工程材料液态成型实验指导书(doc 10页)
金属液态成型工艺实验指导书.doc
实验型砂性能试验一、实验目的：1、了解铸造用粘土湿型砂的基木性能，增加对粘土湿型砂及其基木要求的感性认识，2、熟悉和掌握粘土湿型砂主要性能的测定原理和测试方法。
3、熟悉和了解湿型砂性能测试的仪器、装置及其使用方法。
二、实验内容：1、紧实率的测定2、透气率的测定3、湿压强度的测定4、破碎指数的测定三、实验用仪器、设备：1、型砂混合料的制备：试验用辗轮式混砂机2、标准工艺试样的制备：锤击式制样机3、透气率的测定：透气性测定仪（直读式或水柱式）4、湿压强度的测定；液压或数显式万能强度试验机5、破碎指数的测定：破碎指数测定仪四、试验方法：1.标准工艺试样的制作工艺试样的配方见下表将砂子、粘土放入试验用的碾轮式混砂机中，干混2分钟，然后加水湿混8分钟，将混好的混合料盛于带盖的容器中或扎紧的塑料袋内，放置10分钟后进行试验。
但应该注意的是，配好的混合料到进行试验之间相隔的时间不超过1小时。
型砂试样规格标准工艺试样是在锤击式冲样器上制作的。
重锤重6. 35±0. 1公斤，重锤下落高度0. 0508米，冲击3次，作用于试样上的功为6. 35X0. 05.8X3=1公斤诛。
（1）园柱形试样的制作称取试样砂150~190克（一般根据经验，以便控制冲制好的试样的高度），倒入试样筒中。
抬起冲头，将试样筒连同底座一起放在冲头下。
让冲头下落3次，冲成试样。
利用仪器上的标准刻线，检查试样高度，并通过调整试料重量以保证制好的试样高度符合要求。
2. 紧实率的测定使型砂通过3毫米筛孔的筛子，落入试样筒屮， 刮平试样筒顶面，用冲样器冲击三次，测量紧实距 离（B ）,按下式计算紧实率。
A-R紧实率二一 xlOO%A3. 透气率的测定（1）标准方法通过试样的气体量与气体的压力、试样的截面积、气体通过的吋间成正比, 与试样的高度成反比，可用下式表达为:FP T VH V =—— K =—— H FP T式屮V ——通过试样的空气体积，该法利用的是2000厘米彳的室温空气;H ——试样高度，5厘米；F ——试样截而积，19.6厘米\P ——试样前面气体的压力，（厘米水柱或克/厘米J ；T ——空气通过试样的时间，（分人K ——系数，即所求的透气率。
工程材料液态成型实验指导书
开放实验指导书大纲实验名称: 工程材料液态成型引言什么是液态成型金属的液态成型常称为铸造，铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。
图-1 铸造示意图一、实验目的1．了解铸造的概念及基本原理；2．了解并掌握铸造的基本工艺及其主要的工艺参数；3．了解并掌握铸造过程中金属从液态到固态转变过程中影响金属性能和铸件质量的一些基本因素；4．了解金属收缩的基本规律，以及常见铸造缺陷缩的形成机理，及其影响因素。
二、实验原理1.铸造的定义铸造过程是指将金属置于熔炼炉内的坩埚中, 加热熔炼成符合一定要求的液体并浇铸到锭模或铸模中，经冷却凝固, 液态金属转变成固态金属, 清整处理后获得一定形状、尺寸的铸件或铸件的工艺过程。
铸造毛胚因近乎成形，而达到免机械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上减少了时间．铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一.铸造工艺可分为三个基本部分，即铸造金属准备、铸型准备和铸件处理。
铸造金属是指铸造生产中用于浇注铸件的金属材料，它是以一种金属元素为主要成分，并加入其他金属或非金属元素而组成的合金，习惯上称为铸造合金，主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金。
2.铸造的分类铸造种类很多，按造型方法习惯上分为：①普通砂型铸造，包括湿砂型、干砂型和化学硬化砂型3类。
②特种铸造，按造型材料又可分为以天然矿产砂石为主要造型材料的特种铸造（如熔模铸造、泥型铸造、铸造车间壳型铸造、负压铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等）和以金属为主要铸型材料的特种铸造（如金属型铸造、压力铸造、连续铸造、低压铸造、离心铸造等）两类。
2.1 普通砂型铸造以型砂和芯砂为造型材料制成铸型，液态金属在重力下充填铸型来生产铸件的铸造方法。
钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。
由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。
《材料成形原理》实验指导书(总)-2008
《材料成形原理》（上）实验指导书实验一振动条件下结晶与铸件宏观组织的观察一、实验原理在铸件的凝固过程中，对其进行振动，可以通过以下的机制细化铸件的晶粒组织及增加等轴晶数量，首先，对正在凝固中的铸件进行振动，可以强化液态金属的对流，对正在生长着的晶体的冲刷作用，形成液相与固相间的相对运动，导致枝晶的破碎，并游离到铸件的中心位置，从而增加液相中的晶核数量，因而细化晶粒，有利于获得更多的等轴晶；其次，由于振动力的作用，也促进铸件顶部形成的晶体下落，即促近结晶雨的形成，并游离到铸件的中心位置，从而增加液相中的晶核数量，因而细化晶粒；另外，振动还可以引起局部的温度起伏，有利于枝晶的熔断和增殖，从而增加液相中的晶核数量，因而细化晶粒。
