材料工程基础实验指导书bgyu.docx

材料工程程基础实实验指导导书王连琪 郑郑洁 徐兴兴文材料科学学与工程程学院材料成成形工艺艺介绍了了铸造、锻锻压、焊焊接专业业等方面的的知识，为为配合教教材达到到教学与与实际相相结合的的目的，使使学生能能理性认认识材料料成形的的方法，拟拟定了铸铸造、锻锻压、焊焊接实验验。一 铸造造性能实实验实验1 铸造造合金流流动性的的测定1.1实实验目的的：1）测定定铸造合合金成分分对该合合金流动动性的影影响。2）测定定浇注温温度对该该合金流流动性的的影响。1.2 实验的的基本原原理流动性是是铸造合合金的重重要性能能之一，它它对铸件件质量有有较大的的影响；如补缩、冷隔隔、浇不不足等。为了获获得优质质铸件就就必须对对流动性性加以研研究。铸造合金金流动性性的定义义为液态态金属本本身充满满铸型的的能力，它它与合金金的成分分、温度度、杂质质含量及及其物理理性质有有关。合金的流流动性与与合金的的充型能能力是两两个概念念。合金金的充型型能力是是液态合合金充满满铸型型型腔，获获得形状状完整，轮轮廓清晰晰铸件的的能力。由由于影响响液态金金属充型型能力的的因素很很多，很很难对各各种合金金在不同同铸造条条件下的的充型能能力进行行比较。所所以，常常常用固固定条件件下所测测得的合合金流动动性来表表示合金金的充型型能力。1.3 实验合金金与试样样1）纯铝铝和铸铝铝1022。2）试样样取一箱箱一件螺旋旋形试样如图图1.1通过实验验研究成成分对流流动性的的影响。取取纯All和ZL1102合合金在相相同温度度下浇注注螺旋形形试样，进行比较。在实验时，要求铸型相同（透气性、紧实度等）和过热温度相同条件下进行比较。研究温度度对合金金流动性性的影响响，纯All和ZL1102合合金分别别在不同同温度下下浇注螺螺旋形式式样，比比较螺旋旋式样的的长度。1.4 实验设设备与材材料 1） 熔化设设备：坩坩埚电阻阻炉两台台或感应应电炉石石墨坩埚埚两个 2） 合金材材料：工工业纯AAl 铸铝铝1022 3） 铸型：三副模板板、三副副砂箱、造造型型砂砂及制型型工具 4）热电偶（镍铬-镍硅）两支及毫伏表 5） 去气剂剂：氯化化锌图1.11 螺螺旋形流流动性试试样机构构示意图图1浇口口杯 2低坝 3直浇道道 4螺旋5高坝坝 66溢流道道 77全压井井 1.5 实验前准准备1） 熟熟悉螺旋旋形试样的结结构特点点及各部部分作用用，对铸铸型的要要求。2） 复复习合金金成分和和浇注温温度对铸铸造合金金流动性性的影响响。1.6 实验步步骤1）按实实验课堂堂内要求求造型，装装配造型型。（保保证相同同的造型型条件，用用仪器检检查紧实实度）。合合箱放平平待浇。2） 在在电阻炉炉内熔化化配置要要求的合合金，当当液态合合金温度度达到7730左右时时用氯化化锌精炼炼后，立立即清理理氯化物物熔渣，静静止1-2分钟钟后，按按要求的的浇注温温度即可可进行浇浇注。 3） 待待试件冷冷却后，打打箱、测测量试件件长度并并记录到到下表内内。1.7 实验数数据及处处理1） 实实验数据据：将各各组试验验数据填填入表11.1内。2） 数数据处理理绘出化学学成分与与流动性性、浇注注温度与与流动性性直角坐坐标流动动曲线图图。（三三或四组组数据综综合）表1.11实验数数据项目序号纯铝或ZZL1002备注1浇注温度度7206602螺旋形试试样长度度（mmm）3螺旋形试试样平均均长度（mmm）1.1.8实验验结果及及分析1） 简简述实验验原理 2） 根据实实验结果果，结合合状态图图分析合合金成分分浇注温温度对流流动性的的影响。 33） 讨论论分析误误差产生生原因，提提出改进进实验的的建议。 实验2 铸造合合金残余余应力的的测定2.1实实验目的的1） 测测定铝合合金应力力框试样样的残余余内应力力。 22） 测定定消除应应力退火火处理对对铸件残残余应力力的影响响。2.2实实验原理理铸件在凝凝固冷却却过程中中，由于于壁厚不不同，铸铸件各部部分冷却却速度不不一致。