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综合实验

课题变形程度对冷轧铝板机械性能的影响

设计小组13材控第13设计小组

指导教师张红云、张金标、刘建、汪劲松、陈守东学生姓名 1310121113 张春雷

1310121114 张峰

1310121115 张厚礼

1310121116 张京

1310121118 赵鹏成

1310121119 周虎

1310121120 朱旭

1310121121 左振扬

目录

实验计划 (1)

一、实验课题 (1)

二、实验目标 (1)

三、实验要求 (1)

四、实验内容 (1)

五、实验原料与仪器设备 (1)

六、分组与时间安排及考核 (2)

第一章实验原理 (3)

1.1轧制实验原理 (3)

1.2拉伸实验原理 (3)

1.3硬度检测实验原理 (3)

第二章实验参数设定及实验过程 (4)

2.1轧制实验参数设定 (4)

2.2拉伸试验参数的确定 (4)

2.3实验过程 (5)

第三章实验结果与分析 (7)

3.1轧制实验结果 (7)

3.2拉伸实验结果 (7)

3.3硬度检测实验结果 (7)

3.4实验分析 (8)

第四章实验总结 (10)

4.1总结 (10)

4.2小组分工 (10)

个人小结 (11)

2013级材料成型及控制工程专业综合实验计划

一、实验课题

变形程度对冷轧铝板机械性能的影响。

二、实验目的

通过本次综合实验的训练，使学生进一步掌握形变材料机械性能检测的原理、方法和技术，熟练掌握相关仪器设备的使用与操作方法，巩固材料成型理论知识，进一步提高学生运用所学专业知识综合分析、解决实际问题的能力。