通过对静止条件下和振动条件下结晶的铸件凝固宏观组织的观察比较,就能够说明在其它条件相同的情况下,在凝固过程中施加振动对铸件凝固组织形态的影响.二、实验目的1.进一步认识铸件宏观组织中内部等轴晶的形成机理；2.掌握凝固条件对铸件宏观组织的影响规律，并了解控制铸件宏观组织的方法和途径。
三、实验用仪器设备和工具1．井式坩埚炉及控温仪表2．浇注工具3．插入式热电偶5．工频振动试验机HG-50F7．台钎、砂轮、锯子8．预磨机、抛光机9．炉料：ZL102合金10．化学药品：氢氟酸、酒精四、实验方法和步骤1．实验步骤：（1）在电组织式坩埚炉中熔化工业纯试铝，并使之过热至720℃；（2）准备一个圆柱形的树酯砂样杯，将其固定在振动台上（如图所示），振动台的振幅可在0~2mm 内调整；（3）将熔化好的铝液浇入树酯砂样杯中，同时打开振动台的开关进行振动直至凝固结束；同时在静止的条件下用相同的样杯浇注一个试样，使其在静止的条件下凝固；（4）取出凝固的样品投水中使其冷却，然后将圆柱形的样品沿轴线方向从中间锯开；（4）将从锯开半个样品在预磨机上磨平，并抛光；（5）在样品的抛光后表面上涂擦质量分数为5%浓度的氢氟酸，即可观察样品的宏观晶粒组织形态。
(建筑工程施工管理)工程材料及材料成型实验指导书
（建筑工程管理）工程材料及材料成型实验指导书工程材料及材料成型实验指导书青岛大学机械基础实验教学中心实验壹铁碳合金平衡组织观察壹、实验目的1、进壹步掌握不同成分铁碳合金于平衡状态下的显微组织。
2、进壹步掌握Fe-Fe3C相图于铁碳合金组织分析中的作用3、掌握铁碳合金成分和组织变化的关系和规律，能够根据显微组织的特征估算亚共析钢中碳的质量分数。
4、熟悉金相显微镜的结构和使用。
二、实验原理铁碳合金的平衡组织是指铁碳合金于极其缓慢的冷却条件下所得到的组织，即Fe-Fe3C相图所对应的组织。
实际生产中，要想得到壹种完全的平衡组织是不可能的，退火条件下得到的组织比较接近于平衡组织。
因此我们能够借助退火组织来观察和分析铁碳合金的平衡组织。
根据Fe-Fe3C相图，我们把铁碳合金相图分为工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶白口铁、共晶白口铁、过共晶白口铁1、工业纯铁工业纯铁是ωc<0.0218%的铁碳合金，于室温下的组织为铁素体组织，铁素体呈多角形块状，晶界为黑色条状，有时能够见出于晶界处少量分布的三次渗碳体。
2、亚共析钢亚共析碳钢的质量分数为0.0218%<ωc<0.77%，室温下的组织由铁素体和珠光体组成。
经经硝酸酒精溶液浸蚀后于显微镜下观察，铁素体呈白色多边形块状，珠光体于放大倍数较低时呈暗黑色。
随着碳的质量分数的增加，铁素体量逐渐减少，珠光体量逐渐增加，铁素体的形态逐渐由块状变为碎块状或网状。
3、共析钢共析钢是ωc＝0.77%的铁碳合金，室温组织为单壹的珠光体。
显微镜下每个珠光体晶粒中渗碳体和铁素体片层的方向、大小、宽窄均不壹样，这是因为每个珠光体晶粒的位向不同，其截割截面不壹致导致的结果。
4、过共析钢过共析钢质量分数0.77%<ωc<2.11%，室温组织由珠光体和二次渗碳体组成。
经硝酸酒精溶液浸蚀后珠光体呈暗黑色，二次渗碳体呈白色网状分布于珠光体周围。
用碱性苦味酸纳溶液浸蚀后珠光体呈灰白色，二次渗碳体呈黑色网状。
工程材料及材料成型实验指导书
工程材料及材料成型实验指导书工程材料及材料成型实验指导书一、实验背景在工程领域中，材料是最为重要的基础之一。
材料的性质和成型方式决定了制造出来的产品的性能和质量。
为了深入理解工程材料的性质和成型方式，我们需要了解它们的实验，从而更好地掌握相关知识。
二、实验目的1、了解工程材料的基本性质和特点；2、通过材料成型实验学习材料加工技术，深入了解材料成型的原理；3、掌握常见的材料分析和测试方法；4、提高操作实验技能，加强实验数据处理及实验报告的撰写能力。
三、实验设备1、恒温水浴，用于热胀冷缩实验；2、磨床和车床，用于机械加工实验；3、万能试验机，用于力学性能测试实验；4、光学显微镜，用于金相组织分析实验；5、红外光谱仪、X射线衍射仪等仪器，用于材料性质分析实验。
四、实验内容1、材料性质实验：包括密度、硬度、熔点、导电性、导热性等基本性质的测试。
2、热胀冷缩实验：观察不同材料在温度变化下的变化情况，了解其线膨胀系数的关系。
3、拉伸实验：在万能试验机上对材料进行拉伸试验，得到其力学性能参数，如强度、伸长率、断面收缩率等。
4、压缩实验：在万能试验机上对材料进行压缩试验，得到其力学性能参数，如压缩强度、比压缩强度等。
5、机械加工实验：使用车床和磨床对金属材料进行机械加工加工并观察加工后材料的组织结构变化。
6、金相组织分析实验：使用光学显微镜对不同材料进行金相分析，了解不同材料的组织构成。
7、材料成型实验：通过模具加工和热处理等方式对材料进行成型实验，了解不同材料成型过程的影响因素。
