《材料成型理论》实验指导书

《材料成型理论》模块实验指导书模块编号：M064017模块名称：材料成型理论实验学时：8学时实验总体状况：序号实验名称实验时数实验类别每组人数01液态成型工艺3综合3~502压缩法测定真实应力应变曲线3综合3~503圆环镦粗法测得摩擦系数2综合3~52实验一液态成型工艺一、实验目的1、了解液态成型工艺过程2、掌握液态成型的加工方法3、熟悉合金流动性的概念，掌握合金流动性的测定方法4、了解影响合金流动性及充型能力的因素二、实验原理液态成型工艺有铸造、液态模锻等多种方法。其中历史最悠久，应用最广泛的是铸造。它是将液态金属浇注到铸型内凝固成型的工艺方法。铸造特点：1.不受零件大小、形状、材料的限制。2.原材料来源广，生产成本低。3.生产过程较复杂，易出现废品，不适单件小批量生产。获得合金铸件的重要指标：液态合金的充型能力是指液态合金充满铸型型腔获得形状完整、轮廓清晰的复杂铸件的能力。若充型能力不足，将使铸件产生浇不足或冷隔等缺陷。影响充型能力的因素一）、合金的流动性合金的流动性是合金铸造过程中的一种工艺性能。流动性越好充型能力越强则越有利获得轮廓清晰薄壁的铸件（对薄壁、大型复杂尤为重要），否则易出现浇不足、冷隔等缺陷。常见铸造合金中灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，铝合金次之，铸钢最差。影响合金流动性的主要因素：1.化学成分：共晶合金流动性好，恒温下逐层凝固使结晶面光滑，合金的T溶低，过热度高。2.浇注条件：浇注温度：T浇越高，合金粘度越低，过热度越高，合金保持液态的时间越长，充型能力提高。但T浇过高，铸件晶粒易出现缩孔、气孔、粘砂之类的缺陷。对薄壁复杂铸件或流动性较差的合金可适当提高浇注温度。3.浇注压力：增大浇注压力显然可改善合金的充型能力。二）、铸型充填条件1．铸型导热能力：相同条件下，金属型和砂型铸造同一零件时，金属型浇不足。金属型导热能力强，容易降低合金的温度，导致其充型能力差。而砂型的导热能力较弱，充型能力较强。2.铸型的阻力：相同条件下，砂型与金属型铸造（铸型加热到200℃）金属铸型气体不能排除反压力增大，将导致金属液填充铸型的能力下降。三、实验材料实验材料为熔点分别为50℃的共晶蜡料（成分为25%的石蜡和75%的硬脂酸）和60℃的亚共晶蜡料（成分为75%的石蜡和25%的硬脂酸）。四、实验仪器和设备1.低温、中温加热炉各一台2.液态成形实验装置一台33.各种实验用模具若干套4.合金流动性测试仪五、实验内容1.材料的流动性实验1）实验过程选择平板模，在重力充型的条件下，分别将共晶蜡料和亚共晶蜡料加热到60℃和70℃后，浇入浇口杯中。待冷却至20℃时，从模中取出蜡样，观察外观截面的质量，并完成下表1-1：表1-1液态性质对成形性的影响蜡料收缩大小与特征外观质量平均流动度共晶蜡料亚共晶蜡料六、实验报告内容介绍液态成形原理，根据实验结果，分析成形性的影响因素。七、实验考核方式与评分办法要求学生在实验前要预习实验指导书有关内容，在实验中做到原理清楚，方法正确，数据准确，实验完成后由学生将实验数据填入实验报告书，符合实验的教学要求且得到指导教师肯定以后，学生始可离开实验室；实验后认真完成实验报告，要求报告内容丰富，数据处理客观、真实，结论正确。指导教师对每个实验报告进行批改、评分。实验预习20%、实验过程40%、实验报告40%4实验二压缩法测定真实应力应变曲线一、实验目的掌握建立真实应力应变曲线的常用实验方法，并通过这类实验学会测定金属材料的强度指标和塑性指标，深入了解各变形阶段的变形特征。二、实验原理熟悉下述常用的测定真实应力应变曲线的方法：压缩试验方法：可以绘制很大应变范围的真实应力应变曲线。对充分润滑的圆柱体试样进行压缩，使不产生明显鼓形，近似认为单轴向压缩变形。对连续记录的载荷—行程曲线进行换算，得到真实应力应变曲线。