三、实验要求

以变形程度为实验参数，研究钢板（或铝板）冷轧后金属机械性能变化情况。

四、实验内容

1、设计实验方案：确定实验目标，合理设计实验参数，分析实验原理，选择实验方法、数据采集方法和数据分析处理方法。

2、制定实验程序：详细制定综合实验的具体过程与操作顺序。

3、实验操作

（1）轧制实验操作：轧制试样的设计与加工；轧制实验。

（2）单向拉伸实验操作：拉伸试样的设计与加工；拉伸实验。

（3）韧性检测实验操作：韧性测试试样的设计与加工；硬度检测。

4、数据处理及绘图：将实验记录数据绘制成表格，采用数据回归法找出实验参数（如变形程度）与测量参数（如轧制力、抗拉强度）之间的关系，并绘制曲线图。

5、结论与分析：根据实验数据得出相应的结论，并对得出该结论的机理进行分析。

五、实验原料与仪器设备

实验材料（钢板或铝板），φ130mm实验轧机，万能实验机，硬度仪等。

六、分组

根据学号顺序将本年级学生分成14组，如下表所示。

组号学生学号

1 1310121001——1310121009

2 1310121010——1310121018

3 1310121019——1310121029

4 1310121030——1310121038

5 1310121039——1310121048

6 1310121049——1310121009

7 1310121057——1310121009

8 1110121112，13101210，66——1310121073

9 1310121074——1310121083

10 1310121084——1310121092

11 1310121093——1310121101

12 1310121102——1310121112

13 1310121113——1310121121

14 1310121122——1310121130

七、时间安排：2016.11.07—2016.11.18，为期二周，具体安排如下表所示。

日期11.07-11.08 11.09-11.10 11.09-11.11 11.11-11.16 11.17-11.18

工作内容制定实验方案轧制实验

制作拉伸

试样

抗拉强度

检测

硬度检

测

撰写报告

地点1-6组

实验

楼

C501

7-12

组实

验楼

C502

轧制

实验室

钳工

实训室

材料力学

实验室

金相

实验室

1-7组

实验楼

C501

8-14组

实验楼

C502

指导教师张金标

张红云

张金标

刘建

汪劲松

陈守东

汪劲松陈守东张红云汪劲松

说明：2016.11.09~11.16日实验期间，按指导教师安排分组依次进入相应实验室进行实验，其他同学需在教室完成其它工作。

八、考核

根据学生的实验方案设计、实验期间表现和实验报告情况综合评定成绩。

材料成型及控制教研室

2016. 11.03

第一章 实验原理

1.1轧制实验原理

同步轧制是指上下两轧辊直径相等，转速相同，且均为主动辊、轧制过程对两个轧辊完全对称、轧辊为刚性、轧件除受轧辊作用外，不受其它任何外力作用、轧件在入辊处和出辊处速度均匀、轧件的机械性质均匀的轧制。在轧制过程中，同步轧制变形区金属在前滑区，后滑区上下表面摩擦力都是指向中性面，中性面附近单位下力增强，使平均单位轧制增大。同步轧制时单位轧制压力沿变形区长度方向的类似抛物线形状分布。 1.2拉伸实验原理

金属拉伸实验是测定金属材料力学性能的一个最基本的实验，是了解材料力学性能最全面，最方便的实验。

1.2.1测量拉伸时的强度

（1）强度性能指标

屈服应力（屈服点）s σ——试样在拉伸过程中载荷不增加而试样仍能继续产生变形时的载荷（即屈服载荷）s F 除以原始横截面面积A 所得的应力值，即

A

F s

s =

σ 抗拉强度b σ——试样在拉断前所承受的最大载荷b F 除以原始横截面面积A 所得的应力值，即

A

F b

b =

σ （2）塑性性能指标

伸长率 ——拉断后的试样标距部分所增加的长度与原始标距长度的百分比，即

%1001?-=

l

l

l δ

式中：l 为试样的原始标距；1l 为将拉断的试样对接起来后两标点之间的距离。

1.3硬度检测实验原理

1.3.1洛氏硬度计

（1）原理：用金刚石圆锥或钢球，在一定压力下压入实验面，然后根据压痕定出硬度数值，实验时可从表上直接读出硬度值。

（2）应用范围：可用于测定各种钢材及金属淬火工件及硬质合金，轻荷洛氏适用于钢材渗碳、氧化等处理后的表面硬度的测定以及薄小试样。

（3）硬度计的构造：洛氏硬度计种类很多，外形构造各不相同，但构造原理及主要部件基本相同。

第二章实验参数设定及实验过程

2.1轧制实验参数设定

已知转过17个齿，压下量为1mm，现在分配每块钢板试样的压下量，在调整好辊缝的基础上，分别转动齿轮5个齿，9个齿，12个齿，15个齿，18个齿，即分别为0.3mm，0.5mm，0.7mm，0.9mm，1.1mm。如表3-1所示

表2-1 铝板冷轧变形程度的确定（理论设计）

试样编号0 1 2 3 4 5 轧前厚度

3 3 3 3 3 3

H/mm

压下量

0 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1

?/mm

h

转过齿数/个0 5 9 12 15 18

变形程度ε/% 0 10 16.7 23 30 36.7 注：该表格中数据仅为设计，以后面的试验中所得数据为准。

2.2拉伸试验参数的确定

2.2.1试样分类

按照国家标准GB/T 16865-2013《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》，试样按截面形状可分为全截面试样和非全截面试样，非全截面试样又可分为圆形试样、矩形试样、弧形试样，试样按标矩可分为比例试样和非比例试样。

2.2.2试样的型号及尺寸

矩形试样的型号和尺寸如表3-2所示：

表3-2矩形试样的型号和尺寸

2.2.3试样的选取

根据有关产品技术标准或双方协议选取。当产品标准、订货单(或合同)中无特殊规定时，应优先选用尺寸大的试样。各种型号试样所测得的伸长率不能相互比较。

轧制板、带、箔产品试样的选取厚度不大于0. 1 mm的箔材，应选用100 mm的定标距矩形不带头标准试样。厚度为0.1 mm~12. 5 mm的板、带、箔材，应选用50 mm的定标距矩形标准试样。若不能加工成50 mm的定标距矩形标准试样时，可采用25 mm的定标距矩形标准试样。厚度大于12. 5 mm时，应选用的圆形标准试样。

