2024铝合金的熔铸及形变热处理对其性能的影响.doc

目录第一节 实验目的及实验题目 2第二节 实验材料及试验方法 2 1、实验材料与实验方法2 2、实验仪器与设备- 4 3、实验原理5 4、技术路线6 5、合金的熔铸7 6、试样的制备7 7、测试方法7第三节 实验结果及实验分析 8第四节 实验结论与心得体会 10第一节 实验目的及实验题目一、 实验目的通过本综合实验，完成金属材料设计与选择、工艺路线的安排，掌握铝合金的熔铸设备。热处理工艺、性能测定等基本方法和技能，增强对金属材料专业课程理论知识的学习和理解，提高实践能力，培养综合分析问题的能力。二、实验题目2024铝合金的熔铸及形变热处理对其性能的影响实验条件：1） 固溶处理：500，保温30min:；2） 水淬；3） 进行冷压变形，压缩率为5、10、15%；4） 时效处理：185，保温时间6h。第二节 实验材料与实验方法1、实验材料与实验方法铝合金化学成分： 成分硅Si铁Fe铜Cu锰Mn镁Mg铬 Cr锌Zn铝Al含量0.500.503.8-4.90.30-1.01.2-1.80.100.25余量主要原材料基本物理化学性质：（1） 铝密度小 铝的密度为2.72g/cm3，约为铁或铜的1/3。铝是银白色的轻金属，较软，密度为2.7g/3，熔点为660.4，沸点为2467。铝对光的反射性能良好，纯铝的导电性能很好，铝是热的良导体，具有良好的延展性。可强化 纯铝的强度虽然不高，退火状态的抗拉强度约为80Mpa，但通过冷加工可使其强度提高一倍以上。而且可通过添加镁、锌、铜硅等元素合金化，再经过热处理进一步强化，从而获得很高强度。易加工 铝可用任何一种铸造方法铸造。铝的塑性好，加工速度快。可轧成薄板和箔；拉成管材和细丝；挤压成各种复杂断面的型材；可以大多数机床所能达到的最大速度进行车、铣、镗、刨等机械加工。耐蚀性 铝及其铝合金表面在室温下就易生成一层薄而致密并与基体金属牢固结合的氧化膜，阻止氧向金属内部进一步扩散而起保护作用。铝的这一特性给铝及其合金的生产工艺带来方便，即在熔炼与铸造、锻造与热处理过程中，无需采用特殊的防氧化措施。但在碱和盐的水溶液中，铝的氧化膜很快被破坏。此外，铝的氧化膜在热的稀硝酸、稀硫酸中也极易溶解。因此，铝在酸、碱或盐液中抗蚀性差。（2） 镁镁是一种银白色的金属，化学性质活泼，在自然界中从不以单质状态存在。镁是轻金属，密度为1.74g/cm3，熔点922K，沸点1363K，硬度2.0，比同族的其它碱土金属都高。镁具有优良的切削加工性能，可铸造、锻造，加工成各种形状的型材。不论在固态或在水溶液中，镁都具有较强的还原性，是个常用的还原剂。镁应该很容易与水反应，但由于表面生成氧化膜，镁不与冷水作用。金属镁能与大多数非金属和几乎所有的酸（只有铬酸和氢氟酸除外）反应。在醚的溶液中，镁能与卤化烃或卤代芳烃作用，生成有名的格氏试剂。镁具有生成配位化合物的明显倾向。镁的最重要配合物是叶绿素，它是一种能够制造糖类的绿色植物色素，一切生命归结到底都要依靠这个配合物。在这个配合物中，镁处在一个叫做卟啉的平面有机环系统的中心，其中有四个杂环氮原子与镁结合着。镁的水合离子Mg(H2O)62+是六配位的，镁在水溶液中的配合物大多是由含氧配体构成的。（3）铜 金属铜，元素符号CU，原子量63.54,比重8.92，纯铜呈紫红色，熔点约1083.4，沸点2567，密度8.92g/cm3，具有良好的延展性。导电性：64%，耐蚀性：23%，结构强度：12%，装饰性：1%。纯铜打磨光亮后会呈现出明亮的金属光泽，铜不具有磁性，其强度、硬度中等，抗磨蚀性极佳。铜具有许多可贵的物理化学特性，例如其热导率都很高，化学稳定性强，抗张强度大，易熔接，且抗蚀性、可塑性、延展性。纯铜可拉成很细的铜丝，制成很薄的铜箔。铜最重要的特性之一便是其具有极佳的导电性，其电导率为58m/(。mm的平方)。固体铜中喊有自由电子所产生的另一重要效应就是其拥有极高的导热性，其热导性为386W/(m.k)，导热性仅次于银。铜具有良好的耐蚀性能，优于普通钢材，在碱性气氛中优于铝。（四）石膏 石膏是单斜晶系矿物，主要化学成分是硫酸钙。石膏是一种用途广泛的工业材料和建筑材料。