar)常被通入单晶炉中防止污染并抑制易挥发元素的逃逸.
1、直拉法
特点是所生长的晶体的质量高，速度快。
熔体置于坩埚中，一块小单晶，称为籽晶，与拉杆相连，并被置于熔体的液面处。加热器使单晶炉内的温场保证坩埚以及熔体的温度保持在材料的熔点以上，籽晶的温度
在熔点以下，而液体和籽晶的固液界面处的温度恰好是材料的熔点。随着拉杆的缓缓拉
伸(典型速率约为每分钟几毫米)，熔体不断在固液界面处结晶，并保持了籽晶的结晶学
取向。为了保持熔体的均匀和固液界面处温度的稳定，籽晶和坩埚通常沿相反的方向旋转
(转速约为每分钟数十转).
2、坩埚下降法（定向凝固法）
基本原理使装有熔体的坩埚缓慢通过具有一定温度梯度的温场。开始时整个物料都处于熔融状态，当坩埚下降通过熔点时，熔体结晶，随着坩埚的移动，固液界面不断沿着坩埚平移，直至熔体全部结晶。使用此方法，首先成核的是几个微晶，可使用籽晶控制晶体的生长。
3、区熔法
沿坩埚的温场有一个峰值，这个峰值附近很小的范围内温度高于材料的熔点。这样的温场由环形加热器来实现。在多晶棒的一端放置籽晶，将籽晶附近原料熔化后，加热器向远离仔晶方向移动，熔体即在籽晶基础上结晶。加热器不断移动，将全部原料熔化、结晶，即完成晶体生长过程。
优缺点：悬浮区熔法不用容器，污染较小，但不易得到大尺寸晶体。利用溶质分凝原理，区熔法还被用来提纯单晶材料，多次区熔提纯后使晶体中的杂质聚集在材料的一端而达到在材料的其他部分提纯的目的。
材料科学基础实验指导书
材工专业材料科学基础实验指导书
数据处理 以下表方式记录实验数据，做 [ 1－（1－G）1 / 3 ] 2 ~ t 图，通过直线斜率求出反应的速
度常数 Kj 。通过 Kj 求出反应的表观活化能 Q 。
表 3-1 实验数据记录
反应时间 坩埚与样品重量 CO2 累计失重量 Na2CO3 转化率
t（min）
锥光观察及显微摄影
测试步骤
1.试样制备 按 Na2O ：2SiO2 摩尔组成计算 Na2O 和 SiO2 的的重量百分数，以 Na2CO3 和 SiO2 进行 配料，混合均匀，将该原料制成玻璃以得到组成均匀的样品。
2.测试步骤 （1） 先将高温炉升温至 750℃，恒温。 （2） 用细铜丝把两个铂金装料斗挂在熔断装置上（注意两挂钩不能相碰）。再把少量 试样（0.01 ~ 0.02 g）装入铂金装料斗内，然后把样品放入高温炉中，盖好高温炉上下盖子。 （3） 在 750℃保温 30 min。将水浴杯放至炉底，打开高温炉下盖，把熔断装置的电插 头接触电源（注意，稍一接触即可）使铜丝熔断，让样品掉入水中淬冷。
2、 打开电源开关
3、 根据被测的电阻值选择合适的电阻值乘和升温速率，仪表显示温度值和电阻值
4、 打开工作开关，加热炉开始升温，
2
材工专业材料科学基础实验指导书
图 1—1 仪器装置示意图 1- 高温炉电炉丝 2- 铬铝电偶 3- 熔断装置 4- 电插销 5- 铂装料斗 6- 电流表 7-温度控制器 8- 电炉底盖 9- 水浴杯 10- 高温炉 11-高温炉保温层
(完整版)机械工程材料实验指导书
机械工程材料实验指导
实验一：金相显微镜的原理、构造及使用
[实验目的]
1、了解金相显微镜的基本构造及工作原理。
2、掌握金相显微镜的使用方法。
[实验内容]
1、观察显微镜的构造，了解各部件的作用。
2、装好显微镜的物镜、目镜，调好光阑进行观察。
3、用不同的放大倍数观察同一试样并画出所观察的组织示意图。
[实验报告要求]
1、写出实验目的及所用设备。
2、写出实验步骤。
3、画出所观察到的显微组织示意图，并对实验现象进行分析。
[实验原理]
用于研究金属显微组织最常用的光学显微镜是金相显微镜，它是一种反射式显微镜。
1. 显微镜的成相原理
显微镜的基本放大原理如图1--1所
示。起放大作用主要由焦距很短的物镜和
焦距较长的目镜来完成。为了减少像差，
显微镜的目镜和物镜都是由透镜组构成的
复杂的光学系统，其中物镜的构造尤其复