因因此各部部分的收收缩速率率不同，但但因各部部分彼此此相联，相相互制约约而产生生应力，此此应力称称为热应应力。热应力的的生成过过程，可可用应力力框试样说明明。应力框铸铸件的粗粗杆B和和细杆AA与横梁梁的连接接，可看看作是刚刚性连接接，应力力框中的的金属液液体在凝凝固收缩缩过程中中，首先先细杆AA冷却速速度快，BB杆冷却却速度慢慢因而AA杆的冷冷却速度度大于BB杆，通通过两端端连接的的横梁使使B杆受受压，AA杆身受受拉。如如忽略砂砂型阻力力，将在在A杆、BB杆同时时产生拉拉应力和和压应力力。随着着冷却时时间增长长，A杆杆和B杆杆的冷却却速度发发生明显显变化。因因而收缩缩速率也随之之改变，使使内应力力符号发发生明显显的改变变。2.3实实验设备备和工具具应力框试试件，退退火后的的应力框框试件，虎虎钳、手手锯、平平锉、钢钢尺、中中心冲、刻刻度显微微镜、手手锤等。2.4实实验步骤骤应力框两两个（其其一已退火处处理）。 A：测测定残余余内应力力1） 把把应力框框中粗杆杆表面的的砂去净净，并量量其长度度（精确确到1/10mmm）。2）在粗粗杆上用用中心冲冲打两个个凹洞，其其间距ll=100mm(精确到到1/110mmm)。用用刻度显显微镜测测定L长长。3） 用用手锯在在L间锯锯断，并并测量两两洞间间间距L。 4） 应用应应力公式式，求残残余内应应力。 （2.1） B：测测定消除除应力退退火处理理的作用用1） 应应力框退退火规范范2） 测测定锯断断前l=3） 测测定锯断后ll=4）计算算值2.5 实验结结果及分分析 1）根根据实验验过程，整整理实验验数据，并并对计算算的值值进行讨讨论。 22） 分析析影响应应力框试试样应力力值大小小的因素素。 二 锻压压变形原原理实验验 压力加加工工艺艺主要指指锻造和和冲压两两大类。锻锻造可分分为自由由锻和模模锻。而而冲压按按其变形形性质基基本可分分为两类类：即材材料的分分离与成成型。分分离是指指冲孔、落落料、剪剪切等工工序，而而成型是是指拉延延、挤压压、胀形形、弯曲曲等工序序。本实实验只做做一个冷冷冲压工工艺中的的拉延实实验，其其实验原原理和要要求如下下：2.1 实验目目的2.1.1 了解解极限拉拉延系数数的测定定方法及及拉延系系数计算算方法。2.2.2了解拉拉延模具具间隙挤挤凹模圆圆角半径径对拉延延力的影影响；间间隙对零零件质量量的影响响。2.2.3 测量量一种材材料的极极限拉延延系数、拉拉延力及及压边力力。2.2 基本原原理拉延是利利用模具具冲裁后后得到平平面毛坯坯变成开开口空心心零件的的冲压工工艺方法法。拉延过程程如图2.11所示，其其凸模与与凹模和和冲裁时时有所不不同，它它们工作作部分都都没有锋锋利的刀刀口，而而是做成成为一定定的圆角角半径，其其间隙也也稍大于于板料的的厚度，在在凸模的的作用下下，原是是半径DD0 的毛毛坯在凹凹模端面面和压边边圈之间间的缝隙隙中变形形，并被被拉进凸凸模和凹凹模之间间的间隙隙里形成成空心零零件的直直壁。零零件上高高度为HH的直径径部分是是由毛坯坯的环形形部分（外外经D00 ，内内径d）转转化而成成的。所以拉延延时毛坯坯的外部部环形部部分是变变形区，而而底部通通常是不不参加变变形的不不变形区区。拉延后零零件的直直径d与与拉延前前毛坯直直径D00 之比比称为拉拉延系数数m，并并用下式式表示： （2.1）从上式可可以看出出，拉延延系数表表示了拉拉延前后后毛坯直直径的变变化量，不不同的拉拉延系数数所需要要的拉延延力也不不同。影影响拉延延历的因因素很多多，它不不仅余拉拉延系数数有关。而而且与材材料的有有机性能能、零件件尺寸=凹模圆圆角半径径、润滑滑等有关关，计算算拉延力力的经验验公式很很多，这这里介绍绍一种常常用公式式：（2.22）第一一次拉延延力（牛牛顿）第一一次拉延延力（牛牛顿）第一一次拉延延后的零零件直径径（毫米米） t 材料厚厚度（毫毫米） 材料料抗拉强强度（MMPa） 第一一次拉延延系数图2.11压边圈的的压力必必须适当当，如果果过大就就要增加加拉延力力因而使使工件拉拉裂，而而压边圈圈的压力力过小会会使工件件侧壁或或凸缘起起皱。