可用于水泥缓凝剂、石膏建筑制品、模型制作、医用食品添加剂、硫酸生产、纸张填料、油漆填料等。石膏的理化性质 ：通常为白色、无色，无色透明晶体称为透石膏，有时因含杂质而成灰、浅黄、浅褐等色。条痕白色。透明。玻璃光泽，解理面珍珠光泽，纤维状集合体丝绢光泽。2、实验仪器与设备中频熔炼炉 型号KGPS204S 中频电压 750V 直流电压 500V 中频频率 4000HZ 直流电流 40A 额定功率 20KW 厂家：株洲红亚电热设备有限公司 地址：湖南省株洲市荷塘区向阳村 电话：07332493281SX614 电阻炉（马沸炉） 额定功率 6KW 相数 3相 额定温度 1350 加热室尺寸 250:150:100mm 常用温度 1300 外形尺寸 600:600:600mm 电压 380V 重量 120Kg 出厂期 2007年11月 出厂编号 2007084 地址：湘潭银汉设备制造有限公司金相试样抛光机 型号 P2 抛盘直径 200mm 地址：上海光相制样设备有限公司 微机控制电子万能试验机 准确度05级 地址：深圳市瑞格尔仪器有限公司3、实验原理本实验依据不同时效对铝合金的性能有影响展开。要探索2024铝合金时效温度对其性能的影响，首先保证试样符合圆柱形的要求，由于铝合金本身的硬度不高，所以要对其进行固溶处理来增加其硬度。固溶温度要保持在要求温度偏差不超过30度的范围内进行。固溶处理的时候要遵循两个原则：强化相应尽可能的溶入固溶体；防止过烧。为了防止固溶过程2024铝合金的氧化，可以用氧化铝膜进行保护。其后的热处理要求淬火时速度要快，减少淬火的转移时间，使2024铝合金在转移时间的表面氧化变少。4、技术路线实验材料的准备合金的熔铸式样冷压缩变形500C固溶处理，保温30min，后水淬185C时效处理，保温6h变形5%的洛氏硬度变形10%的洛氏硬度变形15%的洛氏硬度实验结果与分析5、合金的熔铸在合金的熔化过程中先加铜丝，使其熔化后再加铝锭，最后加镁锭进行熔化，按这种顺序加入不同金属的原因是由各种金属的熔点不同决定的，铜的熔点为1083，铝的熔点为660.4，镁的熔点为651，为使各种金属都充分熔化又不至于因为温度过高而使金属熔液沸腾，则按熔点的不同由高到低将金属依次加入熔化炉。在熔化的过程中最好采用干的木棒而不用别的仪器对熔液进行搅拌，使其充分熔化，因为用别的仪器容易引入杂质，影响合金的性质，而木棒因高温燃烧产生的碳会在高温下挥发，不会引入杂质。在合金熔液的浇注过程中应注意控制好浇注温度和浇注速度，浇注温度过高或过低和浇注速度过快或过慢都会对铸件的质量有影响。浇注温度过高，熔液在铸型中收缩量增大，易产生缩孔、裂纹及粘砂等缺陷；温度过低则熔液的流动性差，又容易出现浇不足、冷隔和气孔等缺陷。合适的浇注温度应根据合金种类、铸件的大小、形状及壁厚来确定，铝合金的浇注温度一般在700左右。浇注速度太慢，金属液冷却快，易产生浇不足、冷隔以及夹渣等缺陷；浇注速度太快，则会使铸型中的气体来不及排出而产生气孔。同时，易造成冲砂和跑火等缺陷。铝合金液浇注时勿断流，以防铝液氧化。6、试样的制备为了避免浇注试样有很多气孔，要保证炉子干燥，熔铸之前的金属表面没有油渍。当金属液体均匀后就可以进行试样的制备。用熔点较高的金属勺子将液体勺入前面做的模具里，在转移时间的速度要快，防止局部温度下降使得浇注会出现很多孔隙。等浇注毛坯冷却后，进行取样，取样时尽量去比较直的部分，为了保证试样的受力均匀。试样初次选取后，要对试样进行表面处理，使试样的两端面平行，然后对其进行相应的处理。本组实验研究的是固溶温度对合金性能的影响，首先对试样进行固溶强化时将三个样本分别放入500的电阻炉中进行固溶处理（由于铝合金的硬度不大，固溶强化为了增加其硬度），其次进行淬火处理（本实验采用水淬），初步工作完成后去三个试样均放入185电阻炉中进行时效处理，6小时后试样完成，等待检测。7、测试方法本实验采用洛氏硬度计对经过固溶、水淬、时效处理的试样进行硬度测试，洛氏硬度计的测试原理：用一定的初试验力F0将金刚石圆锥压头或一定直径的钢球压头压入试样的被试表面，以此作为压痕深度测量的基准点。再施加入主试验力 F1，此时在压头上施加了由初试验力+主试验力构成的总试验力F。