8、材料性质分析实验：使用红外光谱仪、X射线衍射仪等仪器对材料进行成分分析和性质分析。
五、实验安全注意事项1、操作前应认真阅读相关实验指导书，了解实验流程、仪器使用方法和注意事项；2、实验室内应做好防护措施，穿戴好规定的实验服装；3、实验过程中要注意仪器设备的安全使用，避免造成损伤；4、化学试剂和有毒物质应按要求妥善储存和处理，严格遵守实验室规章制度。
工程材料及成型工艺实验指导书
《工程材料及成型工艺》实验指导书二零一零年九月实验须知1. 实验前应仔细阅读实验指导书和有关教材，认真做好预习。
教师发现无充分准备者，可停止其进行实验。
2. 学生应准时进入实验室，在教师讲解实验内容之前不得擅自操作实验仪器等。
各项实验内容应有始有终独立完成。
3. 实验过程保持严肃、安静、整洁、遵守操作规程、注意安全、例行节约。
若发现故障，应立即报告教师酌情处理，不要擅自拆修。
4. 实验用的一切物品（如试样、图片、试剂和工具等）不准带出实验室。
5. 实验完毕将仪器物品收拾整齐，恢复原状并作好室内外卫生工作。
6. 每次实验后须完成书面实验报告，于下次实验前交给老师，实验报告成绩作为课程考核总评成绩的一部分。
7. 实验报告统一用报告纸撰写，字迹清楚。
8. 进入实验室应遵守实验室的一切规章制度。
实验一 硬度计的结构原理及使用方法一、实验目的1、了解布氏硬度计、洛氏硬度计及维氏硬度计的基本原理及其结构；2、熟悉并掌握洛氏硬度计的使用方法； 二、实验原理概述金属材料的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。
硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念。
由于在金属表面以下不同深处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同；因而硬度值可以综合地反映压痕附近局部体积内金属的弹性，微量塑变抗力，形变强化能力以及大量形变抗力。
由于硬度试验简单易行，又无损于零件，而且可以近似的推算出材料的其它机械性能，因此在生产和科研中应用广泛。
硬度试验方法很多，机械工业普遍采用压入法来测定硬度，压入法又分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。
(一)、布氏硬度1、基本原理及结构根据 GB231-84规定，布氏硬度试验法是用直径为D 的淬火钢球（或硬质合金球），以相应的试验力F 压入被测材料的表面，保持规定的时间后，卸掉试验力，用读数显微镜测出材料表面的压痕直径d 。
计算压痕单位面积上所受的力，即为被测金属的布氏硬度值HBS （或HBW ）。
《材料成型原理》实验指导书(石蜡)(修改)
安徽工程大学实验指导书系部机械与汽车工程学院课程名称材料成型原理实验班级学生姓名学生学号指导教师二零年月目录实验一材料流动性测定 (2)实验二材料热应力测定 (3)实验三液态成型综合性实验 (5)附图 (8)附录实验报告格式和内容 (10)实验一材料流动性测定1、实验目的掌握材料流动性的测定方法和原理，了解影响材料流动性的主要因素。
2、实验装置及实验材料2.1 实验装置1）液态成形综合试验装置，见附图1所示。
2）熔化电炉一台、熔化锅和温度计（0—100℃）各一个。
2.2 实验材料切片石蜡，溶点53—57℃（上海标本模型厂）配成熔点为50℃的共晶蜡料（成分为75%的石蜡和25%的硬脂酸）。
3、实验步骤及测定项目1）正确使用平板模造型方法。
2）测定共晶蜡料的温度，待温度合格后进行浇注。
3）凝固冷却至室温后，开启模具盖，测量共晶蜡料流动线长度。
4）清理完毕。
4、实验数据记录5、思考题（1）根据实验结果分析浇注温度对材料充型能力的影响。
（2）简述材料流动性的影响因素及材料流动性对铸件质量的影响。
（3）实际生产中提高材料充型能力的方法主要有哪些？实验二材料热应力测定1、实验目的1）学会用应力框测定残留应力的方法。
2）分析各工艺参数对铸件残留应力的影响。
2、实验装置及实验材料2.1 实验装置1）液态成形综合试验装置，见附图1所示。
2）熔化电炉一台、熔化锅、游标卡尺和温度计（0—100℃）各一个。
2.2 实验材料切片石蜡，溶点53—57℃（上海标本模型厂）配成熔点为50℃的共晶蜡料（成分为75%的石蜡和25%的硬脂酸）。
3、实验步骤及测定内容1）将应力框模具安装到位。
2）熔化石蜡并浇注。
3）等应力框凝固冷却后打箱、清理、锯去浇口。
4）用游标卡尺量出两凸台端面的距离L0（见图1）。
5）将应力框固定，用手锯在凸台的中央处锯断，并注意锯断过程中有何现象。
6）再用游标卡尺量出两凸台端面的距离L1（见图2）。
图1 应力框式样图2 断裂后凸台两间距4、实验记录及应力计算材料名称浇注温度（℃）试框长度L（mm ）试框粗杆凸台两端距离（mm ）截面积（mm2）残留拉应力α（MPa）锯断前L0锯断后L1粗杆A1细杆A2共晶蜡料80粗杆中的残留拉应力α的计算公式如下：5、思考题(1) 如图3说明铸造热应力产生的原因及其在铸件中的分布特点。
【工程材料成形技术基础】实验指导书