2.2.4试样的具体尺寸

选用50mm的定矩标准试样，由于设计时要考虑到试样能被夹头夹紧而不至于脱离，两端夹住长度分别可取30mm.如图2-1：

图2-1试样示意图

2.3实验过程

2.3.1轧制实验

2.3.1.1实验仪器及材料

（1）实验仪器： 130mm实验轧机；

（2）实验材料：厚度为3mm的钢板六块。

2.3.1.2实验步骤

（1）将六块规格的铝板试样进行编号，分别为0号，1号，2号，3号，4号，5号；

（2）开启轧机，按表2-1调整压下量，先将转盘转过5个齿数，即将辊缝减小0.3mm，进行试样1轧制，轧完后测出其轧制后轧件厚度h，并记录于表3-1

中。

（3）在进行试样2、3、4、5的轧制时，压下量调整为0.5mm，0.7mm，0.9mm，1.1mm(理论上)，再进行轧制，分别测量每次轧制后轧件的厚度h，并记录于表3-1中。

2.3.2拉伸实验

2.3.2.1实验步骤

（1）将轧制实验后的5块铝板试样和未加工试样0设计和加工成图2-1所示形状及尺寸，备用。

（2）将6块试样按原先的0~5编号进行拉伸实验。

2.3.3硬度检测实验

HR-150D电动洛氏硬度计的试验方法：

（1）选择合适的压头及载荷。

（2）根据试样的形状选择载物台，一般用平面台，圆形试样要用“V”形台。

（3）预加载荷：旋转手轮升高载物台使试样与压头接触，并观察表头刻度盘上的小指针，直到小指针从黑点转到红点，然后转动刻度盘调整旋钮使刻度盘的零点对准大指针。（4）按下启动电钮，硬度计自行加载、延时、卸载后，大指针指出的值即为硬度的测量值。

第三章 实验结果与分析

3.1轧制实验结果

表3-1铝板冷轧实际变形程度

3.2拉伸实验结果

表3-2 铝板试样拉伸时的断后伸长率与抗拉强度

试样编号 0 1 2 3 4 5 抗拉强度/MPa 118 108 101 102 100 91 断后伸长率/%

33

26

18.5

18.5

18.0

14.5

3.3硬度检测实验结果

表3-3铝板试样硬度检测结果

试样编号

变形程度/%

第一点硬度/HRB

第二点硬度/HRB 第三点硬度/HRB 平均硬度/HRB 0 0 92.5 60 61 71.17 1 3.6 55.5 34 33 40.67 2 14.5 61 86 62 69.67 3 26.2 80 54 36 56.67 4 27 46.5 81.5 90.5 72.3 5

31.3

39

50

79

42.67

试样编号 轧制前

H/mm

轧制后

h/mm

轧厚厚度/mm

变形程度 /%

0 2.90 2.90 0 0 1 2.80 2.70 0.1 3.6 2 2.90 2.48 0.42 14.5 3 2.90 2.24 0.76 26.2 4 2.82 2.06 0.76 27 5

2.94

2.02

0.92

31.3

3.4实验分析

3.4.1抗拉强度随变形程度变化曲线图

如图3-1所示：

图3-1 抗拉强度随变形程度变化曲线图

3.4.2伸长率随变形程度变化曲线图

如图3-1所示：

图3-2伸长率随变形程度变化曲线图

3.4.3硬度随变形程度变化曲线图

如图3-3所示：

图3-3 硬度随变形程度变化曲线图

由图3-1、图3-2、图3-3分析可得：铝板在轧制后，铝板的抗拉强度、断后伸长率和硬度随变形程度变化的大致趋势是先减小然后有略微的回升，但趋势不大，总体变化趋势还是随着变形程度的增加三个参量在减小。

理论上分析：塑性变形改变了金属内部的组织结构，在晶粒内部出现滑移带和孪生带，同时晶粒外形发生变化，晶粒的位向也发生改变。如：出现纤维状组织，形成变形织构。因而改变了金属的力学性能。随着变形程度的增加，金属的强度，硬度增加，塑性和韧性相应的下降。原因主要是由于加工硬化的结果。即，是由于塑性变形引起位错密度增大，导致位错之间交互作用增强，大量位错形成位错缠结，不动位错等障碍，形成高密度的位错林，使其余位错运动阻力增大，于是塑性变形抗力提高，金属塑性降低。因此理论上抗拉强度与硬度应随变形程度的增加而变大而伸长率由于加工硬化原因导致塑性减小，因此伸长率应随变形程度增加而有所减小。

