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1金属材料工程专业材料加工方向实验指导书烟台大学环境与材料工程学院2目录实验一碳钢的热处理工艺实验1实验二碳钢的自动埋弧焊工艺实验1实验三碳钢和铸铁的手工电弧焊焊接工艺实验1实验四碳钢金相样品的制备与显微组织的显露1实验五碳钢热处理后显微组织观察1实验六碳钢和铸铁的手工电弧焊焊口显微组织观察1实验七镦粗工艺实验1实验八冷轧薄板工艺实验1实验九铝的冷拉冷冲工艺实验1实验十碳钢的氩弧焊工艺实验1实验十一碳钢的二氧化碳气体保护焊工艺实验1实验十二45钢金相组织中晶粒度的测量及定量金相1实验十三制定高碳钢的正常淬火热处理工艺1实验十四制定铝合金的固溶和时效热处理工艺1实验十五制定低碳钢的双相热处理工艺1实验十六焊缝内部裂纹超声波无损检测实验1实验十七表面裂纹磁粉检测实验1实验十八表面裂纹渗透(着色)检测实验1实验十九盐雾腐蚀实验1实验二十铝合金的阳极氧化与着色实验1实验二十一塑料的注塑成型工艺实验13实验一碳钢的热处理工艺实验一、实验目的1、了解碳钢的基本热处理（退火、正火、淬火及回火）工艺方法；2、研究冷却条件与钢性能的关系；3、分析淬火及回火温度对钢性能的影响。二、实验原理热处理是一种很重要的金属加工工艺方法，目的是改变钢的性能，包括使用性能及工艺性能，钢的热处理是通过加热和冷却的方法使金属内部组织结构发生变化，以获得预期工艺性能、机械性能、物理性能和化学性能的工艺方法。热处理工艺方法分为退火、正火、淬火和回火。1、钢的退火和正火退火：把钢件加热到临界温度（见表1所示）AC4或AC3以上，保温一段表1各种碳钢的临界温度（近似值）类别钢号临界温度（°C）Ac1Ac3或AcmAr1Ar3碳素结构钢207358556808353073281367783540724790680796457247806827605072576069075060727766695721时间，然后缓慢地随炉冷却。此时奥氏体在高温区发生分解而得到比较接近平衡状态组织。正火：将钢件加热到临界温度AC3或ACm以上，进行完全奥氏体化，保温后进行空冷。由于冷却速度稍快与退火组织相比，组织中P相对量较多，且片层较细密，故性能有所改善。低碳钢正火后提高硬度改善切削加工性，提高零件表面光洁度；高碳钢正火后可消除网状渗碳体，为下一步球化退火及淬火作准备。2、钢的淬火将钢加热到AC3或AC1+30~50℃，保温后放入各种不同冷却介质中快速冷却，以获4得以马氏体（M）组织，碳钢经淬火后的组织M+A残。1）淬火温度的选择：根据Fe-Fe3C相图确定，亚共析钢淬火温度一般选择AC3温度+30~50℃，共析钢和过共析钢淬火温度选择AC1温度+30~50℃。2）保温时间的确定淬火加热时间=试样加热到淬火温度所需时间+淬火温度停留时间加热时间与钢的成分、工件的形状尺寸、所用的加热介质、加热方法等因素有关，碳钢在箱式电炉中加热时间的确定（经验公式估算）见表2。表2碳钢在箱式电炉中加热时间的确定加热温度（°C）工件形状圆柱形方形板形保温时间分钟/每毫米直径分钟/每毫米厚度分钟/每毫米厚度70080090010000.51.00.80.42.21.51.20.6321.60.83）冷却速度的影响(℃)冷却是淬火的关键工序，它直接影响到钢淬火后组织和性能。冷却速度＞V临，保证获得M组织；同时又尽量缓慢冷却，以减小内应力，防止变形和开裂，根据C曲线图，使淬火工件在过冷A最小稳定的温度范围650～550℃进行快冷，而在300～100℃时冷却速度则尽可能小些。为了保证淬火效果，应选用适当的冷却介质（如水、油等）和冷却方法（如双液淬火、分级淬火等）。