杂。为了便于说明，图中的物镜和目镜都
简化为单透镜。物体AB位于物镜的前焦
点外但很靠近焦点的位置上，经过物镜形
成一个倒立放大的实像A'B'，这个像位于
目镜的物方焦距内但很靠近焦点的位置
上，作为目镜的物体。目镜将物镜放大的
实像再放大成虚像A''B''，位于观察者的明
视距离（距人眼250mm）处，供眼睛观察。
在视网膜上形成的是实像A'''B'''。
图1—1显微镜的成像原理图
2. 显微镜的照明系统
金相显微镜的光源通常采用钨丝灯、卤素灯、碳弧灯及氙灯等。
2.1 钨丝灯
一般中小型显微镜照明部分采用6—8伏钨丝灯泡做光源。其原理是光线通过物镜射至试样表面，然后靠金属本身反射能力，由试样表面反射，再通过物镜进行放大，这种灯适合于金相显微组织的观察。
材料合成与制备(材料概论) ppt课件
材料只有经过成型加工，形成最终产品或制品， 才能体现其功能和价值。材料的加工工艺涉及三 个方面：材料、成型加工与制品。制品的性能取 决于材料的内在性能和成型加工过程中所赋予的 附加性能。
一、成型
①附加性能：成型过程所引起的材料的物理、化 学变化造成的性能。制品的性能是由材料的内在 性能和成型加工所赋予的附加性能决定的。
压制成型机械设备：摩擦压砖机和液压压砖机(如 图所示)。
压制成型的用途：用于生产几何形状规整的致密制 品。广泛应用于砖瓦、耐火材料、建筑陶瓷、磨具 等烧结材料的坯体的压制(如图所示)。
摩擦压砖机
ppt课件
液压压砖机
12 12
3.5 成型
②注浆成型(自由流动成型典型方法)：将泥浆注入 多孔模具内，借助于模具的吸水能力而成型的方法。
ppt课件
99
3.5 成型
☆教材错误：P22表2-5各类材料的主要成型方法中 水泥没有“注浆成型”。
材料成型方法有数十种之多，主要有压制法、可塑 法、注浆法、振动法、热压法、熔铸法、拉制法、 喷吹法、等静压法、压延法、流延法、挤压法、注 射法等。最常用的是压制法、可塑法和注浆法，其 余方法实质上是这三种方法的特殊应用。
采用何种方法成型，应根据材料自身的成型特性、 产品性质、工艺要求及经济性等因素来决定。
ppt课件
材料合成与制备 课件
温度。温度越高，晶界易迁移，晶粒易粗化。
分散相粒子。阻碍晶界迁移，降低晶粒长大速率。
一般有晶粒稳定尺寸d和第二相质点半径r、体积分 数的关系: d=4r/3
杂质与合金元素。降低界面能，不利于晶界移动。
晶粒位向差。小角度晶界的界面能小于大角度晶
界，因而前者的移动速率低于后者。
晶粒的异常长大 （不均匀长大，或称为二次再结晶）
鲁东大学化学与材料科学学院鲁东大学化学与材料科学学院wf200818126comwf200818126com第一章第一章单晶材料的制备单晶材料的制备第二章第二章非晶态材料的制备非晶态材料的制备第三章第三章薄膜的制备薄膜的制备第四章第四章功能陶瓷的合成与制备功能陶瓷的合成与制备第五章第五章结构陶瓷的制备结构陶瓷的制备非晶体单晶singlecrystal即结晶体内部的微粒在三维空间呈有规律地周期性地排列或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成整个晶体中质点在空间的排列为长程有序
1.2.1 定向凝固法（坩埚下降法）
1925年，布里奇曼（Bridgman）提出通过 控制过冷度定向凝固已获得单晶的方法； 1949年，斯托克巴格（Stockbarger）进一 步发展了这种方法； 故这种生长单晶的方法又称Bridgman — Stockbarger方法，简称B-S方法。
定向凝固技术原理：
（2）锻造件 锻造件是金属被施加压力，通过塑性变形塑 造要求的形状或合适的压缩力的物件。 金属经过锻造加工后能改善其组织结构和力学 性能。使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较 细、大小均匀的等轴再结晶组织，提高了金属的 塑性和力学性能。
