材料成型原理及实用实用工艺实验指导书-大作业

《材料成型原理及工艺》实验指导书

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南京农业大学工学院机械工程系材料成型及控制工程教研室

2006年11月

目录

实验一铸造合金流动性测定 (1)

实验二铸造合金热裂倾向测定 (4)

实验三焊接缺陷分析 (6)

实验四铸造合金收缩率的测定 (12)

实验五铸造残余应力测定 (15)

实验一铸造合金流动性测定

一、实验目的

1．了解铸造合金流动性的测定原理、方法及过程。

2．理解影响合金流动性的各种因素。

二、合金流动性测定原理

流动性是铸造合金最主要的铸造性能之一，其影响因素众多：如金属及合金自身的特性、出炉温度、浇注温度、铸型的种类、铸件结构复杂程度、浇注系统设计等，为使其具有可比性，实际中常浇注流动性试样，并按浇出的试样尺寸评价流动性的好坏。

流动性试样按照试样的形状可分

为：螺旋试样，U试样，棒状试样，楔

型试样，球型试样等；按照铸型材料来

分有：砂型和金属型。螺旋试样法应用

比较普遍，其特点是接近生产条件，操

作简便，测量的数值明显。

螺旋试样的基本组成包括：外浇

道，直浇道，内浇道和使合金液沿水平

方向流动的具有倒梯形断面的螺旋线

形沟槽。合金的流动性是以其充满螺旋

形测量沟槽的长度（cm）来确定的。图

1.1为同心三螺旋线测定法试样形状和

尺寸。此法为标准法。同心三螺旋线的

合金流动长度的平均值来测定合金的

流动性，从而提高了测量的精度。也可图1.1 同心三螺旋线测定法试样

以采用不同心的三螺旋线试样测定，图1.2为不同心三螺旋线测定法试样形状和尺寸，其截面为倒梯形，长度为1500mm，每隔50mm试样模型上有一凸点（便于读数）。分别测量三螺旋线长度取其平均值

来测定合金的流动性。

三、实验仪器设备及材料

1．合金熔炼：100kW 中频感应电炉一台（套），容量为10kg 的坩埚、容量为10kg 手端包；或电阻炉一台，Al 2O 3坩埚一个，热电偶、防护用品等。

2．混砂用：SHN 型碾轮式混砂机（容量0.1M 3）石英砂、膨润土、铸造用煤粉。

3．造型制芯用：铸件模样螺旋型流动试样模样，浇注系统模样，冒口模样，砂箱，模板，芯盒，造型工具。 四、实验步骤

图1.2 不同心三螺旋线试样示意图

1堤坝式浇口杯 2 上砂箱 3下砂箱4全压井5螺旋形试样

a 缓冲池

b 直浇口

c 溢流池

d 浇口井

1．用碾砂机混制好型砂、造型、合箱；

2．熔炼铸造合金至预定温度、经必要的炉前处理；

3．浇注前浇口塞堵住直浇口；

4．当浇品杯达到指定温度时拔出浇口塞、让合金液充填砂型，同时记录浇注温度；

5．当合金完全凝固并冷却到试样发黑时打箱，测量螺旋线长度。

五、实验报告要求

1．简述合金流动性的原理及方法。

2．将测量与计算数据以表格列出。

3．分析影响合金流动性的因素。

4．写出实验的体会与疑问。

实验二铸造合金热裂倾向测定

一、实验目的

1．测定铝合金出现热裂时收缩阻力和温度范围。

2．熟悉测定热裂倾向的方法。

3．加深对热裂机理的认识。

二、实验原理

热裂是合金在凝固末期的高温下形成的裂纹。因为合金的线收缩是在完全凝固之前便已开始，此时固态合金已形成完整的骨架，但晶粒之间还有少量液体，故强度、塑性期甚低。若机械应力超过了该温度下合金的强度，便发生热烈。其形状特征是缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。其主要影响因素如下：1．合金性质

合金的结晶温度范围愈宽，液、固两相区的绝对收缩量愈大，合金的热裂倾向也就愈大。灰铸铁的球墨铸铁的热裂倾向小，铸钢、铸铝、可锻铸铁的热倾向大。此外，钢铁中含硫愈高，热裂倾向也愈大。

2．铸型阻力

铸型的退让性愈好，机械应力愈小，热裂倾向就愈小。铸型的退让性与型砂、型芯砂粘结剂的种类密切相。如采用有机粘结剂（如植物油合成树脂等）配制的型砂芯砂，因高温强度低，退让性较粘土砂好。

三、主要仪器及材料

热裂倾向测定仪 1台

X—Y函数记录仪 1台

晶体管直流稳压电源 1套

坩埚电阻炉 1台

浇注工具 1套

镍铬—镍硅热电偶 1套

四、实验内容

测定铝铜合金在同一工艺条件下出现热裂时的收缩阻力及温度，热裂倾向测定仪如图2.1所示。

五、实验方法与步骤

1．熔化合金过热到800℃保温，金属型底部用潮模砂造型。

2．金属型置于热裂仪机座上，连好传感器，固定金属型，将热电偶插入铸型。

3．接通电路。调整记录仪表，温度用红笔记录，量程50mV，阻力用蓝笔记录，量程5mV，记录速度3600mm/h。

4．自铸型中间浇入金属液。

5．注意观察试样热节处裂纹的出现及记录仪记录曲线走向和温度。

6．记录实验数据，填写实验报告。

7．

六、实验注意事项

1．自铸型中间浇入金属液时，注意不要溢出。

2．裂纹出现后应立即将测杆与传感器断开，以免过载。

七、实验报告要求

1. 简述实验原理及过程。

2. 整理实验数据，形成实验报告。

图2.1 热裂倾向测定仪示意图

1-机座2-金属型3-热电偶4-测杆5-拉压力传感器

实验三焊接缺陷分析

一、实验目的

1．认识焊接气孔和裂纹常见缺陷的基本特征及产生原因。

2．学会焊接气孔和裂纹的检测方法。

二、实验原理

1．气孔和裂纹缺陷的形成及基本特征

1）气孔：在焊接过程中，熔池金属中的气体在金属冷却以前，未能来得及逸出，而在焊缝金属中(内部或表面)所形成的孔穴，称为气孔。位于焊缝表面的气孔称为表面气孔，处于焊缝内部的气孔称为内部气孔。气孔的形状有球状、椭圆形、链状和蜂窝状等，见图3.1。气孔对焊缝的性能有较大的影响，它不仅减小了焊缝的有效工作断面，使焊缝的力学性能下降，还破坏了焊缝金属的致密性，易造成泄漏。在动载荷作用下，还会降低焊缝的疲劳强度。因此，在重要的焊接结构中是不允许气孔特别是链状和蜂窝状气孔存在的。

图3.1 各种气孔

a）表面气孔b）内气孔c）圆形气孔d）椭圆形气孔e）链状气孔f）蜂窝状气孔

2）裂纹：

在焊缝或热影响区因开裂而形成的缝隙称为焊接裂纹。通常把平行于焊缝的裂纹称为纵向裂纹，垂直于焊缝的裂纹称为横向裂纹，在弧坑中的裂纹称为火口