2.3 实验设设备，材材料及工工具1 BTT6杯突突度验机机 2 拉拉延模具具 3 游游标卡尺尺 4 拉拉延毛坯坯若干2.4 实验步步骤和方方法2.4.1步骤骤1） 将将拉延凸凸凹模分分别安装装在杯突突实验机机上下模模座上。2） 根根据毛坯坯直径选选用定位位圈，然然后将定定位圈放放稳，毛毛坯放置置安位圈圈中（机机油润滑滑）。3） 旋旋转压边边手柄施施加压力力，并注注意观察察压边力力指示表表，是压压边力不不宜过大大。4） 加加载速度度手柄选选用中速速，启动动电机进进行拉延延。并注注意观察察拉延力力指示表表直到拉拉延完毕毕，记录录拉延力力，压边边力。5） 反反向扳动动加载手手柄进行行卸载，发发向旋转转压边圈圈手柄，取取出工件件观察拉拉延件的的表面质质量测量量直径。注意：加加载速度度不宜过过大，拉拉延力不不允许超超过设备备额定吨吨位。2.4.2方法法：1）选用用一套凸凸凹模和和一套材材料直径径不同毛毛坯进行行拉延，直直到工件件拉到破破坏，计计算其极极限拉延延系数。2） 选选用一定定尺寸的的凸模，更更换不同同圆角半半径的凹凹模，观观察拉延延力的变变化情况况。3） 选选用一定定尺寸的的凹模，更更换不同同尺寸的的凸模，观观察模具具间隙对对拉延力力及工件件质量的的影响。2.5实实验结果果及分析析2.5.1 讨讨论模具具间隙对对拉延力力及工件件质量的的影响2.5.2 讨讨论造成成拉破的的可能因因素。三 焊接接方法综综合实验验3.1实实验目的的3.1.1掌握各种种焊接方方法基本本特点及及其典型型设备；3.1.2学习焊焊接方法法和设备备的选择择3.2 实验原原理：焊接在机机械制造造中是一一种十分分重要的的加工工工艺。焊焊接技术术的进步步很快，为为了能正正确选择择和使用用各种焊焊接方法法，必须须了解焊焊接的分分类，基基本特点点和设备备使用范范围。焊接是两两种或两两种以上上同种或或异种材材料通过过原子或或分子之之间的结结合和扩扩散连接接成一体体的工艺艺过程。促促使原子子和分子子之间产产生结合合和扩散散的方法法是加热热或加压压，或二二者同时时使用。焊焊接时，加加压可以以破坏连连接表面面的氧化化膜，产产生塑性性变形以以增加接接触面，使使原子间间达到产产生结合合力和扩扩散力的的条件（335）；加热的的目的是是使接触触面的氧氧化膜破破坏，降降低塑性性变形的的阻力，增增加原子子振动能能，促使使再结晶晶，扩散散和化学学反应等等过程。加加热的温温度和压压力成反反比。3.3 焊接分分类焊条电弧弧焊埋弧弧焊埋弧焊氩弧焊（MMIG）熔化极 COO2气体保保护电弧弧焊药芯焊丝丝电弧焊焊电弧焊钨极氩弧弧焊（TTIG）熔焊非熔熔化极 原子子氢焊等离子弧弧焊氧-氢焊焊气焊氧-乙炔焊焊 空气-乙炔焊焊激光焊 、电渣渣焊、铝热焊焊、电子子焊锻焊、摩摩擦焊、冷冷压焊、扩扩散焊、高高频焊、 爆炸炸焊、超超声波焊焊焊接压焊焊缝焊电阻焊点点焊对焊 炉中钎钎焊盐浴钎焊焊 钎焊焊 电阻钎钎焊火焰钎焊焊 烙铁钎焊焊当然，分分类的方方式也不不尽相同同。上述述是以工工艺流程程为分类类依据，也也可按能能量、压压力-温度、填填充物等等来分类类。实际际生产实实践中具具体情况况具体分分析。3.3 试验步步骤按焊接不不同的方方法进行行实验，如如表3.1所示示表3.11焊接方法法原理特点适用范围围熔焊气焊利用可燃燃气体与与氧气混混合燃烧烧的火焰焰熔化焊焊件和焊焊丝进行行焊接火焰温度度和性质质可调节节，热量量不够集集中，热热影响区区比较宽宽，生产产效率低低用于薄板板结构和和小焊件件，可焊焊钢、铸铸铁，铝铝、铜及及其合金金、硬质质合金等等电弧焊焊条电弧弧焊利用焊条条和焊件件之间的的电弧热热熔化焊焊条和焊焊件进行行手工焊焊接机动、灵灵活、适适应性强强，可全全位置焊焊接。设设备简单单耐用，维维护费低低。