工程材料成形技术基础实验指导书包军杜丽娟主编邢忠文主审哈尔滨工业大学金工教研室前言本实验教材是配合《工程材料成形技术基础》课程教学基本要求而编写，在编写过程中，结合目前教学改革的基本指导思想和原则，根据机械类专业的实际需要，对传统的实验内容进行了修改，删除陈旧的、过时的和现代制造中已较少使用的操作方法和工艺，引进和增加现代材料成形技术、成形工艺自动化、非金属材料成形等内容。
本教材由哈尔滨工业大学金工教研室包军、杜丽娟主编，邢忠文教授主审。
由于作者水平和经验所限，书中难免有错误和不妥之处，敬请读者批评指正。
编者2003.9目录实验一压铸成形实验 (4)实验二注塑成形实验 (6)实验一压铸成形实验一．实验目的1．掌握压力铸造的原理，了解压力铸造的特点及应用。
2．了解压铸机的结构，掌握压铸机的工作过程。
二．实验原理1．压力铸造的原理、特点及应用压力铸造简称压铸，是通过压铸机将熔融金属以高速压入金属铸型，并使金属在压力下快速凝固的铸造方法。
常用压力为5～150MPa，充型速度为0.5～50m/s, 充型时间为0.01～0.2S。
压力铸造的特点：压铸的生产效率极高、最高可达每小时压铸500件，铸件精度和表面质量均比其他铸造方法高，铸件力学性能高，可铸出形状复杂的薄壁件，便于铸出镶嵌件。
但是压铸工艺也存在不足：压铸设备投资高，压铸模制造复杂、周期长、费用高，一般不宜用于小批量生产。
普通压铸法压铸的铸件易产生气孔，不能进行热处理。
压铸某些内凹件、高熔点合金铸件还比较困难。
目前压铸工艺主要用于大批量生产的低熔点有色金属铸件，其中铝合金占总量的30%～60%。
其次为锌合金及铜合金。
汽车、拖拉机制造业应用压铸件最多，在仪表、电器和农业、国防、计算机、医疗等机器制造业也广泛应用。
压铸生产的零件主要有发动机气缸体、气缸盖、变速箱体、发动机罩、仪表和照像机壳体、支架、管接头及齿轮等。
2．压铸机及压铸工艺过程压铸机可分为热压室式和冷压室式两大类。
金属液态成型工艺课程设计指导书(新版)
G计 − G G计
× 100% ≥ 10%
则应当调整 G，重新设计浇注系统和补缩系统，直到满足要求。 4 其他工序与工艺规范的确定 包括型、芯砂的配方、性能要求和混制工艺，砂芯的硬化工艺，合金熔炼与铸件浇注、冷却规范，铸件清理、 热处理及验收规范等（详见“编写设计说明书”一节） 。这些问题都应在工艺方案中随时加以考虑和确定，以 免到最后感到失误而导致设计上的返工。 2.4 补缩系统设计 对于需要补缩的铸件，要进行冒口和冷铁设计。具体设计方法参考相关资料。 2.5 铸造工艺图的绘制 铸造工艺图是用工艺符号表示出铸造工艺设计主要内容的图纸， 是铸造行业特有的一种图纸， 它规定了铸件的 形状和尺寸，也规定了铸件的基本生产方法和工艺过程，是最基本也是最重要的工艺文件，是铸件生产过程的 指导性文件，是制造模样、模板、芯盒等工艺装备和进行生产准备的依据。绘制铸造工艺图，就是将各种简明 的工艺符号标注在零件图上，反映出铸造工艺方案的基本内容。 1 绘图注意事项 绘制铸造工艺图要注意以下事项： a) 铸造工艺图必须按 JB/T2435-2013 规定的铸造工艺图画法用红色、蓝色工艺符号表示在零件图上。 b) 凡是在某一视图或剖面图上表示清楚了的工艺符号，可以不按投影原理在其它视图上重复绘制；对于 不能完全表达清楚的地方，必须用其它视图来辅助表示。 c) 铸造工艺尺寸应集中标注在一个或几个视图上，不要分散标注和重复标注。 d) 相同尺寸的铸造圆角、相同角度的起模斜度和收缩率可不在图上标注，而写在技术要求中。 e) 砂芯边界线如果与零件轮廓线或加工余量线、冷铁线等重合时，则省去砂芯边界线上的重合部分。 f) 在剖面图上，砂芯边界线与加工余量线相遇时，被砂芯遮住的加工余量线不绘出。 g) 绘制工艺符号时，应注意零件图上所标尺寸和加工符号不被遮盖。零件图上某些线条由于被工艺符号 遮住（如砂芯）而由看得见变为看不见时，可保留原线条，不要抹掉，也不改为虚线。 2 绘图顺序
材料成型技术实验指导书
《材料成形技术基础》《工程材料成形技术》课程编号： 02211320、02211720课程名称：材料成形技术基础、工程材料成形技术实验一 金属液充型能力及流动性测定实验一、实验目的1、 了解合金的化学成分和浇注温度对金属液充型能力和流动性的影响。
2、 熟悉采用螺旋型试样测定铸造金属液的流动性和评定其充型能力的方法二、实验的主要内容利用电阻坩埚炉熔化合金；使用螺旋型试样模样造型；完成浇注；冷凝后得到试样。
通过测量试样长度得到试样不同条件下的流动性和充型能力。
三、实验设备和工具电阻坩埚炉（5KW ）、螺旋型试样模样（见图一）、热电偶测温仪、型砂、砂箱、造型工具、浇注工具等。
四、实验原理充型能力是金属液充满铸型型腔、获得轮廓清晰、形状准确的铸件的能力。
充型能力主要取决于液态金属的流动性，同时又受相关工艺因素的影响。
金属液的流动性是金属液本身的流动能力，用在规定铸造工艺条件下流动性试样的长度来衡量。
流动性与金属的成分、杂质含量及物理性能等有关。
影响金属液充型能力的工艺因素主要有浇注温度、充型压力等。
提高浇注温度或充型压力，均有利于提高充型能力。