几种常用淬火介质的冷却能力参见表3。3、钢的回火钢经淬火后得到的M组织硬而脆，工件内部有很大的内应力，如果直接进行磨削加工往往会出现龟裂；一些精密的零件在使用过程中将会引起尺寸变化而丢失精度，甚至开裂。工件淬火后必须进行回火处理（参见表4所示45钢经淬火及不同温度回火的组织性能）。5表3几种常用淬火介质的冷却能力冷却介质在下列范围内的冷却速度（℃/秒）650～550℃300～200℃18℃的水60027020℃的水50027050℃的水10027074℃的水3020010%NaCl水溶液（18℃）110030010%NaOH水溶液（18℃）1200300蒸馏水250200肥皂水30200菜籽油（50℃）20035变压器油（50℃）1202510%Na2CO3水溶液（18℃）800270表445钢经淬火及不同温度回火的组织性能类型回火温度（℃）回火后组织回火后硬度（HRC）性能特点低温回火150～250M回火+A残+碳化物60～57高硬度，内应力减小中温回火350～500回火屈氏体35～45硬度适中，有高弹性高温回火500～650回火索氏体20～30具有良好塑性、韧性和一定强度相配合综合性能三、实验设备及用品1、SX-10M-2.5型箱式电阻炉2、45钢试样3、淬火介质四、实验内容及方法61、钢的淬火热处理1）淬火温度的确定：根据表1查出材料的临界温度,45钢淬火加热温度=AC3温度+30~50°C，确定45钢淬火温度为820°C。2）保温时间的确定：本实验所采用的试件形状为直径为45毫米的圆柱形，根据表2确定保温时间为45分钟。3）冷却介质的选择：本实验采用水作为冷却介质。4）45钢试样放入炉中，设定电炉温控器的加热控制温度，开始加热。5）电炉达到加热温度后，开始保温计时。6）出炉，工件放入水中淬火。2、钢的回火热处理1）将820℃淬火后的45钢试样分别放入温度为200℃、300℃、400℃、500℃和600℃炉中。2）电炉达到温度后，开始保温30分钟。3）出炉后放在空气中自然冷却。3、钢的退火热处理1）将45钢试样放入炉中，通过查表确定45钢的退火温度为600°C。2）电炉达到温度后，开始保温一个小时。3）出炉后放在空气中自然冷却。五、实验报告要求1、明确本次实验目的；2、分析加热温度与冷却速度对钢的性能的影响。7实验二碳钢的自动埋弧焊工艺实验一、实验目的要求学生了解埋弧焊的基本原理及操作过程，焊接参数的设定。观察电弧电压及电弧电流对焊缝熔深及熔宽的影响。二、实验内容熟练安装焊丝并正确调整埋弧焊焊接规范，操作焊接小车进行埋弧焊，观察电弧电压及电弧电流对焊缝成型的影响。三、实验要求1.认真观察操作盘上的各按键、旋钮的作用及规范的预设；2.记录埋弧焊电弧电压及电弧电流，并观察焊缝成形、脱渣情况；3.进行焊接缺陷分析，检查焊缝是否有气孔、夹渣等。四、实验装置1.多特性弧焊整流器1台2.钢板试件若干3.焊丝H08A1盘4.焊剂HJ431一袋5.砂纸、铁刷1把6.自动埋弧焊装置五、实验原理1．埋弧焊定义：埋弧焊是以金属焊丝与焊件（母材）间所形成的电弧为热源，并以覆盖在电弧周围的颗粒状焊剂及其熔渣作为保护的一种电弧焊方法。埋弧焊是机械化焊接方法，与焊条电弧焊相比，虽然灵活性差一些，但焊接质量好、效率高、成本低，是工业生产中常见的焊接方法之一。2．埋弧焊的焊接过程：颗粒状焊剂由给送焊剂导管流出后，均匀地堆敷在装配好的工件上，送丝机构驱动焊丝连续送进，使焊丝端部插入覆盖在焊接区或焊接头的焊剂中，在焊丝与焊件之间引燃电弧。电弧热使焊件、焊丝和焊剂熔化，以致部分蒸发，金属和焊8剂的蒸发气体形成了一个气泡，电弧就在这个气泡内燃烧。同时熔化的焊剂浮到焊缝表面上形成一层保护熔渣。