材料综合实验指导书

《材料综合实验》指导书

金属材料工程专业

2013-8-20

沈阳理工大学材料学院

目录

实验一钢的热处理综合实验................................................ １实验二铸造合金流动性的测定.............................................. ３实验三铸造合金残余应力的测定............................................ ６实验四锻压变形原理实验.................................................. ７实验五焊接方法综合实验.................................................. ９

实验一钢的热处理综合实验

1.1实验目的

了解钢的热处理操作及硬度实验原理，正确设计、制定钢的淬火工艺，利用热处理炉和硬度计进行碳钢的热处理，并用硬度计检测硬度，分析硬度与热处理工艺的关联性，从而增强对热处理原理与工艺的感性认识，加深对热处理的了解。）

通过实验，使学生加深对课堂教学内容的理解，掌握热处理的基本原理和工艺基本知识，熟练使用热处理相关仪器设备。同时可逐步提高从事本专业科学研究实验以及分析和解决实际工程问题的动手能力；提高学生将理论与实践相结合的能力。

1.2实验设备和仪器

1)洛氏硬度计

2)热处理箱式炉

3)碳钢试样

3)直读光谱仪

1.3实验内容及要求

实验内容：学生自行设计制定碳钢（9SiCr）的热处理工艺，进行热处理操作，进行硬度检测实验，分析碳钢热处理工艺对组织性能的影响规律，撰写完整的实验分析报告。

实验要求：要求学生了解碳钢普通热处理(退火、正火、淬火、回火)的操作方法；了解钢在热处理时含碳量、加热温度、加热时间、冷却速度及回火温度等主要因素对钢热处理后组织与性能的影响；明确热处理过程中的操作注意事项；制订热处理工艺过程、设计操作步骤、确定工艺参数(如加热温度、保温时间、冷却速度等)；了解钢普通热处理(退火、正火、淬火、回火)下的金相组织变化和性能变化，建立金相组织、性能与热处理工艺关系的感性认识；使学生具备在指定工作条件下制定热处理工艺，以及通过热处理实践操作、硬度检测等实验过程，对相应的工艺进行初步实验、分析的能力。为今后的学习与实践奠定理论与实践的基础。

1.4实验原理及步骤

1.4.1实验原理

（1）碳钢的热处理工艺种类

热处理是改善金属材料的使用性能和加工性能的一种非常重要的工艺方法。在机械工业中，绝大部分重要的机件都必须经过热处理。热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变其整体或表面组织，从而获得所需性能的一种工艺。碳钢的热处理工艺种类有退火、正火、淬火、回火等，其目的和操作各不相同。淬火、回火一般可提高钢的硬度强度，正火退火一般为预备热处理，可改善材料工艺性能及力学性能。为了使钢件在热处理后获得所需要的性能，大多数热处理工艺（如淬火、正火和普通退火等）都要将钢件加热到高于临界点温度，以获得全部或部分奥氏体组织并使之均匀化，这个过程称为奥氏体化。然后通过不同的冷却制度，使奥氏体转变为不同的组织（包括平衡组织与不平衡组织），从而获得所需的性能。

亚共析钢、过共析钢的奥氏体形成，以及先共析铁素体或二次渗碳体继续向奥氏体转变或溶解的过程，只有加热温度超过A3（亚共析钢）或Acm（过共析钢）后，才能全部转变或溶入奥氏体。特别地，对过共析钢，在加热到Acm以上全部得到奥氏体时，因为温度较高，且含碳量多，使所得的奥氏

体晶粒明显粗大。

（2）碳钢的热处理工艺制定原则

亚共析钢淬火：淬火温度为Ac3+30-50℃。

共析钢、过共析钢淬火温度为Ac1+30-50℃。如图1所示。

图1碳钢淬火温度范围。

1.4.2步骤

（1）实验前复习有关内容和阅读实验指导书，为实验做好理论方面的准备。

（2）切割、打磨碳钢棒材，准备淬火试样。注意检查试样，检测硬度的两端面要磨平。

（3）采用直读光谱和XRD衍射仪对试样热处理前进行成份及物相检。

（4）在洛氏硬度计上检测待处理的碳钢试样硬度，了解其状态。记下硬度值。

（5）将试样放入热处理电炉，按照试验方案定出不同的温度，加热到所定温度后保温足够时间，然后出炉油冷却。

（6）分析热处理后的金相组织及性能检测

（7）采用XRD检测热处理后物相；扫描电镜观察形貌

（8）对比分析淬火前后硬度值。

实验二铸造合金流动性的测定

2.1 实验目的：

1）测定铸造合金成分对该合金流动性的影响。

2）测定浇注温度对该合金流动性的影响。

2.2 实验的基本原理

流动性是铸造合金的重要性能之一，它对铸件质量有较大的影响；如补缩、冷隔、浇不

足等。为获得优质铸件必须对流动性加以研究。

铸造合金流动性为液态金属本身充满铸型的能力，与合金的成分、温度、杂质含量及物理性质有关。

合金的流动性与合金的充型能力是两个概念。合金的充型能力是液态合金充满铸型型

腔，获得形状完整，轮廓清晰铸件的能力。由于影响液态金属充型能力的因素很多，很难对

各种合金在不同铸造条件下的充型能力进行比较。所以，常用固定条件下所测得的合金流

动性来表示合金的充型能力。

2.3 实验合金与试样

1）纯铝和铸铝102。

2）螺旋形试样如图2.1

通过实验研究成分对流动性的影响。取纯Al 和ZL102 合金在相同温度下浇注螺旋形试样，进行比较。在实验时，要求铸型相同（透气性、紧实度等）和过热温度相同。

研究温度对合金流动性的影响，纯Al 和ZL102 合金分别在不同温度下浇注螺旋形试样，比较螺旋试样的长度。

2.4 实验设备与材料

1）熔化设备：坩埚电阻炉两台或感应电炉，石墨坩埚两个

2）合金材料：工业纯Al

铸铝102

3）铸型：三副模板、三副砂箱、造型型砂及制型工具

4）热电偶（镍铬-镍硅）两支及毫伏表

5）去气剂：氯化锌