铸造熔炼及性能测试 实验报告

实验报告

一、实验目的

1、掌握铝铜二元合金的熔炼工艺过程和工艺特点。

2、探究在金属凝固过程中影响热裂的因素。

3、探究合金在凝固过程中影响线收缩的因素。

4、探究金属在浇注过程中，影响金属流动性的因素。

5、掌握一定的铸造原理。

二、实验原理

1、熔炼：将质量分数为5%的铝铜合金按比例进行熔炼，最终获得铜质量分数为4.5%的铝铜合金（ZL102）熔炼成液态时，气体会逸出。

2、热裂：在金属结晶的末期，当铸件因枝晶增多不能进行及时补缩，造成核晶与枝晶间液体产生应力，此时晶体与晶内液膜在应力作用下将拉伸，当应力足够大，液膜开裂。随时间变化，缝隙扩展形成宏观裂纹。

3、线收缩：合金在凝固过程中会发生不同程度的收缩，根据金属材料组成，收缩率也不同。

4、流动性：改变合金溶液的组成或配比或铸型的条件，从而改变金属液体在型腔里的流动性。

三、实验步骤

1、熔炼的实验步骤：

1）取铜质量分数为50%的铝铜合金180g，纯铝1820g。将原料进行处理，切割成不同长度（<15c m）的板材。

2）预热熔炉至710℃左右，带原材料配置完成，将原材料盛入坩埚中，用镊子夹取坩埚，缓慢放入熔炉中加热，关上炉盖，待原材料熔化。

2、热裂实验的实验步骤:

1)棒形铸型，端连接应力传感器，打开传感器，调好示范，开始计时。

2)将完全熔炼成液态的溶液取出，进行适当的搅拌后，缓慢倒入铸型内。

3）观察应力曲线图变化，并对曲线图进行分析。

3、流动性实验的实验步骤：

1）制备三个砂型，将将其中一个砂型（a）经煤油碳化处理，普通砂型(b)，（c）不作处理

2）将温度为730℃的金属液先浇注到b,在对a进行浇注，待冷却。3）将680℃的金属液浇注到c中，待冷却。

4）冷却至适宜温度开箱取铸件，观察铸件节数。

4、线收缩实验的实验报告

1）将棒形铸件一端连接传感器，打开开关，调节好仪器指针，开始工作。

2）将完全熔炼成液态的合金液取出搅拌均匀后，缓慢倒入铸型中3）观察线收缩曲线图的变化，并对图像进行分析。

四、数据处理及分析：

1、熔炼：

1）在进行熔炼前，应将原材料进行精密计算后配置，应用低熔点的

铜铝合金和铝锭进行配制。

2）在熔炼时，合金加热时间应足够长，直到熔炼液中无气泡逸出。3）在取出熔炼液时，应搅拌金属液，防止金属液的偏析，造成铸件成分的偏析。

2、热裂

1）数据处理：

由图像可知：（由右向左看）

在最右侧有明显的下降趋势，故受到压应力作用，表明铸件在膨胀，受到的最大的压应力F=20N；

由最右侧向左看，曲线呈缓慢上升，到压应力减小为0，铸件凝固收缩，受到拉应力。

随着收缩的不断扩大，应力增加，曲线呈急剧上升趋势，到达峰值，此处最大处应力为180N；

由于金属铸件内部产生细小的微观裂纹，未能得到及时的金属液补充，导致裂纹扩展，形成宏观裂纹，即产生热裂，由图像可以看出，铸件已经产生了宏观裂纹。

2）分析：液体金属浇入到铸型后，热量散失主要是通过型壁，所以，凝固总是从铸件表面开始。当凝固后期出现大量的枝晶并搭接成完整的骨架时，固态收缩开始产生。但此时枝晶之间还存在一层尚未凝固液体金属薄膜(液膜)，如果铸件收缩不受任何阻碍，那么枝晶骨架可以自由收缩，不受力的作用。当枝晶骨架的收缩受到砂型或砂芯等的阻碍时，不能自由收缩就会产生拉应力。当拉应力超过其材料强度极限时，枝晶之间就会产生开裂。如果枝晶骨架被拉开的速度很慢，而且被拉开部分周围有足够的金属液及时流入拉裂处并补充，那么铸件不会产生热裂纹。相反，如果开裂处得不到金属液的补充，铸件就会出现热裂纹。

3、线收缩

1）在熔炼过程中没有脱气，由图可以看出金属液膨胀，当金属液开始凝固，铸件的体积收缩。在测试阶段，收缩尺寸为（63-20）×50/100=21.5mm。

2）共晶成分比非共晶的收缩率大，因为共晶只有液态和固态两种形态。

4、流动性

由实验总结出影响流动性的因素如下：

1）合金的种类：不同种类的合金成分，具有不同的流动性。

2)合金的化学成分：纯金属和共晶成分的合金，凝固是由铸件壁表面向中心逐渐推进，凝固后的表面比较光滑，对未凝固液体的流动阻力较小，所以流动性好。ZL102试样为共晶成分，凝固方式为逐层凝固，窄结晶范围合金，流动性好。在一定凝固温度范围内结晶的亚共晶合金，凝固时铸件内存在一个较宽的既有液体又有树枝状晶体的两相区。凝固温度范围越宽，则枝状晶越发达，对金属流动的阻力越大，金属的流动性就越差。

3）铸型的条件：铸型的导热系数越小，金属液的流动性越好。有炭黑的c型，铸型表面有碳，且煤油灯的烘烤使表面含水量减少，其导热系数更小，流动性要好。

4）浇注温度:浇注温度越高，流动性越好。