经过一定时间（保荷时间）的保持后卸除主试验力，依然保留初试验力，测量压痕的深度 e（称为残余深度）。以压痕的残余深度e计算洛氏硬度值，每0.002mm为一个硬度单位。实验结果与分析第三节 实验结果与分析1、冷压变形参数组别样品原长（mm）压后长度（mm）压缩率第一组15.2214.185%第二组17.7415.5610%第三组.14.1611.7015%2、硬度测试组别第一次测试（HRA）第二次测试(HRA)第三次测试(HRA)平 均 值(HRA)第一组55.046.456.252.5第二组50.949.948.949.9第三组53.656.355.455.1标尺：HRA 60kgf保持时间：5s恢复时间：1s实验结论：在一定的范围之内，2024铝合金随着压缩率的增加其硬度先减少后增加。实验结果分析：（1）热处理对2024铝合金组织和性能的影响。 采用正交法设计了2024铝合金的热处理工艺方案。按设计方案进行了热处理的试验和力学性能测试，同时测定了淬火C曲线，并运用金相透射电位登手段研究了固溶温度，固溶时间，转移时间，淬火水温影响2024铝合金力学性能的微观机制，找到了2024铝合金的最佳热处理工艺温度。结果表明：合金经固溶后强韧性增强，无晶间腐蚀现象。（2）加工硬化对2024铝合金力学性能的影响。在40C以下时效对加工硬化的2024铝合金板材的力学性能没有影响。将时效温度提高到100C后，便发现屈服强度略有下降，塑性则有所提高。而这时合金的强度极限实际上并不发生改变。继续提高时效温度到150C，则加工硬化的板材塑性会提高，而强度极限却稍有降低。因为加工硬化的板材在150C以下人工时效时，所看到的塑性变形显著提高，和有一些软化的事实，是由于回复所造成的。加工硬化的2024铝合金材料在150-180C加热时会激烈地强化，并降低塑性;而在190-200C加热时，其强度与塑性都同时下降。（3） 压缩形变对2024铝合金的影响。在实验中，采用不同的压缩率对铝合金进行冷变形压缩，使其材料的力学性能收到一定的影响，从而影响材料的硬度，所以在试验中不同的压缩率的合金测试出的硬度是不同的，且在一定的范围之内，2024铝合金随着压缩率的增加其硬度先减少后增加。第四节 结论与心得体会实验结论：在一定的范围之内，2024铝合金随着压缩率的增加其硬度先减少后增加。心得体会：这次的材料科学基础关于2024铝合金的熔铸及形变热处理对其性能的影响的实验，使我获益匪浅。加强了对课本理论知识的理解和应用，对铝合金的一定性能有了更深一层次的了解。对于这次实验过程及其结果，总结出以下几点：第一，理论是实验的灵魂，所以实验预习必须完善到位，只有胸中有沟壑，才能在老师的详细讲解之下融会贯通，充分掌握。做好实验预习，对实验的进行会有很大的帮助。第二，实验要求有科学的态度，心态决定成败，实验过程必须严谨细心，耐心，而且做好受挫准备，不能保证完胜，我们可以保证屡败屡战，当然，原则是损耗最少。所以在这种非探索的去检验理论的试验中，应该严格按照实验课本和老师的安排去做。第三，这次实验也是一次实践，结果是对小组集体的一个考验，所以在实验过中，成员之间要懂得相互配合，分工合作，遇到不明白的问题时，大家一起讨论，集思广益，才能更完美的完成任务。第四，实验同时也考验了我们的动手能力及操作能力。理论是实践的基础，实践使得理论更加完善。虽然以我们现在的能力还达不到那样的高度，但是，对我们的实践能力的提高，那是肯定的。而且这次实验的感受对我们以后的实验会有很大的帮助。第四，试验之后要对实验结果进行认真的总结与分析，决不能回避所出现的问题，应该从中超找不足，在以后的试验中引以为戒。实验结论与分析以及以后的实验思考是我们理论上最重要的检验标准，不仅仅是一个实验完美结束，更是只是的充实与事业的开阔。 最后，非常感谢在这次实验中老师们的认真教导，帮助我们在实验中感受理论的真谛。正是由于老师的合理教学方式，才使得我们的学习更有效。课上老师的深入讲解，让我们对实验有了更深入充分的了解。参考文献：1 刘成，罗兵辉。中南大学材料科学与工程学院，铝合金，2010年，04期2 陈刚，高平平。湖南大学材料科学与工程学院，湖南大学学报， 20