劳动动强度大大，焊接接质量受受人工技技术水平平影响，不不稳定在单件、小小件生产产和修理理中最适适用，可可焊3毫毫米以上上的碳低低碳钢、不不锈钢和和铜、铝铝等金属属，以及及铸铁的的焊补埋弧焊利用焊丝丝和工件件之间的的电弧热热熔化焊焊丝实现现焊件机机械化焊焊接，电电弧被焊焊剂覆盖盖与外界界隔离焊丝的送送进与移移动依靠靠机械进进行，生生产效率率高，焊焊接质量量好且稳稳定，不不能仰焊焊、立焊焊，劳动动条件好好适合于大大批量生生产中的的长直和和环形焊焊缝焊接接，可焊焊碳钢、合合金钢某某些铜合合金等中中厚板结结构，只只能平焊、横横焊角焊焊气体保护护焊氩弧焊用惰性气气体氙保保护电弧弧进行焊焊接。若若用钨棒棒做电极极，则为为钨极氩氩弧焊，即即（TIIG）焊焊，若用用焊丝做做电极，为为熔化极极氩弧焊焊，即（MMIG）焊焊对电弧和和焊接区区保护充充分，焊焊接质量量好，表表面无焊焊渣，热热量集中中热影响响区小，明明弧操作作易实现现自动焊焊接，焊焊接时须须挡风最适合焊焊接易氧氧化的铝铝、铜、钛及其其合金，锆锆、钼、钽等稀稀有金属属和不锈钢钢，耐热热钢等，可可焊接厚厚度0.5毫米米以上二氧化碳碳气体保保护焊用二氧化化碳气体体保护，用用焊丝做做电极的的电弧简简称COO2焊热量集中中，热影影响区小小变形小小，成本本低，生生产率高高，易操操作，飞飞溅较大大，焊缝缝成型不不够美观观，设备较较复杂，须须避风适合低合合金钢，低低碳钢制制造的各各种金属属结构压焊电阻焊点焊工件在电电极压紧紧下通电电使之产产生电阻阻热，将将工件间间接触面面熔化形形成熔核核包覆于于塑性环环形内形形成焊点点工件需搭搭接不需需填充金金属，用用低电压压大电流流，生产产率高变变形小，设设备功率率实现自自动化，焊焊前要预预处理最适合焊焊接低碳碳钢的薄薄壁冲压压结构，钢钢筋钢网网等，也也可焊铝铝镁及其其合金，适适于大批批量生产产3.5 焊接材材料3.5.1.钢板 45 2000×2000×6 2块3.5.2铝板板 2000×2000×3 2块块3.5.3钢、铝铝焊丝若若干3.5.4455 1毫米米钢板220×220×1 10组组3.6 焊接设设备交直流弧弧焊电源源 1台氧气乙炔炔瓶及附附属设备备 1台二氧化碳碳焊机 1台台埋弧焊焊焊机 1台台交直流氩氩弧焊机机 1台点焊机 1台台3.7 实验结结果及分分析3.7.1 按按实验报报告要求求写出实实验过程程与结果果3.7.2分析选选定焊接接方法的的主要依依据3.7.3.分析铝板板小于11毫米的的焊接方方法3.7.4讨论点焊焊飞溅产产生的原原因四、实验验考核方方法和评评定标准准4.1考考核方法法和评分分标准4.1.1根据据每个学学生实验验前的预预习准备备，实验验过程的的考查，实实验操作作情况及及实验报报告的质质量，综综合给出出实验成成绩。4.1.2实验验评分应应包括三三个方面面：1）实验验预习回回答提问问和实际际操作占占30%。2）实验验纪律占占10%。3）实验验报告660%。4.2评评分等级级评定成绩绩分优、良良、中、及及格和不不及格五五个等级级。优：900分以上上良：800-899分中：700-799分及格：660-669分不及格：59分以以下具体评定定标准如如下：优：自觉觉遵守实实验纪律律、能很很好预习习，试验验中具有有很强观观察能力力和动手手能力，实实验报告告书写工工整无原原则错误误，小错错误在两两个以下下。良：实验验中纪律律、预习习较好，试试验中具具有一定定观察能能力和动动手能力力，实验验报中原原则错误误不超过过一个。中：实验验中纪律律、预习习较好，试试验中具具有观察察能力和和动手能能力，实实报中原原则错误误不超过过两个。及格：实实验中纪纪律、预预习较好好，试验验中观察察能力和和动手能能力一般般，实报报中原则则错误不不超过三三个。不及格：实验中中严重违违章违纪纪，预习习考查均均较差如如抄袭报报告，不不参加实实验就写写报告，报告中数数据、表表格均有有错误者者。19