学会综合应用已学的相关课程知识，解决实际问题。达到理论知识的复习、巩固、验证与应用及动手能力的培养和工程经验的积累的目的。本实验旨在培养考察材料专业本科学生对专业知识、专业技能的掌握和运用，通过ZL109的熔炼、热处理工艺，以及热处理之后对材料性能、组织成分的检测等材料制备整个流程的设计实验，要求学生设计实验方案、进行实验过程操作、对实验制备得到的试样进行性能检测和成分分析。 二、实验材料及设备
ZL109铝锭铝块、变质剂、精炼剂、铸模、坩埚、箱式炉、井式炉、烘干器、水浴箱、五金配套工具、拉伸试验机、硬度仪、金相显微镜、吹风机、数码相机、计算机、金相砂纸、等。 三、实验方案设计
3.1 熔炼铸造准备
合金牌号：ZAlSi12Cu1Mg1Ni1
表3.1 ZL109化学成分及允许杂质含量
Si | Cu | Mg | Ni | Fe | Zn | Al | 11.0-13.0% | 0.5-1.5% | 0.8-1.3% | 0.8-1.5% | ≤0.7% | ≤0.2% | 其余 | | 故障诊断方法 | | | | | |
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铝 Al：余量注：杂质总和（金属型铸造）≤1.2
3.2 制定工艺卡片
图3.2 Al-Si合金相图
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根据合金相图来制定金属熔炼、浇铸、铸造及热处理工艺卡片（见附录）
3.3 性能测试样加工图：
实验基本流程：金属熔炼→浇注成型→热处理→组织成分、力学性能检测
四、实验步骤
4.1.1 铸造铝合金熔炼方法
校正平台技术要点：纯铝在坩埚内熔化后，铝液温度达到690℃-720℃时加入纯硅，当铝硅液温度达到700℃-730℃（由于熔点相差很大，溶解的很慢，需要较大的过热才能完全溶解）加入10Kg的NaNO、13Kg的BaCl、10Kg的NaF、13Kg的NaAlF、21Kg的KTiF、6Kg的KBF、13Kg的NaCl、10Kg的C粉配制成的精炼变质细化剂，用侵盐勺压入铝液面下，距坩埚底100-150mm。该铸造合金熔炼方法可达到精炼、变质、细化一步完成，操作时间缩短，减少合金熔炼增铁，提高铝合金质量，并能减少对环境的污染。
本次实验在实际操作过程中，考虑到实验经费、金属原料循环利用等因素，往届学生修习本课程时已经制备好的ZL109铝锭铝块重新回炉熔炼。
4.1.2 铸造铝合金熔炼方法步骤：
（1）将适于熔炼铝硅合金的熔炼炉清理干净，预热至200-300℃，喷刷涂料；准备熔炼操作用各种工具，清理干净，预热至200-300℃，喷刷涂料，并烘烤去除水份；
（2）将预先配制好的精炼变质细化剂按处理铝硅液量的需要称量好，放入烘干箱，在200-300℃下烘烤数分钟，备用；
（3）装炉熔化：先将回炉料装入熔炼炉，再按设定铝硅配比加入纯铝和纯硅；熔化后搅拌均匀，再加入所需中间合金，待化清后搅拌均匀；
（4）精炼、变质、细化综合处理，并按需要调整好铝液的化学成份；
（5）调温至已知工艺要求温度时，出炉浇注，其特征在于：所述的装炉熔化步骤中，当铝熔化后，铝液温度达到690-720℃时加入纯硅；所述的精炼、变质、细化综合处理，是当
铝液温度达到700-730℃时进行精炼、变质、细化综合处理，打净炉中铝液表面的浮渣，加入烘烤好的精炼变质细化剂，将其撒在铝液表面，用侵盐勺压入，使其与坩埚底部保持100-150mm距离，来回上下运动，直到液面不再冒泡，处理时间为15-25分钟，精炼变质细化剂加入量按重量百分比计为铝硅液的1.8-2.8%。
4.1.3 注意事项：
（1）熔炼时，熔剂需均匀撒入，待纯铝全部熔化后再加入中间合金和其他金属，并压入铝液内，不准露出液面。
（2）炉料熔化过程中，不得搅拌金属。炉料全部融化后可以充分搅拌，使成分均匀。
（3）铝合金熔体温度控制在720℃-760℃。
（4）炉料全部熔化后，在熔炼温度范围内扒渣，扒渣尽量彻底干净，少带金属。
（5）镁的加入在出炉前或精炼前，以确保合金成分。
（6）熔剂要保持干燥，钟罩要事先预热，然后放入熔体内，缓慢移动，进行精炼。精炼时
盆角齿
要保证一定的时间，彻底除气除渣。
（7）精炼后要撒熔剂覆盖剂，然后静置一定时间。扒渣，出炉浇铸。浇铸时流速要平稳，不要断流，注意补缩。
4.2 铝合金铸坯成型
铸坯成型是将金属也铸成形状、尺寸、、成份和质量复合要求的锭坯。一般而言，铸锭应满足下列要求：点云扫描
（1）铸锭形状和尺寸必须符合压力加工的要求，以避免增加工艺废品和边角废料；
（2）坯料内外不应该有其空、缩孔、夹杂、裂纹及明显偏析等缺陷，表面光滑平整；
（3）坯锭的化学成份符合要求，结晶组织基本均匀。
实验中，将熔化完全的铝液浇注铸坯、冷却、开型等步骤后得到坯锭。
4.3 制作板材拉伸试样和立方块状试样。
（1）将铸造坯锭采用线切割的方式切割为板材状拉伸试样8个。
（2）根据GB6397-1986的标准制作板材状拉伸试样，试样的结构尺寸图如下：
图4.1板材拉伸试样
注：上图所示板材状拉伸试样厚度a0=3mm,宽度b0=15mm,标距l0=40mm。
4.4 铸造铝合金的热处理
4.4.1 铝合金热处理的目的
铸造铝合金在铸态下的机械性能往往不能满足使用要求，通过热处理的办法可进一步提高
铸件的机械性能和使用性能。热处理的目的大致有以下几个方面：
（1）充分提高铸件的机械性能，保证一定的塑性，提高合金抗拉强度和硬度，改善合金的切削加工性能等；口红管
（2）消除由于铸件壁厚不均匀、快速冷却等所造成的内应力；
（3）稳定铸件的尺寸和组织，防止和消除因高温引起相变产生体积胀大现象；
（4）消除偏析和针状组织，改善合金的组织和机械性能。
4.4.2 铝合金的热处理原理
图4.2 Al-Si二元合金相图
由Al-Si二元合金相图可知，A1和Si不能形成中间相，铝硅合金可视为主要Al基体和Si相组成。在共晶合金中共晶Si相为粗大针状形态；在过共晶合金中初生Si相呈粗大的多边形和板条状分布，两者都严重割裂基体，导致塑性下降，这是导致Al-Si系合金塑性差的根本原因。为了使铸造铝合金具有良好的机械性能，需要对铝合金进行强化热处理，从而加强材料的力学性能和使用性能。
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