实际实验结果与理论差别的原因：(1)实验设计变形程度相对偏小，导致实验结果不是很明显。（2）轧制试样在轧制时由于轧机弹跳值的影响导致变形不均匀。（3）在钳工加工过程中加工精度不高，是拉伸件表面光滑程度不均，加工过程中使工件表面产生划伤。（4）数据处理精度不高，每次进行数据测量时应该多次测量取平均值，数据读取时应该由同一个人读取，以尽可能的减少测量误差。

第四章实验总结

4.1总结

本次综合实验的课题是研究变形程度对冷轧铝板机械性能的影响。通过本次综合实验的训练让我们进一步掌握材料成型过程中力能参数的检测，变形后金属性能测试的原理，方法和技术，熟练地掌握相关仪器设备的使用与操作方法，巩固材料成形理论知识，进一步提高了我们对专业知识的综合运用分析，解决实际问题的能力。

本次设计是老师给出课题，让我们自己去设计，自己去动手做。实验主要分为轧制实验和拉伸实验以及硬度检测。实验设计的基本思路是：首先，设计实验方案，再根据设计的实验参数运用剪切机剪取六块铝板试样，进行轧制实验，轧制实验的目的主要是让铝板产生塑性变形；然后，通过拉伸实验检测变形程度对铝板冷轧变形后最大拉伸力、抗拉强度等参量的影响，拉伸试验的目的主要是检测变形对铝板相关机械性能的影响，以及用HR-150D电动洛氏硬度计对轧制后的铝板进行硬度检测；最后利用相关数据处理软件进行试验数据处理，然后对实验结果给出合理分析。

当然，在实验过程中也遇到了一些问题，如：我们在进行轧制实验前对试样的厚度测量不精确，仅测了一组数据，导致对轧件厚度的测量精度不高。这样会对实验结果产生影响，因为轧制实验是通过对相同试样采用不同压下量时轧制力的变化，实验中对轧件厚度的测量精度要求较高，以实现较小的测量误差。另外，在对拉伸试样进行钳工制做过程中由于加工没能保证试样拉伸件表面的光滑，导致在拉伸过程中因为裂纹在存在使工件被撕裂。试样1加工前标记线太深，导致拉伸过程中拉伸件从标记线断裂。对实验结果都产生了一定的影响。

本次实验我们小组分工明确，大家团结一致，在各位同学的共同努力和老师的指导下，我们完成了本次综合实验。可能实验结果不太尽如人意，但实验过程是很有意义的，不仅使我们对设计性实验的相关步骤与方法有了了解，更培养了我们之间彼此合作、互相信任的理念。实验结束后，通过的数据的处理，进一步加深了相对压下量对轧制力和金属机械性能关系的了解。其中掌握了以前实验中没有学过的回归分析。在对各组数据回归分析时，加深了对Excel数据分析功能的运用。

最后，对于老师的指导，在这里表示衷心的感谢。同时，感谢我们的团队成员，通过大家的努力顺利完成大学最后一次小组实验。

4.2小组分工

轧制实验：

拉伸实验：

硬度测定：方案设计：

实验报告撰写：

姓名：

持续两周的综合实验已经落入尾声，对于这次综合实验由于其持续时间比较以前的时间长，因此时间显得比较宽裕。在前两天我们根据指导老师所下达的任务说明书制定了实验方案，在设计实验方案过程中我们通过听取指导老师的意见、小组讨论来修改实验方案使之更加合理可行。接着各小组成员根据任务分配进行分工合作，我的主要任务是进行轧制实验以及拉伸实验。轧制实验是我们根据已经指定好的压下方案进行坯料选择以及制取，通过不同的样本厚度来探究变形程度对于冷轧铝板机械性能的影响。

