热处理实验报告

-1-南京航空航天大学实验报告题目金属材料工程试验学生姓名学号学院材料科学与技术学院专业材料科学与工程班级指导教师二〇一二年十一月金属材料工程试验报告-2-摘要本实验旨在培养考察材料专业本科学生对专业知识、专业技能的掌握和运用，学会综合应用已学的相关课程知识，解决实际问题。达到理论知识的复习、巩固、验证与应用及动手能力的培养和工程经验的积累的目的。通过ZL109的熔炼、热处理工艺，以及热处理之后对材料性能、组织成分的检测等材料制备整个流程的设计实验，要求学生设计实验方案、进行实验过程操作、对实验制备得到的试样进行性能检测和成分分析。铝合金强化热处理主要是通过淬火或淬火加人工时效来实现的。固溶化处理的保温温度取决于合金的成分和相图。在拉伸实验中，淬火态试样的平均最大拉力值、平均抗拉强度以及平均硬度等多项数据指标均比铸态试样高，而淬火时效态试样的上述各项数据指标均比淬火态试样高。此结论说明经过淬火时效后的铸铝合金具有更好的强度和硬度，力学性能得到很好的改善。关键词：ZL109，熔炼铸造，固溶时效，硬度，拉伸，金相分析-3-目录摘要...............................................................................................................................i目录..............................................................................................................ii第一章实验目的........................................................................................1第二章实验材料及设备..............................................................................1第三章实验方案设计..................................................................................13.1熔炼铸造准备...................................................................................13.2制作工艺卡片..................................................................................13.3性能测试试样加工图.......................................................................1第四章实验步骤..........................................................................................24.1铸造铝合金的铸锭成型方法...........................................................24.1.1铸造铝合金熔炼方法技术要点............................................24.1.2铸造铝合金熔炼方法步骤.....................................................24.1.3铸造铝合金熔炼方法注意事项............................................24.2铝合金铸坯成型...............................................................................34.3制作板材拉伸试样和立方块状试样...............................................34.4铸造铝合金的热处理.......................................................................44.4.1热处理的目的........................................................................44.4.2铝合金热处理原理.................................................................44.4.3热处理方法............................................................................54.5实验清单..........................................................................................6第五章试样力学性能和组织成分检测......................................................65.1力学性能检测..................................................................................65.2试样金相图片...................................................................................75.2.1铸态试样的金相照片.............................................................75.2.2淬火态试样的金相照片.........................................................85.2.3淬火时效态试样的金相照片.................................................9第六章心得体会.............................................10-4-第一章实验目的学会综合应用已学的相关课程知识，解决实际问题。