材料制备与加工工艺优化
材料制备与加工工艺优化
随着现代工业的发展，材料的制备和加工工艺优化成为了一个
不可忽视的重要问题。因为材料的制备和加工质量直接影响了产
品的性能和质量，进而影响到企业的竞争力和市场占有率。在制
备和加工过程中，如何优化工艺并提高效率成了制造业的重中之重。
一、材料制备优化
材料制备的优化实质上是指通过改变制备条件和工艺流程来改
善材料的性能和质量。首先，制备前需要对材料的结构、成分和
物理性质等方面进行分析和研究，以了解不同因素的影响，为制
备优化打下基础。其次，要不断优化制备条件，例如温度、压力、反应时间等，根据实验结果进行调整，到达最优条件。
以金属材料为例，为了提高其耐腐蚀性能和强度等性能，可通
过合金元素掺杂和改变晶界等手段进行优化。同时，对于复合材料，如碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等，不仅需要考虑材
料本身的性能，还要考虑其纤维长度、分布方式、树脂浸润等因素，以达到最佳效果。
二、加工工艺优化
材料制备优化是制造行业的一环，而生产制造中的关键环节——加工工艺优化，则直接关系到产品的质量和产量。加工工艺的
优化主要包括加工方式、加工参数、工具选择、研磨方式等方面。
具体来说，如何根据目标产品的需求来选择最优的加工工艺就
是一个复杂的问题。在生产制造过程中，需要考虑材料的性能、
产品规格、加工精度等多方面因素，综合权衡，选择最优的加工
工艺。
工具的选择也很重要，不同的工具材料和加工方式会对产品的
成形、精度和表面质量产生影响。研磨方式也应根据产品的具体
要求来选择，例如外圆磨削、内圆磨削、平面磨削等方式。
三、工艺参数监控与优化
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材料制备与加工实验实验指导书
目录
实验1、铝合金时效硬化曲线的测定及其影响因素分析实验2、焊接工艺与焊缝组织检验
实验4、热塑性塑料的挤出造粒和注射成型
实验1、铝合金时效硬化曲线的测定及其影响因素分析
一、实验目的
1．掌握固溶淬火及时效处理的基本操作；
2．了解时效温度和时效时间对时效强化效果的影响规律；
3．了解固溶淬火工艺(淬火加热温度、保温时间及淬火速度等)对铝合金时效效果的影响；
4．掌握金属材料最佳淬火温度的确定方法；
5．加深对时效强化及其机制的理解。
二、实验原理
从过饱和固溶体中析出第二相(沉淀相)或形成溶质原子聚集区以及亚稳定过渡相的过程称为脱溶或沉淀，它是一种扩散型相变。发生这种转变的最基本条件是，合金在平衡状态图上有固溶度的变化，并且固溶度随温度降低而减少，如图2-1所示。如果将C
成分的合金自
单相α固溶体状态缓慢冷却到固溶度线(MN)以下温度(如T
3
)保温时，β相将从α相固溶体中
脱溶析出，α相的成分将沿固溶度线变化为平衡浓度C
1，这种转变可表示为α(C
)→α(C
1
)+β。
其中β为平衡相，它可以是端际固溶体，也可以是中间相，反应产物为(α+β)双相组织。将这种双相组织加热到固溶度线以上某一温度(如T
1
)保温足够时间，β相将全部溶入α相中，然后再急冷到室温将获得单相过饱和的α固溶体。这种处理称为固溶处理（淬火）。
图2-1 固溶处理与时效处理的工艺过程示意图
然而过饱和的α相固溶体在室温下是亚稳定的，它在室温或较高温度下等温保持时，亦将发生脱溶。但脱溶相往往不是状态图中的平衡相，而是亚稳相或溶质原子聚集区。这种脱溶可显著提高合金的强度和硬度，称为时效硬(强)化或沉淀硬(强)化。
合金在脱溶过程中，其力学性能、物理性能和化学性能等均随之发生变化，这种现象称为时效。室温下产生的时效称为自然时效，高于室温的时效称为人工时效。
若将过饱和固溶体在足够高的温度下进行时效，最终将沉淀析出平衡脱溶相。但在平衡相出现之前，根据合金成分不同会出现若干个亚稳脱溶相或称为过渡相。以Al-4％Cu合金为
