铸件形成理论实验指导书

1、冷却速度对7075铝合金组织和性能的影响实验指导书一 实验目的1. 研究7075铝合金在不同冷却速度对合金铸态组织和性能的影响及其规律；2. 了解各种溶剂、涂料、精炼剂、变质剂、中间合金及其选用；3. 了解炉料配比的计算过程和各种炉料的准备；4. 掌握真空感应电炉的操作规程及常用熔炼浇注工具的使用方法；5. 了解7075铝合金的牌号及相关性能。二实验材料绝大多数金属材料的制备加工都要经历凝固过程，控制材料凝固过程是控制材料组织、提高性能、挖掘材料潜力及开发新材料最重要的方法之一。材料凝固理论与凝固加工制备新技术研究是当今材料科学与工程前沿热点研究领域。铝合金是最重要的工业结构材料之一，铸造铝硅合金是在航空航天、机械、电子等工业中大量应用的重要结构材料，凝固组织特别是共晶硅的生长形态对其性能具有决定性影响，凝固过程控制、细化凝固组织、改变共晶组织生长形态，是控制铸造铝硅合金性能的重要措施。7075铝合金是一种冷处理锻压合金，强度高，远胜于软钢，7075是商用最强力合金之一。普通抗腐蚀性能、良好机械性能及阳极反应。细小晶粒使得深度钻孔性能更好，工具耐磨性增强，螺纹滚制更与众不同。抗拉强度：

2、524Mpa；屈服强度455MPa；伸长率：11%；硬度：150HB。主要用途：航天航空工业、吹塑模、超声波塑焊模具、高尔夫球头、机械设备、模具加工、用于制作高端铝合金自行车车架。特点：高强度可热处理合金、良好的机械性能、可使用性能好、抗腐蚀性能、抗氧化性能好。化学成分：Si：0.40%、Fe：0.50%、Cu：1.2-2.0%、Mn：0.30%、Cr：0.18-0.28%、Zn：5.1-6.1%、余量Al。三、实验设备 25Kg真空感应电炉，真空感应熔炼炉是在真空条件下，利用中频感应加热原理，将金属熔化的成套真空冶炼设备。适用于科研与生产单位对镍基合金及特殊钢、精密合金、高温合金、有色金属及其合金在真空或保护气氛下进行熔炼和浇铸。也可用做稀土金属及贮氢材料的熔炼和浇铸。四、实验内容 1.完成7075铝硅合金的熔炼浇铸工艺设计方案； 2.完成7075铝硅合金的熔炼； 3.了解真空感应电炉熔炼原理。五、熔炼浇注过程1、铝合金的熔化1) 坩埚、锭模及熔炼工具的准备 坩埚的准备 坩埚可以使石墨坩埚也可以是铁质坩埚。对于石墨坩埚，首先，根据熔化量的多少选用容量适当的坩埚；其次，如果使用的是新坩

3、埚，那么在使用之前，因由室温缓慢升温至900进行焙烧，以去除坩埚的水分并防止炸裂；如果使用的是旧坩埚（注意同一坩埚不能用于熔化不同牌号的合金）使用前应检查是否损坏，清除表面熔渣和其它脏物，装料前预热到250300，并加热到700800，以除去坩埚吸附的水分及其它化学物质。对于铁质坩埚一般采用球铁坩埚，也可用铸钢（或钢板焊接）坩埚。为提高坩埚的使用寿命，其表面可进行液体渗铝处理； 坩埚、锭模及熔炼工具，使用前应将残余的金属、氧化皮等杂物清除干净； 铝镁系合金的熔炼工具，使用前应在光卤石等溶剂中洗涤干净。 坩埚、锭模、熔炼工具使用前应涂防护涂料。涂料成分可见下表1：表1 坩埚和工具用涂料代号名称成分配比（重量百分比）%氧化锌滑石粉水玻璃水T03涂料三号2530/35余量T04涂料四号/20306 涂料的配制：涂料成分中的所有固体组元，配制前应磨碎，并经过100140目过筛，然后混合均匀。使用时，先将水玻璃倒入80100的热水中搅拌均匀，加入固体组元后再搅拌均匀，冷却后备用。配好后的涂料停放时间一般不超过8小时。将坩埚、锭模、熔炼工具预热到180250，涂以防护涂料。 涂料可以用喷刷，要求均