然后利用所得坯料进行拉伸试样的磨制。对于拉伸试样的磨制，是本次实验的重点之一，因为样品磨制的准确程度会直接影响到实验结果的准确程度。如果样品与标准样品差距过大，会使实验结果产生变化，可能与实际结果相反，这让我们在制备样品的过程中要加以小心制备。接着我们通过所制备的样品进行硬度检测和拉伸实验，这些实验主要通过仪器测量来进行实验。

在本次综合实验过程中我们也有很多做的不到位的地方，如在磨制样品的过程中我们没有留样，使得实验时间比较预想中的要长。这也提醒我们在实验前对于实验方案的设计要仔细斟酌。

姓名：

在本次的综合试验中，我主要负责方案设计和撰写实验报告，我参与了整个实验，对实验的设计和流程比较了解，因为我组成员动手能力强，得到的实验数据准确，所以撰写实验报告得心应手，对在此我要感谢我们组的每一个组员，每个都是好样的，通过我们的一起努力与讨论完成了本次课题研究，首先我们一起讨论制定一个可行性方案，每一步的选取都会影响后续工作，这需要我们每个人心里都有一个一整套的流程。轧制结束之后我们去到了钳工实习车间，仿佛又回到我们刚开始学习机械的时候，所有的技术都必须基于基础，让我知道技术来源于生产，服务于生产，从这次综合实验中我意识到了团队合作的重要性，合理的设计流程的重要性，以及自身的不足我会继续努力学习专业知识，培养自己的综合能力，只有不断努力攀登高峰，才能领略更美的风景，对我今后学习于工作有很大觉悟于更好的态度去对待工作。

姓名：张厚礼

学号：1310121115

为期两周的综合实验结束了，也是大学最后一次的小组实验。本次实验课题是研究变形程度对冷轧铝板机械性能的影响。实验过程主要分为三个部分：通过轧制实验使铝板发生塑性变形，然后通过拉伸实验和硬度检测分别对变形后的试样进行相应参量检测与0号试样相比较以得到相应结论，此次试验我们主要取最大拉伸力，抗拉强度和硬度这三个参量进行比较。

在本次实验中我主要负责轧制实验、拉伸实验和方案设计。前两个实验在以往的课程学习中做过相似的，但通过这次实验又加深了印象以及对相关实验工具的使用、实验方法的掌握有了进一步认识与理解，方案设计时老师也帮指出了错误之处：在进行相关参数设计时要考虑多方面因素比如说压下量过小变形不明显，过大会导致拉伸制样时难度加大等等。通过老师的指导的组员之间的协同合作最终还是按时完成了实验内容，虽然结果可能不太准确，但实验过程却使我们学习到彼此之间相互协作的重要性，也使我们对以前所学知识有了更进一步认识。可以说本次实验即是复习又是对以前知识的检验与巩固，同时也是培养我们互相协作意识的重要一课，最后对于老师的指导表示感谢。

姓名：张京

学号：1310121116

临近毕业，在学院的安排下，我们进行了为期两周必不可少的综合性实验。实验名称为变形程度对冷轧铝板机械性能的影响。试验包括轧制实验、拉伸试验、硬度检测等方面。

我所完成的任务包括轧制实验、拉伸以及实验报告的书写。轧制实验一定要设置好合理的压下量，即变形率。金属拉伸实验是测定金属材料力学性能的一个最基本的实验，是了解材料力学性能最全面，最方便的实验。本实验主要是测定铝板在轴向静载拉伸过程中的力学性能。在试验过程中，利用实验机的自动绘图装置可绘出铝板的拉伸图。值得注意的是，由于试件在开始受力时，其两端的夹紧部分在试验机的夹头内有一定的滑动，故绘出的拉伸图最初一段是曲线。