达到理论知识的复习、巩固、验证与应用及动手能力的培养和工程经验的积累的目的。本实验旨在培养考察材料专业本科学生对专业知识、专业技能的掌握和运用，通过ZL109的熔炼、热处理工艺，以及热处理之后对材料性能、组织成分的检测等材料制备整个流程的设计实验，要求学生设计实验方案、进行实验过程操作、对实验制备得到的试样进行性能检测和成分分析。第二章实验材料及设备ZL109铝锭铝块、变质剂、精炼剂、铸模、坩埚、箱式炉、井式炉、烘干器、水浴箱、五金配套工具、拉伸试验机、硬度仪、金相显微镜、吹风机、数码相机、计算机、金相砂纸、4%硝酸酒精等。第三章实验方案设计3.1熔炼铸造准备查得ZL109的合金牌号为ZAlSi12Cu1Mg1Ni1铸造铝合金的化学成分以及杂质允许含量数据如下表所示：表3.1ZL109化学成分及允许杂质含量SiCuMgNiFeZnPb11.0~13.0%0.5~1.5%0.8~1.3%0.8~1.5%≤0.7%≤0.2%≤0.05%TiSnMnAl≤0.2%≤0.01%≤0.2%余量3.2制作工艺卡片制定金属熔炼、浇铸、铸造及热处理工艺卡片（见附录）3.3性能测试试样加工图实验基本流程：金属熔炼→浇注成型→热处理→组织成分、力学性能检测。第四章实验步骤-5-4.1铸造铝合金的铸锭成型方法4.1.1铸造铝合金熔炼方法技术要点纯铝在坩埚内熔化后，铝液温度达到690℃-720℃时加入纯硅，当铝硅液温度达到700℃-730℃（由于熔点相差很大，溶解的很慢，需要较大的过热才能完全溶解）加入10Kg的NaNO3、13Kg的BaCl2、10Kg的NaF、13Kg的NaAlF4、21Kg的KTiF5、6Kg的KBF、13Kg的NaCl、10Kg的C粉配制成的精炼变质细化剂，用侵盐勺压入铝液面下，距坩埚底100-150mm。该铸造合金熔炼方法可达到精炼、变质、细化一步完成，操作时间缩短，减少合金熔炼增铁，提高铝合金质量，并能减少对环境的污染。4.1.2铸造铝合金熔炼方法步骤（1）将适于熔炼铝硅合金的熔炼炉清理干净，预热至200-300℃，喷刷涂料；准备熔炼操作用各种工具，清理干净，预热至200-300℃，喷刷涂料，并烘烤去除水份；（2）将预先配制好的精炼变质细化剂按处理铝硅液量的需要称量好，放入烘干箱，在200-300℃下烘烤数分钟，备用；（3）装炉熔化：先将回炉料装入熔炼炉，再按设定铝硅配比加入纯铝和纯硅；熔化后搅拌均匀，再加入所需中间合金，待化清后搅拌均匀；（4）精炼、变质、细化综合处理，并按需要调整好铝液的化学成份；（5）调温至已知工艺要求温度时，出炉浇注，其特征在于：所述的装炉熔化步骤中，当铝熔化后，铝液温度达到690-720℃时加入纯硅；所述的精炼、变质、细化综合处理，是当铝液温度达到700-730℃时进行精炼、变质、细化综合处理，打净炉中铝液表面的浮渣，加入烘烤好的精炼变质细化剂，将其撒在铝液表面，用侵盐勺压入，使其与坩埚底部保持100-150mm距离，来回上下运动，直到液面不再冒泡，处理时间为15-25分钟，精炼变质细化剂加入量按重量百分比计为铝硅液的1.8-2.8%。4.1.3铸造铝合金熔炼方法注意事项（1）熔炼时，熔剂需均匀撒入，待纯铝全部熔化后再加入中间合金和其他金属，并压入铝液内，不准露出液面。（2）炉料熔化过程中，不得搅拌金属。炉料全部融化后可以充分搅拌，使-6-成分均匀。（3）铝合金熔体温度控制在720℃-760℃。（4）炉料全部熔化后，在熔炼温度范围内扒渣，扒渣尽量彻底干净，少带金属。（5）镁的加入在出炉前或精炼前，以确保合金成分。（6）熔剂要保持干燥，钟罩要事先预热，然后放入熔体内，缓慢移动，进行精炼。精炼时要保证一定的时间，彻底除气除渣。（7）精炼后要撒熔剂覆盖剂，然后静置一定时间。扒渣，出炉浇铸。浇铸时流速要平稳，不要断流，注意补缩。4.2铝合金铸坯成型铸坯成型是将金属也铸成形状、尺寸、成份和质量复合要求的锭坯。一般而言，铸锭应满足下列要求：（1）铸锭形状和尺寸必须符合压力加工的要求，以避免增加工艺废品和边角废料；（2）坯料内外不应该有其空、缩孔、夹杂、裂纹及明显偏析等缺陷，表面光滑平整；（3）坯锭的化学成份符合要求，结晶组织基本均匀。实验中，将熔化完全的铝液浇注铸坯、冷却、开型等步骤后得到坯锭。4.3制作板材拉伸试样和立方块状试样（1）将铸造坯锭采用线切割的方式切割为板材状拉伸试样8个。（2）根据GB6397-1986的标准制作板材状拉伸试样，试样的结构尺寸图如下：-7-图4.1板材拉伸试样注：上图所示板材状拉伸试样厚度a0=4mm,宽度b0=20mm,标距l0=54mm。4.4铸造铝合金的热处理4.4.1热处理的目的（1）充分提高铸件的机械性能，保证一定的塑性，提高合金抗拉强度和硬度，改善合金的切削加工性能等；（2）消除由于铸件壁厚不均匀、快速冷却等所造成的内应力；（3）稳定铸件的尺寸和组织，防止和消除因高温引起相变产生体积胀大现象；（4）消除偏析和针状组织，改善合金的组织和机械性能。4.4.2铝合金热处理原理图4.2Al-Si二元相图（1）由Al-Si二元状态图可知，A1和Si不能形成中间相，铝硅合金可视为主要Al基体和Si相组成。在共晶合金中共晶Si相为粗大针状形态；在过共晶合金中初生Si相呈粗大的多边形和板条状分布，两者都严重割裂基体，导致塑性