五、实验方法和步骤1、合金的熔化、保温方案一：将某一成分的铝硅合金在坩埚炉中，加热熔化并过热到一定的温度保温。
方案二：将同一成分的铝硅合金（适量）分别置于两个坩埚炉中，加热熔化并过热到不同的温度保温。
2、造型方案一：采用同一个螺旋型试样模样分别制作两个直浇道高度不同的砂型。
方案二：采用同一个螺旋型试样模样分别制作两个直浇道高度相同的砂型。
3、浇注方案一：将熔化并保温的铝硅合金液分别浇注到两个直浇道高度不同的砂型中。
方案二：将两个坩埚炉中加热熔化并保温的铝硅合金液分别浇注到两个直浇道高度相同 的砂型中。
4、开型、落砂 待试样凝固后即可开型并落砂。
实验指导书5、测定流动性分别测出不同试样螺旋型部分的长度（50mm、凸点数）6、填写实验记录，并整理好工具、砂箱，清扫造型场地。
《材料成型原理》实验指导书(石蜡)(修改)
安徽工程大学实验指导书系部机械与汽车工程学院课程名称材料成型原理实验班级学生姓名学生学号指导教师二零年月目录实验一材料流动性测定 (2)实验二材料热应力测定 (3)实验三液态成型综合性实验 (5)附图 (8)附录实验报告格式和内容 (10)实验一材料流动性测定1、实验目的掌握材料流动性的测定方法和原理，了解影响材料流动性的主要因素。
2、实验装置及实验材料2.1 实验装置1）液态成形综合试验装置，见附图1所示。
2）熔化电炉一台、熔化锅和温度计（0—100℃）各一个。
2.2 实验材料切片石蜡，溶点53—57℃（上海标本模型厂）配成熔点为50℃的共晶蜡料（成分为75%的石蜡和25%的硬脂酸）。
3、实验步骤及测定项目1）正确使用平板模造型方法。
2）测定共晶蜡料的温度，待温度合格后进行浇注。
3）凝固冷却至室温后，开启模具盖，测量共晶蜡料流动线长度。
4）清理完毕。
4、实验数据记录5、思考题（1）根据实验结果分析浇注温度对材料充型能力的影响。
（2）简述材料流动性的影响因素及材料流动性对铸件质量的影响。
（3）实际生产中提高材料充型能力的方法主要有哪些？实验二材料热应力测定1、实验目的1）学会用应力框测定残留应力的方法。
2）分析各工艺参数对铸件残留应力的影响。
2、实验装置及实验材料2.1 实验装置1）液态成形综合试验装置，见附图1所示。
2）熔化电炉一台、熔化锅、游标卡尺和温度计（0—100℃）各一个。
2.2 实验材料切片石蜡，溶点53—57℃（上海标本模型厂）配成熔点为50℃的共晶蜡料（成分为75%的石蜡和25%的硬脂酸）。
3、实验步骤及测定内容1）将应力框模具安装到位。
2）熔化石蜡并浇注。
3）等应力框凝固冷却后打箱、清理、锯去浇口。
4）用游标卡尺量出两凸台端面的距离L0（见图1）。
5）将应力框固定，用手锯在凸台的中央处锯断，并注意锯断过程中有何现象。
6）再用游标卡尺量出两凸台端面的距离L1（见图2）。
图1 应力框式样图2 断裂后凸台两间距4、实验记录及应力计算材料名称浇注温度（℃）试框长度L（mm ）试框粗杆凸台两端距离（mm ）截面积（mm2）残留拉应力α（MPa）锯断前L0锯断后L1粗杆A1细杆A2共晶蜡料80粗杆中的残留拉应力α的计算公式如下：5、思考题(1) 如图3说明铸造热应力产生的原因及其在铸件中的分布特点。
《材料成型理论》实验指导书 (2)
《材料成型理论》模块实验指导书模块编号：M064017模块名称：材料成型理论实验学时：8学时实验一液态成型工艺一、实验目的1、了解液态成型工艺过程2、掌握液态成型的加工方法3、熟悉合金流动性的概念，掌握合金流动性的测定方法4、了解影响合金流动性及充型能力的因素二、实验原理液态成型工艺有铸造、液态模锻等多种方法。
其中历史最悠久，应用最广泛的是铸造。
它是将液态金属浇注到铸型内凝固成型的工艺方法。
铸造特点：1.不受零件大小、形状、材料的限制。
2.原材料来源广，生产成本低。
3.生产过程较复杂，易出现废品，不适单件小批量生产。
获得合金铸件的重要指标：液态合金的充型能力是指液态合金充满铸型型腔获得形状完整、轮廓清晰的复杂铸件的能力。
若充型能力不足，将使铸件产生浇不足或冷隔等缺陷。
影响充型能力的因素一）、合金的流动性合金的流动性是合金铸造过程中的一种工艺性能。
流动性越好充型能力越强则越有利获得轮廓清晰薄壁的铸件（对薄壁、大型复杂尤为重要），否则易出现浇不足、冷隔等缺陷。
常见铸造合金中灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，铝合金次之，铸钢最差。
影响合金流动性的主要因素：1.化学成分：共晶合金流动性好，恒温下逐层凝固使结晶面光滑，合金的T溶低，过热度高。
2.浇注条件：浇注温度：T浇越高，合金粘度越低，过热度越高，合金保持液态的时间越长，充型能力提高。
但T浇过高，铸件晶粒易出现缩孔、气孔、粘砂之类的缺陷。
对薄壁复杂铸件或流动性较差的合金可适当提高浇注温度。
3.浇注压力：增大浇注压力显然可改善合金的充型能力。
二）、铸型充填条件1．铸型导热能力：相同条件下，金属型和砂型铸造同一零件时，金属型浇不足。
金属型导热能力强，容易降低合金的温度，导致其充型能力差。
而砂型的导热能力较弱，充型能力较强。
