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《液態(tài)金屬成型實驗教材》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、液態(tài)金屬成型綜合實驗教程華中科技大學材料學院液態(tài)金屬成形是將金屬加熱到液態(tài)，使其具有流動性，然后澆入到具有一定的形狀的型腔中，液態(tài)金屬在重力或外力（壓力、離心力等）的作用下充滿型腔，冷卻并凝固成具有型腔形狀的鑄件。金屬熔煉與澆鑄成型是液態(tài)金屬成形的兩個環(huán)節(jié)，液態(tài)金屬成型實驗主要圍繞這兩個方面的內(nèi)容來進行。一是金屬液的熔化及凝固，著重探討鋁合金熔化及凝固過程中的問題，如金屬液的精煉、變質(zhì)處理工藝對鋁合金液體質(zhì)量的影響，冷卻速度、震動等對合金凝固組織的影響；二是探討不同的成型工藝，如分別采用消失模鑄造、金屬型鑄造
2、、離心鑄造等工藝，通過實際造型、澆注、解剖分析，結(jié)合CAE軟件，分析相關(guān)鑄造工藝的特點及有關(guān)鑄造缺陷產(chǎn)生的基本原理。液態(tài)成型實驗強調(diào)與其他實驗課程的銜接，如實驗中合金凝固組織的制備與分析可與機械大類“材料制備及組織性能”相銜接；消失模鑄造中所用的泡沫模樣和離心鑄造用的原型以可由“模具CAD/CAM/RPM綜合實驗”來完成。液態(tài)金屬成型綜合實驗的總體框圖如下圖所示：圖1液態(tài)成型實驗組織框圖實驗一、鋁合金熔煉及結(jié)晶凝固實驗本實驗將鋁合金熔化、精煉、氣體含量檢測（減壓凝固實驗）、金屬液的振動結(jié)晶等實驗綜合起來，通過
3、觀察凝固后的組織變化及力學性能實驗檢測，達到使學生認識、深入理解或研究通過組織控制能夠提高材料或鑄件的性能的目的。一、基礎(chǔ)理論液態(tài)金屬的熔煉是鑄件形成過程的重要環(huán)節(jié)。鋁合金的熔煉一般工藝流程如下圖所示：圖2鋁合金熔煉的一般工藝流程由于鋁合金的熔煉金屬熔煉與鑄造多敞開在大氣中進行，高溫爐料和熔化了的鋁合金液，都與空氣和爐氣中的氣體接觸，使鋁合金吸氣。另外加入到爐料中的中間合金、熔劑等都可能帶來氣體及雜質(zhì)，這些都是導致金屬液吸氣、氧化，形成氣孔和夾雜的根源，進而對鑄件的內(nèi)部及表面質(zhì)量、物理性能、力學性能及鑄造工藝
4、性能帶來較大的影響。因此對金屬液進行精煉、凈化處理，排除氣體及夾雜物，提高合金液的純凈度就顯得十分重要。常見的鋁合金精煉方法主要有C2Cl6精煉、無毒精煉劑精煉及吹氬氣精煉等，不同的精煉方法及精煉處理工藝，精煉效果有較大的不同。鑄件的性能與金屬宏觀組織的晶粒形態(tài)、大小、取向、分布有著密切的關(guān)系。細小的等軸晶、位相排列雜亂無序、晶界面積大，則力學性能不受方向性影響，其雜質(zhì)、缺陷分布較分散，化學物理性能較均勻。因此，致密的等軸晶使得金屬材料具有優(yōu)良的力學性能。而柱狀晶橫向長大時，受到相鄰晶體的阻礙。枝晶得不到充分
5、的發(fā)展，分枝較少，晶體比較粗大，晶界面積較小，位向一致。其性能具有明顯的方向性。縱向和橫向力學性能有較大的差別。對于普通金屬結(jié)構(gòu)材料，通常是不希望得到柱狀晶組織。在金屬凝固過程中，采用強化非均質(zhì)生核和促進晶粒游離的手段，可以抑制金屬凝固過程中柱狀晶區(qū)的形成和發(fā)展，可獲得等軸晶組織。研究表明，非均質(zhì)晶核數(shù)量越多，晶粒游離作用越強，溶體內(nèi)部越有利于游離晶的殘存，所形成的等軸晶就越細。在實際生產(chǎn)中，控制金屬的晶粒形態(tài)的方法有：A、控制金屬結(jié)晶熱力學條件（如低溫澆注、合適的冷卻條件、合理的澆注系統(tǒng)）；B、孕育或變質(zhì)處
6、理，以增加結(jié)晶核心或改變晶體的生長機制；C、采用物理的方法，如采用振動促進晶粒細化，改善金屬性能。典型的ZL105熔煉工藝如下：(1)熔煉前的準備工作1）清潔坩鍋；2）余熱坩鍋及工具到200～300℃；3）對坩鍋及工具噴涂（刷）涂料；4）清理預(yù)熱爐料；5）準備好熔劑及變質(zhì)劑；（2）配料計算由于熔煉中Si、Mg燒損達，成分含量的變化大，故應(yīng)按標準成分的上限計算配料。（3）裝爐次序及裝料1）回爐料；2）鋁硅中間合金；3）鋁錠。（4）熔化及精煉爐料裝好后，升溫熔化爐料，等爐料全部熔化后，除凈熔渣，加入熔劑。當溫度達
7、到680℃時，用鐘罩將預(yù)熱到200～300℃的Al-Mg中間合金或金屬鎂塊亞入熔池中心離坩鍋底150mm的深處，并慢慢回轉(zhuǎn)和移動，時間為3～5min,然后升溫到730～750℃，用氬氣或C2Cl6精煉10～15min。待精煉完畢后，靜置1～2min后，取試樣作爐前分析。如爐前成分發(fā)現(xiàn)合金成分低于或高于標準成分，則應(yīng)立即進行調(diào)整成分的工作。（5）變質(zhì)處理加入爐料總重量的1.5～2.5%的變質(zhì)劑進行變質(zhì)處理，變質(zhì)時間15～18min。（6）澆注當溫度達到750℃時，扒渣出爐，用坩鍋或手抬澆包盛取合金液，將合金液澆
8、入鑄型。二、實驗?zāi)康募皟?nèi)容1、目的鋁合金熔化后，通過不同的除氣及精煉方法處理后進行減壓凝固實驗，觀察含氣量的高低及氣孔的析出，觀察精煉處理對金屬液吸氣量的影響。通過液態(tài)純鋁在不同振幅、頻率條件下振動結(jié)晶，觀察振動時金屬液的晶粒組織的影響。2、內(nèi)容1)鋁合金的熔煉工藝實驗。探討不同熔化工藝、精煉工藝及變質(zhì)工藝對鋁合金鑄件組織性能的影響；2)金屬液氣體含量檢測實驗。通過減壓凝固儀檢測不同熔化精煉工藝下鋁