三、试验方法和步骤1.试样压缩试样的材料为工业纯铝，均匀镦粗试样两端均加工出0.2mm深的槽，尺寸为20×24；2.实验设备、工具及辅助材料设备：300KN万能材料试验机。工具：150mm游标卡尺、百分表及磁力表架、外卡钳、光滑垫板。辅助材料：2SMo油膏、白漆。3.实验步骤测量试样原始直径0d和高度0H，试样两端面涂2SMo油膏；将试样放在两光滑垫板间，置于试验机上加载慢速压缩；每次压下2mm，卸载取出试样，擦净两端面，测量变形后尺寸1D，1H然后再涂2SMo油膏进行下一次压缩；按以上步骤重复3~5次。注意：试件侧面若出现明显鼓形，需车去，并使D/H=1，然后再压缩。四、实验报告内容1.将测量出的力与变形量换算成真实应力和真实应变，连同测量数据一起列出相应的数据表格；2.画出真实应力-应变曲线图。五、实验考核方式与评分办法要求学生在实验前要预习实验指导书有关内容，在实验中做到原理清楚，方法正确，数据准确，实验完成后由学生将实验数据填入实验报告书，符合实验的教学要求且得到指导教师肯定以后，学生始可离开实验室；实验后认真完成实验报告，要求报告内容丰富，数据处理客观、真实，结论正确。5指导教师对每个实验报告进行批改、评分。实验预习20%、实验过程40%、实验报告40%六、思考题1、压缩法测真实应力应变曲线原理？实验数据受哪些因素影响？2、与拉伸法测真实应力应变曲线比较有何优点？6实验三、圆环镦粗法测得摩擦系数一、实验目的根据圆环墩粗后的变形，了解摩擦对金属流动的影响；通过实验掌握实际测定摩擦系数的方法。二、实验要求(1)实验前，学生应对实验内容进行预习，熟悉实验指导书步骤，确保实验顺利进行；(2)由指导教师讲清实验的基本原理、要求、仪器结构、实验目的及安全事项；(3)每组学生人数为3~5名，由学生独立操作完成实验；(4)教学实验除验证课堂理论外，还要求学生掌握熟悉摩擦系数标定曲线的绘制方法，了解实验仪器、设备的工作原理和使用方法。(5)每个学生实验完成后，独立完成实验报告的撰写。三、实验原理将一定尺寸的圆环试样进行压缩，由于表面摩擦系数不同，内径的扩大量随摩擦系数增加而减小。当摩擦系数超过某值时，内径的扩大量转为负值。利用塑性理论分析，可作出不同摩擦系数下内径随压缩量变化的一组曲线--摩擦系数标定曲线。按标定试样制出待测的圆环试样，绘制其内径随压缩量变化的关系曲线，通过与标定曲线比较，可方便求得试样摩擦系数。四、实验方法和步骤1）试样：试样为工业纯铝，制成环状，其外圆20、内径10、高度7，外圆、内径、高度比值为6:3:2，实验设备、工具及辅助材料设备：300KN万能材料试验机；工具：150mm游标卡尺、垫板；辅助材料：MoS2油膏。2）实验步骤取圆环铝试样两个，分别在不同摩擦条件下（一个用油膏、一个不用油膏），在两平板间进行压缩，圆环要放在平板中心，保证变形均匀。每次压缩量为15%左右，然后取出擦净测量变形后的圆环尺寸（外径、内径、高度）。注意测量时要测量圆环内径的上、中、下三个直径尺寸，取其平均值。重复进行上述步骤三到四次，控制总控制量在50%左右。根据所获得的内径、高度数据，查预习要求中指定教材的图3-65，得出摩擦系数值。五、实验报告内容1）列表填写实验数据（分加润滑剂和不加润滑剂）；2）计算，并查对校正曲线，得出实验结果；7六、实验考核方式与评分办法要求学生在实验前要预习实验指导书有关内容，在实验中做到原理清楚，方法正确，数据准确，实验完成后由学生将实验数据填入实验报告书，符合实验的教学要求且得到指导教师肯定以后，学生始可离开实验室；实验后认真完成实验报告，要求报告内容丰富，数据处理客观、真实，结论正确。指导教师对每个实验报告进行批改、评分。实验预习20%、实验过程40%、实验报告40%七、作业题1、圆环镦粗法测得摩擦系数原理？2、测得摩擦系数的准确度受哪些因素影响？