2. 铸型的阻力：相同条件下，砂型与金属型铸造（铸型加热到200℃）金属铸型气体不能排除反压力增大，将导致金属液填充铸型的能力下降。
三、实验材料实验材料为熔点分别为50℃的共晶蜡料（成分为25%的石蜡和75%的硬脂酸）和60℃的亚共晶蜡料（成分为75%的石蜡和25%的硬脂酸）。
10工程材料及其成形技术基础实验指导书1
机械工程学院工程材料及其成形技术基础实验指导书申荣华编写适用专业：材料成形及控制-铸造方向贵州大学二OO 七年八月前言《工程材料及其成形技术基础》包括工程材料和成形技术基础两个部分，是以性能—材料及选用—强化处理—成形加工为主线，较系统全面的阐述或论述了机械工程中各类材料及其性能，材料的实际应用，工业上对材料进行强化处理的工艺或方法，各类材料成形技术的原理、特点、方法和应用等。
随着机械制造业的发展，对产品的要求越来越高，无论是制造机床、汽车、农业机械，还是建造轮船、石油化工设备等，都要求产品技术先进、质量好、寿命长、造价低。
因此，在产品设计与制造加工过程中，会遇到越来越多的材料及材料成形加工方面的问题，这就要求工程技术人员掌握必要的材料科学与材料工程知识，具有正确选择材料和成形加工处理方法、合理安排加工工艺路线的能力，因而工程材料及其成形技术基础课程会发挥其应有的贡献。
为使学生更好地理解，深刻地把握工程材料的成分与组织和性能的关系、变化规律，常用材料成形技术及其应用等知识，在此基础上，训练和培养识别工程材料、加深材料成形技术工程背景及操作方面的技能，为此设置了：实验一“常用工程材料识别及金属材料的显微组织观察实验”（2学时），本实验属本实验属验证性实验；实验二“常见材料成形技术方法特点分析实验”（2学时），实验项目都属综合性实验。
实验一“常用工程材料识别及金属材料的显微组织观察实验”主要在于使学生增强工程材料特性的知识和实践基础，训练及培养其在识别常用的工程材料及金相显微镜操作等方面的技能。
实验二“常见材料成形技术方法特点分析实验”主要在于使学生掌握材料及其成形技术特性的知识和实践基础，加深材料成形技术的工程背景。
本实验指导书全面、简练、易懂。
本实验指导书也可供高等专科学校机械工程类各专业用。
目录1、实验一：常用工程材料识别及金属材料的显微组织观察··························42、实验二：常见材料成形技术方法特点分析实验········································63、实验报告基本内容要求············································································84、实验报告格式···························································································9实验一：常用工程材料识别及金属材料的显微组织观察实验学时：2学时实验类型：验证性实验实验要求：必修一、实验目的通过本实验使学生：1、实验目的1）了解工程材料的类型，识别常用的工程材料；2）掌握常用工程材料的特征；3）熟悉各种仪器和工、量具的使用，了解其性能参数、适应范围及注意事项。
工程材料成型 金属液态成形
1.2.2 特种铸造
脱壳和清理
蜡模压制
蜡模组装
撒砂
化学硬化 硬化 干燥处理
600~700°C 浇注
去浇冒口 毛刺清理
第1章 金属液态成形
1.2 砂型铸造
1.熔模铸造
1.2.2 特种铸造
录像 熔模铸造工艺过程 动画
第1章 金属液态成形
1.2 砂型铸造
1.熔模铸造
1.2.2 特种铸造
结壳前蜡模组
结壳后蜡模组
高度，可以提高充型能力 铸钢：1520~1620 ℃； 铸铁：1230~1450 ℃ ；
铝合金：680~780 ℃
第1章 金属液态成形
1.1 液态成形理论基础 1.1.1 熔融合金的流动性及充型
（2）影响合金流动性及充型的因素
铸型 铸型的温度低，热容量大 铸型的发气量大、排气能力低 浇注系统和铸型的结构越复杂
第1章 金属液态成形
1.2 砂型铸造
3.压力铸造
压力铸造是将熔融合金在高压、高速条件下充型， 并在高压下冷却凝固成型的精密铸造方法。压射比压为 30～70MPa，充满铸型时间为0.01～0.2S。 1.2.2 特种铸造
第1章 金属液态成形
1.2 砂型铸造
3.压力铸造
1.2.2 特种铸造
热压室式压铸机结构
1.2.2 特种铸造
※ 设备投资大 ※ 易产生气孔、缩孔和 缩松
第1章 金属液态成形
1.2 砂型铸造
4.低压铸造
低压铸造是液体在压力（0.02~0.06MPa）作用下自下而上充填型 腔形成铸件的一种方法。
1.2.2 特种铸造
动画
第1章 金属液态成形
1.2 砂型铸造
4.低压铸造
特点： 1.2.2 特种铸造
液态成型综合实验
液态成型综合实验
主要评分点
能够熟练掌握课程所学知识，对原理和工艺能够 很好地表述。 能够在教师指导下，按照实验工艺方案进行实验。 能够积极进行实验操作，并记录下实验数据。 能够提出自己的见解，并与教师积极探讨。 写好实验报告，报告中对实验结果进行独立分析， 并对问题进行解答。
液态成型综合实验
