综合实验一 铝合金制备、加工及改性
实验1.1 铝合金的熔炼、铸锭与固溶-时效处理实验指导书
实验学时：4 实验类型：综合、设计型
前修课程名称：材料工程基础
适用专业：材料类本科生
一 实验目的
掌握铝合金熔化的基本原理，并应用在熔化的实践中。熔炼是使金属合金化的一种方法，它是采用加热的方式改变金属物态，使基体金属和合金化组元按要求的配比熔制成成分均匀的熔体，并使其满足内部纯洁度，铸造温度和其他特定条件的一种工艺过程。熔体的质量对铝材的加工性能和最终使用性能产生决定性的影响，如果熔体质量先天不足，将给制品的使用带来潜在的危险。因此，熔炼又是对加工制品的质量起支配作用的一道关键工序。而铸造是一种使液态金属冷凝成型的方法，它是将符合铸造的液态金属通过一系列浇注工具浇入到具 有一定形状的铸模（结晶器）中，使液态金属在重力场或外力场（如电磁力、离心力、振动惯性力、压力等）的作用下充满铸模型腔，冷却并凝固成具有铸模型腔形状的铸锭或铸件的工艺过程。铝合金的铸锭法有很多，根据铸锭相对铸模（结晶器）的位置和运动特征，可将铝合金的铸锭方法分类如下：
二 实验内容
铝铜合金的熔炼工艺流程
三 实验要求
严格控制熔化工艺参数和规程
1. 熔炼温度
熔炼温度愈高，合金化程度愈完全，但熔体氧化吸氢倾向愈大，铸锭形成粗晶组织和裂纹的倾向性愈大。通常，铝合金的熔炼温度都控制在合金液相线温度以上50～100℃的范围内。从图1的Al-Cu相图可知，Al-5%Cu的液相线温度大致为660～670℃，因此，它的熔炼温度应定在710（720）℃～760（770）℃之间。浇注温度为730℃左右。
图1 铝铜二元状态图
2．熔炼时间
熔炼时间是指从装炉升温开始到熔体出炉为止，炉料以固态和液态形式停留于熔炉中的
总时间。熔炼时间越长，则熔炉生产率越低，炉料氧化吸气程度愈严重，铸锭形成粗晶组织和裂纹的倾向性愈大。精炼后的熔体，在炉中停留愈久，则熔体重新污染，成分发生变化，变形处理失效的可能性愈大。因此，作为一条总的原则，在保证完成一系列的工艺操作所必需的时间的前提下，应尽量缩短熔炼时间。
3． 合金化元素的加入方式
与铝相比，铜的比重大，熔点虽高（1083℃），但在铝中的溶解度大，溶解热也很大，无需将预热即可溶解，因此，可以以纯金属板的形式在主要炉料熔化后直接加入熔体中，亦可与纯铝一同加入。
4． 要注意覆盖
众所周知，铝在高温熔融状态，极易形成Al2O3氧化膜，因此要对铝熔体进行保护。就铝铜合金而言，所用的覆盖剂为：40%KCl+40%NaCl+20%冰晶石（Na3AlF6）的粉状物。它的比重约为2.3g/cm3，熔点约670℃，这种覆盖剂不仅能防止熔体氧化和吸氢，同时还具有排氢效果。这是因为它的熔点比熔体温度低，比重比熔体小，还具有良好的润湿
性能，在熔体表面能够形成一层连续的液体覆盖膜，将熔体和炉料隔开，且具有一定的精炼能力，因而，这种覆盖剂具有良好的覆盖、分离、精炼等的综合工艺性能。加入量一般为熔体质量的2～5%。
5. 要注意扒渣
当炉料全部熔化后，在熔体表面会形成一层有溶剂、金属氧化物和其它非金属夹杂物所组成的熔渣。在进行浇注之前，必须将这层渣除掉。其目的是：
（1），防止熔体夹渣；
（2），减少熔体吸气机会（因为熔渣是水蒸气的良好载体）；
（3），加强传热。扒渣时，工具要干净，要预热；操作要平稳不起波浪。
6．金属模要上涂料并加热到300℃左右
四 实验装置
1．中频感应真空熔炼炉
2．浇铸模（可自由脱模式）
3．必要的工具（扒渣棒、抱钳等）
4．便携式红外测温仪
5．铝块
6．铜板
7．天平
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8．石墨坩埚
9. 其它化学试剂
五 实验步骤
1．备料：按照Al-5%Cu的质量百分比，用天平称好炉料（按每炉1kg计算）；
2．装料：将铝块和铜板同时加入中频感应炉的坩埚中，然后加入覆盖剂；
3．升温：注意调整电流、电压及功率因子（cos ）；
4．测温：控制在710-770℃之间，用红外测温仪进行；
5．调温：主要是为浇注作准备，熔体温度太低，流动性不佳，不易充满模子，而熔体温度太高，易氧化和形成粗大晶粒；
6．浇注：将熔体倒入预先准备的模子中，待完全凝固后，再脱模；
7．脱模：取出铸件，注意要戴手套。
六．思考题
1. 市区工况油耗什么叫熔炼与铸锭？它们有何作用？
2. 简要比较中频感应炉熔炼和普通电炉熔炼的异同之处及优缺点。虚拟性成瘾
3. 简述实验过程及心得体会。
实验学时：4 实验类型：综合、设计型
前修课程名称：材料工程基础
适用专业：材料类本科生
一．实验目的
1． 掌握板带轧机工作原理及设备操作过程；
2． 学会轧制变形量的计算方法及安排道次变形量。
二、轧制原理
轧制法是应用最广泛的一种压力加工方法，轧制过程是靠旋转的轧辊及轧件之间形成的摩擦力将轧件拖进轧辊缝之间并使之产生压缩，发生塑性变形的过程，按金属塑性变形体积不变原理，通过轧制，轧件厚度变薄同时长度伸长，宽度变宽。见图１所示。 图1 轧制原理
轧件承受轧辊作用发生变形的部分称为轧制变形区，其他主要参数有：轧辊直径D、半径R、辊身长度B，假定轧件在轧之前后的厚度、宽度和长度分别为h1、b1、l1和h2、b2、l2，上下轧辊皆为主动棍，其转速均为n（转／分），因此轧辊表面的线速度Vr＝πDn/60×1000，咬入角α，接触弧长L，正常轧制时L与α的关系如下：
＝arc cos [ 1－( h1－h2 ) / D]
L=2π/180×R
实践中常以接触弧长对应的弧长近似作为接触弧弧长，于是有L=[R (h1－h2直线导轨滑台)]．
因为轧制前后轧件的重量没有变化于是有：h１×b１×l１×r１＝h２×b２×l２×r2 ，由于r1= r2 又有：h1 ×b1 ×l1 = h2× b2× l2
轧制前后轧件厚度的减少成为绝对压下量，用△h表示，△h＝h1－h2绝对压下量与原厚度之比成为相对压下量，用ε表示，ε＝△h／h１×www.123ctCT100%， 轧制时轧件的长度明显增加，轧后长度与轧前长度的比值称为延伸系数用λ表示，λ=l1/l2。由于轧带时轧件宽度变化不大，一般略而不计（Δb=b2-b1）。ε、Δh和λ是考核变形大小的常用指标。
三、实验内容
使用两辊板带轧机轧制AlCu合金试件，试件铸态毛坯尺寸：100×10×5（mm）。经多道次轧制使熔铸台毛坯形成轧制态工件，轧制厚度由5mm轧至1.2mm，将其中一半轧件送到马弗炉时效处理，为下一实验做准备。
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