通过两周的实验，我知道了团队合作的重要性，实验参数设定一定要合理，读数要多读几次求平均值等。感谢小组成员的帮助以及老师的指导。

姓名：赵鹏成

学号：1310121118

本次综合实验的课题为变形程度对冷轧铝板机械性能的影响，要求为以变形程度为实验参数，研究铝板冷轧后金属机械性能变化情况，内容为设计实验方案，制定实验程序，实验操作，数据处理及绘图和结论与分析。根据实验内容和实验要求，本组进行了任务分配，我负责的是实验方案设计、轧制实验操作和单向拉伸实验操作。

关于实验方案设计，由于本次实验要求为以变形程度为实验参数研究铝板冷轧后金属机械性能变化情况，所以需要设计不同的变形程度。在轧制试验方案设计中，我们首先确定压下量，计算出相对应的压下螺丝转过的齿数，再计算出变形程度即可。在单向拉伸实验方案设计中，主要设计分为试样的选取以及试样的型号及尺寸的设计，通过查阅国标，选取相应的型号和尺寸，画出试样示意图。在韧性检测实验设计中，主要就是选取三个点来测硬度，最后取平均值。关于实验具体操作，在轧制实验中，主要注意轧制前后数据的测量。在拉伸实验中，要在钳工实验是内按照试样示意图对试样进行加工，因为铝比较容易加工，所以加工时要小心，注意试样中间两边对称，圆角处过渡平滑，这样拉伸时受力才均匀，才会在中间部分断裂。

最后，经过本组成员的共同努力我们完成了这次综合实验。经过本次综合实验，让我进一步掌握了变形材料机械性能检测的原理、方法和技术，熟练掌握了相关仪器设备的使用与操作方法，巩固了材料成型理论知识，提高了运用所学专业知识综合分析、解决实际问题的能力。

姓名：周虎

学号：1310121119

两周的综合实验结束了，这次我们研究的是变形程度对冷轧铝板机械性能的影响。此次实验中我分配的任务是拉伸实验和硬度测试。在设计过程中，我对冷轧铝板的机械性能有了更深刻的了解。在这两周的时间里，加深了对铝板的机械性能这方面的知识的理解和消化。虽然在设计过程中遇到了一些问题，但在老师和同学的帮助下也一一解决。总的来说此次课程设计是对我所学知识的一次实践应用，在发现问题和解决问题的过程中也对自己的一些对知识理解薄弱的环节进行强化记忆和理解。同时在实验过程中通过与同学之间的相互合作也让我认识到团结互助的重要性。

姓名：朱旭

学号：1310121120

在此次课程设计中，我分配的任务是硬度测定和写实验报告，从本次课程设计中，我学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题的能力，出现差错的随机应变能力，和与人合作共同提高的能力，都受益匪浅，并且使我们的动手能力得到了很大的提高，对以后的工作、学习都有非常大的帮助。对我们而言，知识上的收获固然重要，但是精神上的丰收更加可喜，挫折是一种财富，经历是一种拥有。

在实验过程中，我们遇到了很多难题，但是在一组人的共同努力下，我们还是克服了这些困难。这也让我们明白只要齐心协力，我们就一定能更好的完成。做实验我们也不能人云亦云，要由自己的看法，这样我们就要有充分的准备，若是做了也不知道是个什么实验，那么就是白做了。实验总是与课本知识相关的，在实验过程中，我们应尽量减少操作的盲目性提高实验效率的保证。实验中的不足，我将努力改善，通过学习，实践等方式不断提高。最后感谢同学和老师的帮助。

姓名：左振扬

学号：1310121121

这次我们做的实验内容是变形程度对冷轧铝板机械性能的影响，我主要负责的是铝板的拉伸以及硬度测试。我们先将6块铝板分别轧制成不同的厚度，然后再切割打磨成适合拉伸的形状。之后分别进行硬度测试和拉伸。本以为这两个环节没什么关系，听了老师讲解后才知道，由于我们组在做的过程中没有留样，所以必须要先做拉伸再做硬度测试，因为拉伸变形会改变铝板的硬度，导致硬度测试结果不准确。所以我们先去做了硬度测试，记下数据，然后再做拉伸实验。

总的来说，在这次实验中，让我再次体验了，轧制、打磨、拉伸等操作过程，让我在课本外学习了其他知识，受益匪浅。