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冶金综合实验实验报告
题 目:锰含量为0.5%的A356铸造铝合金的金相组织和力学性能
学 院:材料科学与工程
系 别:材料与冶金工程
专 业:冶金工程
学 号:
姓 名:
指导老师:
年月日
一、实验目的
通过本综合实验,使学生掌握如下知识:
(1)通过加入不同配比的锰粉了解锰元素对A356铸造铝合金性能的影响;
(2)通过对A356铸造铝合金的进行热处理工艺,总结热处理工艺对其的影响;
(3)加深学生对热处理如何影响金相组织的认识;
二、实验原理
1、锰在铝中的固溶度
锰在铝中的固溶度平衡状态下,锰除固溶于铝基体外,还形成Al6Mn平衡相;在非平衡转变时,还可形成Al3Mn、Al4Mn等亚稳相。 在含Zn、Mg、Cu、Si的多元铝合金中, 可形成多种含锰相,如Al24Mn5Zn、Al11Mn3 (ZnCu2) 锰元素在铝中的扩散速度较低,在500 ℃时,锰在铝中的扩散系数为1×10-12 cm2s-1。通常,较低的扩散速度有利于提高铝合金的高温强度。
锰在铝中的最大固溶度质量分数1.82% ,但锰在铝中的固溶度随冷速的增加急剧增大。冷速为200 ℃ /s时,最大固溶量可达3. 2%,而冷速为500 °C /s锰在铝中的固溶量高达4. 1%。因此,通过改变含锰铝合金的冷却速度,增加锰在铝基体中的固溶量,从而提高了铝合金的固溶强化能力,有利于铝合金强度的提高。
2、奥林巴斯倒置式系统金相显微镜
奥林巴斯可在不同放大倍数下观察金相组织,拍摄图像。其倒置式载物台放宽了对样品形状的要求,不用考虑物体非观察面的平整和高低情况,用于观察较厚和较大的金属、材料等的截面。同时利用系统软件可以分析样品的金相组织,如:晶粒度评级、第二相的面积测量、层深长度测量等。
3、箱式电阻炉简介
箱式电阻炉 适用于科研单位,产品质检中心,工矿企业实验室作产品或材料高温条件下的性能实验。炉壳采用优质钢板折边焊接制成,表明静电喷涂工艺处理。工作室为耐火材料制成的炉膛。数显控温。 中小型电炉的炉门可用配重及手动装置来开闭,下部一般均有砂封槽,有些炉门上边也设有砂封槽,以保证良好的密封性,炉门关闭时,用压紧装置使炉门紧密的与门框接触,减少漏气。大型电炉可以用电动或气动、液压开闭炉门,电加热元件一般 可以在炉膛内左右侧墙上及底面上布置,为了得到良好的热场,最好在护顶上也布置电加热元件,因为炉内工件一般堆放高度不会超过宽度,所以以上下两个方面加热比左右两个方面加更为有效。 大型及中型箱式电阻炉(马弗炉)可以在护门上及后墙上适当的布置一些电加热元件,以减少炉内的温差,为了保证炉门口的热损失能得到更好的平衡,可以在较大的箱型电炉上靠炉门口的炉膛长度1/3处作为一个控制区。 通保护气体的炉子应设有保证安全运行的必要装置及良好曲密封性。
4、数字式维氏硬度计
维氏硬度计是采用精密机械技术和光电技术的新型维氏硬度计。该机内置硬度计算器,可通过输入压痕对角线长度,直接在LCD屏幕上显示硬度值。试验力保持时间,以LCD显示。测量系统采用独特的测微目镜一次测量读数机构,使用方便,测量精度高。
三、实验设备与材料
1.实验设备:奥林巴斯倒置式系统金相显微镜、抛光机、砂纸、砂轮机、石墨坩埚、数字式维氏硬度计、砂箱、感应加热炉、电子称、钢锯、研钵。
2.实验材料: A356铸造铝合金、Mn粉。
四、实验过程
1、找到铝合金、锰含量的配比关系,具体配比见表。
元素
2号试样
A356
锰
百分百
99.5%
0.5%
质量
298.5g
1.5g
2、称量物质,配料:
试验时,考虑物质的氧化、成渣。不能按物质为100g量取,量取量应同时扩大n倍。使用电子称称量铝合金A356块、锰粉质量。实验用铝为块状,锰为粉末状。共300g 按配比进行计算,称量,配料。
3、熔炼过程:
1)锰的熔点1244℃,铝合金的熔点660℃,所以应形成合金固溶体。当A356熔化后加入锰,为防止氧化烧损,用铝片包裹锰粉一同加入。由于很多外在因素:加热炉、物质本身、坩埚等因素的影响,应加热铝为750 ℃。
2)将称好的A356块放入石墨坩埚中,将坩埚放在加热炉中加热,等待温度为750℃。
3)根据锰的氧化能力、熔化温度、密度及铝液存在表面张力来确定:锰化学性质活泼,遇高温铝液极易被氧化。所以用纯铝包裹锰粉加入铝液中。防止锰在铝液表面被氧化而使其含量不足。将用铝箔包好的锰投入铝液中,用铁棒将其按入坩埚底部,防止氧化并使其快速熔化。
4)先把坩埚由室温加热两个小时加热到750℃,在750℃下熔炼,3
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