4、匀、表面光洁；对于金属型锭模，其涂料见附表8，同时，为利于补缩，远离冒口的部位涂薄些，而靠近冒口处涂厚些。必要时在产生缩孔的部位将涂料去除掉；冒口用涂膏刮上一层23厚的涂料，以提高冒口的补缩能力。2) 原材料 配制铝合金所用的金属材料应符合QB004原材料技术条件及验收标准； 配制涂料、精炼用剂所用的辅助材料也应符合QB004中的规定；3) 铝合金的配料配制铝合金采用金属锭、中间合金及回炉料，也可使用各种牌号的预制合金锭。对于回炉料，在使用及用量时都应该酌情考虑，且在装料前必须去除炉料表面上的锈迹、泥砂等污物。在确定铝合金的配制后，应进行炉料计算，炉料的计算，有元素含量计算法、炉料配比系数法等。 炉料加入先后原则：当用铝锭和中间合金熔化时，首先装入铝锭，然后加入中间合金；当用预制合金锭进行熔炼时，首先装入预制合金锭，然后补加所需的铝和中间合金；当炉料为回炉料和铝锭组成时，首先加入炉料中最多的那一部分；当熔炉容量足以装入几种炉料时，则应首先加入几种炉料时，则应首先装入熔点相近的成分，而容易烧损和低熔点的炉料，如镁和锌，应在最后加入，采用覆盖剂时，因在炉料开始熔化时就加入溶剂。当炉料全部熔

5、化后，进行搅拌使成分均匀，然后调温到除气工艺所需的温度。4) 合金的除气或精炼处理除气准备时，使用六氯乙烷时，应将其压成圆饼，存放干燥器内备用。使用六氯乙烷加载体时，载体材料（氟硅酸钠或二氧化钛）应进行脱水处理；氟硅酸钠于200250烘烤1224小时，二氧化钛于300400烘烤34小时，然后按附表5中的比例混合后压成圆饼放在干燥箱内备用。在进行处理时，先钟罩将除气剂压入坩埚底，沿坩埚直径1/3处的圆周匀速移动，为不使铝液大量喷溅，除气剂可分23次加入。除气结束后静置、除渣。对于除气效果，可分为炉前和炉后检验，炉前检验：用勺取约半勺合金液，用干净铁片刮去表面氧化物或渣，露出镜面样液面，冷却后如有气泡析出，则除气效果差，反之则效果好。炉后检验，试样经腐蚀后看到针孔的大小和多少。2、铝合金的浇注1) 浇注前的准备工作 工具的准备：所有工具应经过清理、预热、涂料，使用前应再次预热；开模机构的检查：检查开模机构各部分是否完好，各部分应加油润滑；金属型模的预热：预热前应仔细清除原来的涂料。金属型模的涂料：涂料的配比应根据金属型的特点选取涂料并进行涂敷。2) 浇注操作金属型模合严后，应尽快浇注，避免

6、其降温。浇注时，开始瞬间应略慢，防止金属液溢出浇口杯和严重冲击型腔，紧接着应加快浇注速度，使浇口杯充满，做到平稳而不中断液流。浇注快慢尚须视不同金属型模而变化，操作者应积累经验，以便做到不冷隔、排气顺畅及不冲坏型芯。浇包中的合金液应正好为铸件所需用量，如有剩余，应浇入锭模中，禁止将剩余金属液返回坩埚中。浇注完毕，根据不同铸件，即时开模，做到不因开模过早损坏铸件，也不因过迟而产生脱模困难。取出铸件后，观察铸件是否合格。3) 浇注安全A. 实验场地应平坦、整洁，道路畅通，场地上不得有积水，且应有良好的通风措施。B. 搬运金属型、浇注和取出铸件都应细心操作，防止碰伤和烫伤；C. 浇包中铝液不宜太满；D. 金属液溢出铸型外时，应放干砂，以防止爆炸伤人。4) 铝合金熔炼浇铸工艺： 试验方案的确定（炉料的计算及熔炼浇铸工艺）坩埚、锭模及熔炼工具的准备中间合金的配制配料加料熔化精炼处理变质处理浇铸取模。六实验步骤试验方案的设计造型铸型准备或锭模准备浇注熔体变质处理（不做）熔化加料配料金相试样硬度试样其它性能测试试样等试验结果整理、分析、撰写实验报告打箱、清理切割七、实验报告要求1. 做好原始记录；2. 介绍真空感应炉熔炼原理；3. 分析不同冷却速度对7075铝合金铸态组织、性能的影响；思考题：1） 纯金属和实际金属在结构上有何异同？2） 什么是液态合金的充型能力？影响充型能力的因素有哪些？3） 冷却速度对显微组织以及力学性能有什么影响规律？实验报告格式1.实验目的：2.实验材料：3.实验设备：4.实验步骤（实际操作步骤）：5.真空感应炉熔炼原理：6.实验结果及其分析（不同冷却速度对组织和硬度的影响,要求配标准格式金相图4副，显微硬度测试数据表格）7.思考题：

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