例，其室温平衡组织为α相固溶体和θ相(CuAl
)。该合金经固溶处理获得过饱和α相固溶体，
2
加热到130℃进行时效，其脱溶顺序为：G.PⅠ区→G.PⅡ区（θ″相）→θ′→θ相，即在平衡相θ出现之前，有三个过渡脱溶物相继出现。
按时效硬化曲线的形状不同，可分为冷时效和温时效，如图2-2所示。冷时效是指在较低温度下进行的时效，其硬度变化曲线的特点是硬度一开始就迅速上升，达到一定值后硬度缓慢上升或者基本上保持不变。冷时效的温度越高，硬度上升就越快，所能达到的硬度也就越高。在A1基和Cu基合金中，冷时效过程中主要形成G.PⅠ区。温时效是指在较高温度下发生的时效，其硬度变化规律是：开始有一个停滞阶段，硬度上升极其缓慢，称为孕育期，一般认为这是脱溶相形核准备阶段，接着硬度迅速上升，达到一极大值后又随时间延长而下降。温时效过程中将析出G.PⅡ区、过渡相θ′和平衡相θ。温时效的温度越高，硬度上升就越快，达到最大值的时间就越短，但所能达到的最大硬度值反而越低。冷时效与温时效的温度界限视合金而异，Al合金一般在100℃左右。
图2-2 冷时效和温时效过程硬度变化示意图
冷时效与温时效往往是交织在一起的。图2-3示出了不同成分的A1-Cu合金在130℃时效时硬度与脱溶相的变化规律。由图可见，A1-Cu合金的时效硬化主要依靠G.PⅠ区和θ″相，θ″相的强化效果最明显，当出现θ′相以后合金的硬度下降。
时效温度是影响过饱和固溶体脱溶速度的重要因素。时效温度越高，原子活性就越强，脱溶速度也就越快。但是随着时效温度升高，化学自由能差减小，同时固溶体的过饱和度也减小，这些又使脱溶速度降低，甚至不再脱溶。
图2-3 A1-Cu合金在130℃时效时硬度与析出相的关系
因此，可以用提高温度来加快时效过程，缩短时效时间。例如，将A1-4％Cu-5％Mg合金的时效温度从200℃提高到220℃，时效时间可以从4h缩短为1h。但时效温度又不能任意提高，否则强化效果将会减弱。
在一定温度下，随时效时间延长，合金强度、硬度逐渐增高。至一定时间，其强度、硬度达到最大值(峰值)。时效时间再延长则其强度、硬度反而下降，此即所谓“过时效”(图2-3)。如果固定时效时间而改变时效温度，则随时效温度的升高，强度、硬度逐渐升高而达峰值，温度再提高，则也发生“过时效”。
如果将已经时效的合金加热到单相固溶体的温度范围或适当温度，重新急冷淬火，已经时效硬化的合金又变成单相固溶体的柔韧、易变形状态，这一现象叫“回归”。
三、实验设备、材料及试剂
1．箱式电阻炉6台（型号SX2-5-1.2，功率5千瓦，额定温度1200℃）：用于时效处理提供温场。
2．淬火水槽：用于淬火冷却。
3．布氏硬度计：测定淬火及时效合金硬度。
4．读数显微镜：测定压痕直径。
5．实验材料：2024铝合金（即LY12）试样若干。
四、实验方法与步骤
1．每5个人为一组，每组31个样品，每个人分别领取一套样品(6块)，剩余一个样品作为未时效对比样，所有样品分别做好标记。
2．将试样用砂纸或预磨机磨掉车痕，以达平整、光洁，然后用铁丝绑好。
3．将绑好试样放入箱式电阻炉中加热。加热温度为500℃±3℃，保温10-15min，保温结束后快速淬入水槽中。
4．每组取一个试样作为未时效对比样立即测定淬火后的硬度。
5．每组的其他试样立即进入箱式电阻炉中进行时效处理。时效温度分别为260℃、280℃、300℃、320℃，340℃，每个人取一个温度进行时效，各时效温度下的时效时间由学生自行查阅资料确定，要求6个时效时间内能够达到时效峰值。
6．将各时效温度下时效不同时间后的试样立即水冷，用细砂纸磨去氧化皮后测定硬度，取三点进行测定(最好选中心部位)，但两相邻压痕中心距离不小于压痕直径的4倍，压痕中心距试样边缘的距离应不小于压痕直径的2.5倍。
查布氏硬度对照表，查出的三个硬度点均值 (建议测定试样布氏硬度HB值的参数选定为负荷250kgf，钢球直径Ф5mm，负荷保持时间30s)。