端 面距离为5mm，且使三通节门的管嘴对准烧杯上口。 （5）旋转三通节门至滴定位置，开始滴定。 （6）当滴定到预计量的2/3时，关闭三通节门。 （7）将定时器调至2min，接通搅拌电机，搅拌2min后停止。 （8）用终点判定法进行点滴定实验。如果尚未达到终点，重复步骤 （5）、（6）、（7）。重复步骤（6）的滴定量改为每次1mL。 （10）到达终点后，记录下此滴定量，并计算蒙脱石含量。
滴定法 粘土吸蓝量的测定方法有两种 比色法
液态成型综合实验
终点判别方法：
用玻璃棒沾一滴试液于滤纸上，如果在深色的圆点之外，未出现蓝 绿色的晕环，表明所加入的次亚甲基蓝全部被吸收，试液中没有多余的 游离色素，尚未达到终点，需要继续进行滴定。如果深色的圆点之外开 始出现蓝绿色的晕环，且不消失，此时即为滴定终点，记下此时的滴定 量。
液态成型综合实验
本科生综合实验周 Course for undergraduates
液态成型综合实验 Systematic Experiment on Liquid Casting
液态成形实验室
液态成型综合实验
课程目的
增强动手能力！ 材料成型与控制工程学科液态成型方向主干课程： 《铸件形成理论》、《铸铁》、《铸钢及铸造有色合金》、 《铸造工艺学》、《铸造机械化》涵盖金属材料、造型材料、 合金设计及熔炼、工艺、设备等综合知识。
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工程材料液态成型实验指导书(doc 10页)
开放实验指导书大纲
实验名称: 工程材料液态成型
引言
什么是液态成型
金属的液态成型常称为铸造，铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。
图-1 铸造示意图
一、实验目的
1．了解铸造的概念及基本原理；
2．了解并掌握铸造的基本工艺及其主要的工艺参数；
3．了解并掌握铸造过程中金属从液态到固态转变过程中影响金属性能和铸件质量的一些基本因素；
4．了解金属收缩的基本规律，以及常见铸造缺陷缩的形成机理，及
其影响因素。
二、实验原理
1.铸造的定义
铸造过程是指将金属置于熔炼炉内的坩埚中, 加热熔炼成符合一定要求的液体并浇铸到锭模或铸模中，经冷却凝固, 液态金属转变成固态金属, 清整处理后获得一定形状、尺寸的铸件或铸件的工艺过程。
铸造毛胚因近乎成形，而达到免机械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上减少了时间．铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一.
铸造工艺可分为三个基本部分，即铸造金属准备、铸型准备和铸件处理。
铸造金属是指铸造生产中用于浇注铸件的金属材料，它是以一种金属元素为主要成分，并加入其他金属或非金属元素而组成的合金，习惯上称为铸造合金，主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金。
2.铸造的分类
铸造种类很多，按造型方法习惯上分为：①普通砂型铸造，包括湿砂型、干砂型和化学硬化砂型3类。
②特种铸造，按造型材料又可分为以天然矿产砂石为主要造型材料的特种铸造（如熔模铸造、泥型铸造、铸造车间壳型铸造、负压铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等）和以金属为主要铸型材料的特种铸造（如金属型铸造、压力铸造、连续铸造、低压铸造、离心铸造等）两类。
2.1 普通砂型铸造
以型砂和芯砂为造型材料制成铸型，液态金属在重力下充填铸型来生产铸件的铸造方法。
钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。
由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。
图-2 砂型铸造示意图
2.2 特种铸造
但随着科学技术的发展，对铸造提出了更高的要求，要求生产出更加精确、性能更好、成本更低的铸件。
为适应这些要求，铸造工作者发明了许多新的铸造方法，这些方法统称为特种铸造方法，即特种铸造。
图-3熔模铸造示意图图-4压力铸造示意图
图-5 消
失模铸造示意
图
图-6 连续铸造示意图图-7 离心铸造示意图
特种铸造具有以下优势:
①铸件尺寸精确，表面粗糙值低，更接近零件最后尺寸，从而易于实现少切削或无切削加工。
②铸件内部质量好，力学性能高，铸件壁厚可以减薄。
③减低金属消耗和铸件废品率。
④简化铸造工序（除熔模铸造外），便于实现生产过程的机械化、自动化。
⑤改善劳动条件，提高劳动生产率。
3. 铸造过程中液态金属的凝固过程
凝固,是极为普遍的物理现象。
物质凡由液态到固态的转变一般都经历凝固过程, 广泛存在于自然界和工程技术领域。
从雪花凝结到火山熔岩固化，从钢铁、有色金属冶金生产中单铸锭及连铸锭的结晶到材料成形领域铸件及焊缝的凝固,高分子塑料、橡胶在模具中的固化，以及高技术领域的超细晶、非晶、微晶材料的快速凝固, 半导体、激光晶体、超导体等功能材料的生长, 均属凝固过程。
液态金属凝固结晶的条件: 金属熔体存在过冷.