熔渣层不仅能很好地将空气与电弧和熔池隔离，还能屏蔽有害的弧光辐射。随着电弧的远移，熔池结晶为焊缝，熔渣凝固为渣壳，未熔化的焊剂可回收再用。3．埋弧焊的特点：（1）优点：焊缝质量好、生产效率高、节省焊接材料和电能、改善劳动条件。（2）缺点：施焊位置受限制、不适合焊接易氧化的金属材料、不适于焊接薄板和短焊缝。4．埋弧焊对外电源的要求：埋弧焊可使用交流电流也可使用直流电流，而且为大电流，一般在600~2000A，且须用具有下降外特性的电源。5．应用：埋弧焊以其焊缝质量高、熔敷速度快、熔深大以及机械化程度高等特点，特别适用于中厚板大型构件及管道的纵、环缝焊接，且为相对熔池水平的焊接6．焊接规范：（1）电压、电流（2）焊接速度（3）焊丝直径及伸出程度（4）焊剂一等。六、实验步骤1．清除工作台上的残留溶剂及残渣。2．贴着工作台放置钢板焊件。3．确定电压值及焊接速度。4．确定焊丝伸出长度，一般为焊丝直径的10~15倍。5．调节埋弧焊的导电嘴与工件距离，其距离在接触与非接触之间。6．用铲子将焊剂均匀地堆敷在焊件上。7．将控制板上的按钮调节到焊接处，焊接开始，此时，调节所需电压与电流。8．当焊接即将结束时，按关闭按钮，并将焊接按钮调到自动按钮，待离开焊件以后再调至空挡。9．用刷子扫去焊件表面的焊剂，用改锥使其脱离工作台，用钳子将其取下放在地上。10．敲除焊接处的表面熔渣，然后测量焊缝尺寸，进行缺陷分析。七、实验数据及处理91.选择成形较好的焊件并将焊接数据记录。2.检查是否有气孔、夹渣、咬边等；3.记录所选焊件的堆高、熔宽。4.实验数据分析当其他参数不变时，随着电弧电流的增加，熔深显著增加，熔宽稍有增大。同时，堆高相应减小，向下塌。当其他参数不变时，随着电弧电压的增加，熔宽明显增加，当其他参数不变时，焊接速度增加时，焊缝的熔深也减小。对于埋弧焊接，一般不会出现如气孔、夹渣、咬边等缺陷。八、实验报告要求1.陈述氩弧焊焊接时，焊接工艺制定的要点；2.分析氩弧焊焊接时，规范参数对焊缝成型的影响；3.写出实验后的心得体会与建议。10实验三碳钢和铸铁的手工电弧焊工艺实验一、实验目的1、掌握焊接工艺及方法2、了解碳钢、铸铁的焊接性能二、实验原理焊接是一种连接金属或热塑性塑料的制造或雕塑过程。焊接过程中，工件和焊料熔化形成熔融区域，熔池冷却凝固后便形成材料之间的连接。这一过程中，通常还需要施加压力。焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。金属的焊接,按其工艺过程的特点分有熔焊,压焊和钎焊三大类。熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。三、实验设备及用品1、电焊机2、碳钢，铸铁3、焊条，切割机四、实验内容及方法分组采用电焊机进行碳钢与碳钢、碳钢与铸铁、铸铁与铸铁三种焊接接口方式的焊接实验。五、实验报告要求1、简述焊接工艺过程11实验四碳钢金相样品的制备与显微组织的显露一、实验目的1、掌握金相样品的制备过程；2、熟悉显微组织的显露方法；3、学习利用金相显微镜进行显微组织分析。二、实验原理利用金相显微镜来研究金属和合金组织的方法叫显微分析法。它可以解决金属组织方面的很多问题，如金属夹杂物、金属与合金的组织，晶粒的大小和形状、偏析、裂纹以及热处理操作是否合理等。金相样品是用来在显微镜下进行分析、研究的试样，所以对金相样品的观察面光洁度要求很高，要求达到镜面一样的光亮，无一点划痕。金相样品的制备过程包括取样、磨制、抛光、腐蚀等步骤。三、实验设备及用品1、M-2型金相预磨机2、P-2B型金相试样抛光机3、XJP-100型金相显微镜4、45钢试样5、水砂