《材料成型原理及工藝》
實驗指導書
姓名班級
學號南京農業大學工學院機械工程系
材料成型及控制工程教研室
2023年11月
目錄實驗一鑄造合金流動性測定 1
實驗二鑄造合金熱裂傾向測定 4
實驗三焊接缺陷分析 6
實驗四鑄造合金收縮率的測定 12
實驗五鑄造殘餘應力測定 15
一、實驗目的
1．了解鑄造合金流動性的測定原理、方法及過程。
2．理解影響合金流動性的各種因素。
二、合金流動性測定原理
流動性是鑄造合金最主要的鑄造效能之一，其影響因素眾多：如金屬及合金自身的特性、出爐溫度、澆注溫度、鑄型的種類、鑄件結構複雜程度、澆注系統設計等，為使其具有可比性，實際中常澆注流動性試樣，並按澆出的試樣尺寸評價流動性的好壞。
流動性試樣按照試樣的形狀可分為：螺旋試樣，u試樣，棒狀試樣，楔型試樣，球型試樣等；按照鑄型材料來分有：砂型和金屬型。
螺旋試樣法應用比較普遍，其特點是接近生產條件，操作簡便，測量的數值明顯。
螺旋試樣的基本組成包括：外澆道，直澆道，內澆道和使合金液沿水平方向流動的具有倒梯形斷面的螺旋線形溝槽。合金的流動性是以其充滿螺旋形測量溝槽的長度（cm）來確定的。
圖1.1為同心三螺旋線測定法試樣形狀和尺寸。此法為標準法。
同心三螺旋線的合金流動長度的平均值來測定合金的流動性，從而提高了測量的精度。也可以採用不同心的三螺旋線試樣測定，圖1.2為不同心三螺旋線測定法試樣形狀和尺寸，其截面為倒梯形，長度為1500mm，每隔50mm試樣模型上有一凸點（便於讀數）。
分別測量三螺旋線長度取其平均值來測定合金的流動性。
三、實驗儀器裝置及材料
1．合金熔煉：100kw中頻感應電爐一台（套），容量為10kg的坩堝、容量為10kg手端包；或電阻爐一台，al2o3坩堝乙個，熱電偶、防護用品等。
2．混砂用：shn型碾輪式混砂機（容量0.1m3）石英砂、膨潤土、鑄造用煤粉。
3．造型制芯用：鑄件模樣螺旋型流動試樣模樣，澆注系統模樣，冒口模樣，砂箱，模板，芯盒，造型工具。
四、實驗步驟
1．用碾砂機混製好型砂、造型、合箱；
2．熔煉鑄造合金至預定溫度、經必要的爐前處理；
3．澆注前澆口塞堵住直澆口；
4．當澆品杯達到指定溫度時拔出澆口塞、讓合金液充填砂型，同時記錄澆注溫度；
5．當合金完全凝固並冷卻到試樣發黑時打箱，測量螺旋線長度。
五、實驗報告要求
1．簡述合金流動性的原理及方法。
2．將測量與計算資料以**列出。
3．分析影響合金流動性的因素。
4．寫出實驗的體會與疑問。
一、實驗目的
1． 測定鋁合金出現熱裂時收縮阻力和溫度範圍。
2． 熟悉測定熱裂傾向的方法。
3． 加深對熱裂機理的認識。
二、實驗原理
熱裂是合金在凝固末期的高溫下形成的裂紋。因為合金的線收縮是在完全凝固之前便已開始，此時固態合金已形成完整的骨架，但晶粒之間還有少量液體，故強度、塑性期甚低。若機械應力超過了該溫度下合金的強度，便發生熱烈。
其形狀特徵是縫隙寬、形狀曲折、縫內呈氧化色。其主要影響因素如下：
1． 合金性質
合金的結晶溫度範圍愈寬，液、固兩相區的絕對收縮量愈大，合金的熱裂傾向也就愈大。灰鑄鐵的球墨鑄鐵的熱裂傾向小，鑄鋼、鑄鋁、可鍛鑄鐵的熱傾向大。此外，鋼鐵中含硫愈高，熱裂傾向也愈大。
2．鑄型阻力
鑄型的退讓性愈好，機械應力愈小，熱裂傾向就愈小。鑄型的退讓性與型砂、型芯砂粘結劑的種類密切相。如採用有機粘結劑（如植物油合成樹脂等）配製的型砂芯砂，因高溫強度低，退讓性較粘土砂好。
三、主要儀器及材料
熱裂傾向測定儀1臺
x—y函式記錄儀1臺
電晶體直流穩壓電源1套
坩堝電阻爐1臺
澆注工具1套
鎳鉻—鎳矽熱電偶1套
四、實驗內容
測定鋁銅合金在同一工藝條件下出現熱裂時的收縮阻力及溫度，熱裂傾向測定儀如圖2.1所示。
五、實驗方法與步驟
1．熔化合金過熱到800℃保溫，金屬型底部用潮模砂造型。
2． 金屬型置於熱裂儀機座上，連好感測器，固定金屬型，將熱電偶插入鑄型。
3． 接通電路。調整記錄儀表，溫度用紅筆記錄，量程50mv，阻力用藍筆記錄，量程5mv，記錄速度3600mm/h。
4． 自鑄型中間澆入金屬液。