图-8 金属凝固过程
3.1合金的流动性
流动性是指熔融金属的流动能力。
合金流动性的好坏，通常以“螺旋形流动性试样”的长度来衡量，将金属液体浇入螺旋形试样铸型中，在相同的浇注条件下，合金的流动性愈好，所浇出的试样愈长。
流动性差：铸件易产生浇不到、冷隔、气孔和夹杂等缺陷。
流动性好：易于充满型腔，有利于气体和非金属夹杂物上浮和对铸件进行补缩。
螺旋形流动性试样衡量合金流动性，如图1-2所示。
在常用铸造合金中，灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，铸钢的流动性最差。
图-9 螺旋试验
影响熔融合金充型的条件: 铸型的温度低、热容量大，充型能力下降；铸型的发气量大、排气能力较低时，会使合金的充型能力下降；浇注系统和铸件的结构越复杂，合金在充型时的阻力越大，充型能力下降；提高浇注速度、浇注温度和增加直浇道的高度会使合金的充型能力提高。
3.2 合金的充型能力
充型能力考虑铸型及工艺因素影响的熔融金属流动性叫合金的充型能力。
合金的流动性是金属本身的属性，不随外界条件的改变而变化，而合金的充型能力不仅和金属的流动性相关，而且也受外界因素的影响。
充型能力的影响因素: 1）铸型填充条件a）铸型的蓄热能力即铸型从金属液中吸收和储存热量的能力。
铸型的热导率和质量热容越大，对液态合金的激冷作用越强，合金的充型能力就越差。
b）铸型温度提高铸型温度，可以降低铸型和金属液之间的温差，进而减缓了冷却速度，可提高合金液的充型能力。
c）铸型中的气体铸型中气体越多，合金的充型能力就越差。
3.3 铸件的凝固方式
铸件的凝固方式（1）逐层凝固方式合金在凝固过程中其断面上固相和液相由一条界线清楚地分开，这种凝固方式称为逐层凝固。
常见合金如灰铸铁、低碳钢、工业纯铜、工业纯铝、共晶铝硅合金及某些黄铜都属于逐层凝固的合金。
（2）糊状凝固方式合金在凝固过程中先呈糊状而后凝固，这种凝固方式称为糊状凝固。
球墨铸铁、高碳钢、锡青铜和某些黄铜等都是糊状凝固的合金。
（3）中间凝固方式大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固方式。
中碳钢、高锰钢、白口铸铁等具有中间凝固方式。
凝固方式的影响因素（1）合金凝固温度范围的影响合金的液相线和固相交叉在一起，或间距很小，则金属趋于逐层凝固；如两条相线之间的距离很大，则趋于糊状凝固；如两条相线间距离较小，则趋于中间凝固方式。
（2）铸件温度梯度的影响增大温度梯度，可以使合金的凝固方式向逐层凝固转化；反之，铸件的凝固方式向糊状凝固转化。
3.4 铸造合金的收缩
铸造合金从液态冷却到室温的过程中，其体积和尺寸缩减的现象称为收缩。
它主要包括以下三个阶段：1.液态收缩金属在液态时由于温度降低而发生的体积收缩。
2.凝固收缩熔融金属在凝固阶段的体积收缩。
液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。
3.固态收缩金属在固态时由于温度降低而发生的体积收缩。
固态收缩对铸件的形状和尺寸精度影响很大，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。
影响合金收缩的因素: 1. 化学成分不同成分的合金其收缩率一般也不相同。
在常用铸造合金中铸刚的收缩最大，灰铸铁最小。
2. 浇注温度合金浇注温度越高，过热度越大，液体收缩越大。
3. 铸件结构与铸型条件铸件冷却收缩时，因其形状、尺寸的不同，各部分的冷却速度不同，导致收缩不一致，且互相阻碍，又加之铸型和型芯对铸件收缩的阻力，故铸件的实际收缩率总是小于其自由收缩率。
这种阻力越大，铸件的实际收缩率就越小。
收缩对铸件质量的影响: 1. 缩孔和缩松（1）缩孔的形成缩孔总是出现在铸件上部或最后凝固的部位，其外形特征是：内表面粗糙，形状不规则，多近于倒圆锥形。
通常缩孔隐藏于铸件的内部，有时经切削加工才能暴露出来。
缩孔形成的主要原因是液态收缩和凝固收缩。
（2）缩松的形成宏观缩松多分布在铸件最后凝固的部位，显微缩松则是存在于在晶粒之间的微小孔洞，形成缩松的主要原因也是液态收缩和凝固收缩所致。
图-10 缩孔形成过程
图-11 缩孔形成过程
在铸件的凝固以及以后的冷却过程中，随温度的不断降低，收缩不断发生，如果这种收缩受到阻碍，就会在铸件内产生应力，引起变形或开裂，这种缺陷的产生，将严重影响铸件的质量。
（1）铸造应力的产生铸造应力按其产生的原因可分为三种：a）热应力铸件在凝固和冷却过程中，不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。
b）固态相变应力铸件由于固态相变，各部分体积发生不均衡变化而引起的应力。
c）收缩应力铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、箱挡等外力的阻碍而产生的应力。
铸件铸出后存在于铸件不同部位的内应力称为残留应力。
图-12 铸件中应力分布3.5 铸件的常见缺陷
砂型铸造铸件缺陷有：冷隔、浇不足、气孔、粘砂、夹砂等。
三、实验设备及材料准备
1. 加热炉(熔炼炉)
图-13 熔炼炉2. 熔炼用金属
图-14 铝锭图-15 镁锭
3. 熔炼工具
坩埚、工具和锭模
图-16 坩埚图-17 模具
四、实验过程及步骤
1．了解铸造的基本设备并熟悉其基本操作；
2．炉前准备
由于本试验所用坯料需要加热至液态金属，所需时间较长，故在试验前由指导老师提前加热熔炼至700℃
要求学生掌握配料的计算方法:
根据熔制合金的实际重量W，计算各元素的需要量A
W×Q
A＝
100。