5． 注意觀察試樣熱節處裂紋的出現及記錄儀記錄曲線走向和溫度。
6． 記錄實驗資料，填寫實驗報告。
7． 六、實驗注意事項
1．自鑄型中間澆入金屬液時，注意不要溢位。
2．裂紋出現後應立即將測桿與感測器斷開，以免過載。
七、實驗報告要求
1. 簡述實驗原理及過程。
2. 整理實驗資料，形成實驗報告。
一、實驗目的
1．認識焊接氣孔和裂紋常見缺陷的基本特徵及產生原因。
2．學會焊接氣孔和裂紋的檢測方法。
二、實驗原理
1．氣孔和裂紋缺陷的形成及基本特徵
1）氣孔：在焊接過程中，熔池金屬中的氣體在金屬冷卻以前，未能來得及逸出，而在焊縫金屬中(內部或表面)所形成的孔穴，稱為氣孔。位於焊縫表面的氣孔稱為表面氣孔，處於焊縫內部的氣孔稱為內部氣孔。
氣孔的形狀有球狀、橢圓形、鏈狀和蜂窩狀等，見圖3.1。氣孔對焊縫的效能有較大的影響，它不僅減小了焊縫的有效工作斷面，使焊縫的力學效能下降，還破壞了焊縫金屬的緻密性，易造成洩漏。
在動載荷作用下，還會降低焊縫的疲勞強度。因此，在重要的焊接結構中是不允許氣孔特別是鏈狀和蜂窩狀氣孔存在的。
圖3.1 各種氣孔
a）表面氣孔b）內氣孔c）圓形氣孔d）橢圓形氣孔e）鏈狀氣孔f）蜂窩狀氣孔
2）裂紋：
在焊縫或熱影響區因開裂而形成的縫隙稱為焊接裂紋。通常把平行於焊縫的裂紋稱為縱向裂紋，垂直於焊縫的裂紋稱為橫向裂紋，在弧坑中的裂紋稱為火口裂紋或弧坑裂紋，如圖3.2所示。
圖3.2 焊接接頭裂紋分布形態示意圖
1—向裂紋；2—橫向裂紋；3—焊根裂紋；4—焊趾裂紋；
5—焊道下裂紋；6—層狀撕裂；7—火口裂紋
焊接裂紋是一種危害最大的缺陷，不僅降低焊接接頭的強度，還會引起應力集中，使焊接結構承載後造成斷裂，使產品報廢，甚至會引起嚴重的事故。根據裂紋產生的條件，裂紋可分為熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋和層狀撕裂四種。各種裂紋的分類及特徵見表1.
1。（1）熱裂紋
焊接過程中，焊縫和熱影響區金屬冷卻到固相線附近高溫區產生的裂紋稱為熱裂紋。熱裂紋一般產生在焊縫的結晶過程中，故又稱結晶裂紋或凝固裂紋。在焊縫金屬凝固後的冷卻過程中還可能繼續發展。
熱裂紋絕大多數產生在焊縫金屬中，有的是縱向，有的是橫向。發生在弧坑中的熱裂紋往往是星狀。有時熱裂紋也會發展到母材中去。
熱裂紋的外觀特徵是或者處在焊縫中心，或者處在焊縫兩側，其方向與焊縫的波紋線相垂直，露在焊縫表面的有明顯的鋸齒形狀。凡是露出焊縫表面的熱裂紋，因氧在高溫下進入裂紋內部，所以在裂紋斷面立即可以發現明顯的氧化色彩。
（2）冷裂紋
焊接接頭冷卻到較低溫度(約為200~300℃)時，產生的焊接裂紋叫冷裂紋。冷裂紋主要產生在中碳鋼和高強度的低合金鋼、中合金鋼中。
產生冷裂紋的溫度通常在馬氏體轉變的溫度範圍內，約為200~300℃。它的產生時間，可以在焊後立即出現，也可以在延遲幾小時、幾周，甚至更長的時間以後產生，所以冷裂紋又稱為延遲裂紋。
冷裂紋大多產生在母材或母材與焊縫交界的熔合線上。最常見的是焊道下裂紋、焊趾裂紋和焊根裂紋。冷裂紋外觀特徵多數是縱向裂紋，在少數情況下，也可能有橫向裂紋。
金屬表面的冷裂紋斷面上，沒有明顯的氧化色彩，所以裂口發亮。
表1.1各種裂紋的分類及特徵
（3）再熱裂紋
焊後焊件在一定溫度範圍內再次加熱而產生的裂紋叫再熱裂紋。再熱裂紋的熱影響區，往往都是沿晶界開裂，都在粗大晶粒區，並且是平行於熔合線分布。cr、mo、v等合金元素較多時，產生再熱裂紋的傾向增大。
（4）層狀撕裂
焊接時焊接構件中沿鋼板軋層形成的階梯狀的裂紋叫層狀撕裂。
防止措施：嚴格控制鋼材的含硫量，在與焊縫相聯接的鋼材表面預先堆焊幾層低強度焊縫和採用強度等級較低的焊接材料。
2．射線探傷機的工作原理
射線探傷是利用射線可穿透物質和在物質中有衰減的特性來發現缺陷的一種探傷方法。探傷中常用的射線有x射線和放射性同位索的射線，見圖3.3。
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