现代凝固理论与铸造工艺-实验指导书

1、研究生实验教学指导书现代凝固理论与铸造技术课程实验撰写人：郭宇航江苏科技大学 材料科学与工程学院2011年3月实验一：大块非晶的制备及组织观察、性能测试实验二：高活性金属的熔铸工艺及快速凝固的微观组织观察实验三：有色金属熔体处理及对组织性能的影响实验四：铝及其合金铸造工艺及组织观察实验一：“大块非晶的制备及组织观察、性能测试”实验教学指导书实验项目编号： 宋体五号 实验项目名称： 大块非晶的制备及组织观察、性能测试 （中文） （英文）实验类型：设计、研究 实验学时数： 6学时每组核定人数：6人适用专业：材料学、材料加工、有色金属冶金先修课程和环节：掌握金属基非晶相关基本知识，以及非晶制备的基本

2、原理；非晶材料的成分设计及性能检测相关知识； 一、实验目的1在现代凝固理论与技术课程中，材料的制备，成分设计，性能检测等是教学中的重点内容之一。非晶材料更是金属材料领域的当前热点之一。本实验的主要目的是为了使同学对非晶的制备以及基本测试有一个感性认识与了解。2在材料的成分设计上要求学生通过查阅文献，选择不同体系，不同的成分设计，通过这样的训练，学生可以独立开展材料的成分设计工作。本实验的另一个目的是通过对所制备的非晶进行性能测试，和我们的预期结果进行比较，分析成分设计的优缺点。3学会使用非自耗真空电弧炉，真空甩带机，蔡司金相显微镜以及材料性能测试等相关设备。二、实验内容及基本原理（一）实验内容

3、本实验内容包括以下四个部分：1非晶材料的成分设计；通过查阅相关文献，每小组确定不同的材料成分体系，并设计出一组可行的成分表（23个成分）。如：钛铜合金系，Ag-Cu系。2. 制备方法的选择，如：真空吸铸法，真空甩带，液氮冷却铜模法等。4. 学习非自耗真空电弧炉，真空甩带机，电阻炉，金相显微镜的使用，以及金相样品的制备；（二）实验原理利用形核理论，对大块非晶合金的形成条件、控制因素、合金成分设计思路、制备原理与技术等进行了分忻与讨论。非均匀形核的避免和均匀形核的抑制是大块非晶合金成功制备的充分必要条件，前者要通过外部熔炼条件的有效控制来实现，包括：熔炼提纯、合理的冷却介质和惰性气氛保护等：后者要

4、通过合理的成分设计来实现，包括：多组元、高原子尺寸比、人负混合热、低熔点组元或低熔点共晶。三、实验用仪器与药品1 WK-II型非自耗真空电弧炉，真空甩带机，可液氮冷却铜模一套（根据不同制备方法选择不同设备）。21/10000精度分析天平一台，蔡司金相显微镜一台，布洛维硬度计各一台。四、实验方法与步骤（一）成分设计每个小组的材料体系不同，具体成分设计课通过查阅文献和小组成员讨论后确定。（二）材料制备根据设备的使用情况和每个小组的兴趣出发，可以选择适合的制备方法（真空吸铸，甩带法，铜模冷却法）。（三）性能检测通过XRD确定材料的相结构，再对所制备材料进行性能测试（硬度微观结构等）。并分析组织与结构

5、之间的内在关系。（四）实验报告以小组为单位提交一份实验报告，包括：实验内容、原理、数据分析、以及实验心得。其中实验心得包括：实验的成功经验和失败原因总结。五、实验准备及预习要求1. 实验内容查阅相关文献，了解实验基本原理。2. 实验报告前半部分：实验目的、实验原理等。六、实验注意事项1.操作设备时严格按照操作规程，并在教师指导下完成。2.实验完毕后清理场地，并保持实验室卫生及实验器材摆放整齐。七、思考题1.大块非晶材料制备方法有哪些？2.大块非晶的应用前景有哪些？八、实验报告内容及格式1. 实验目的2. 实验原理3. 实验方法4. 实验材料与设备5. 实验结果及数据分析6. 实践意义与理论价值

6、分析实验二：“高活性金属的熔铸工艺及快速凝固的微观组织观察”实验教学指导书实验项目编号： 宋体五号 实验项目名称： 高活性金属的熔铸工艺及快速凝固的微观组织观察 （中文） （英文）实验类型：设计、研究 实验学时数： 6学时每组核定人数：6人适用专业：材料学、材料加工、有色金属冶金先修课程和环节：熟悉铸造工艺学，成分设计以及性能检测等相关知识。一、实验目的1在现代凝固理论与技术课程中，金属熔铸工艺是教学中的重点内容之一。快速凝固对材料性能的影响是金属材料领域的当前热点之一。本实验的主要目的是为了使同学对高活性金属熔铸及快速凝固有一个感性认识与了解。2在材料的成分设计上要求学生通过查阅文献，选择不

7、同体系，不同的成分设计，通过这样的训练，学生可以独立开展材料的成分设计工作。本实验的另一个目的是通过对所制备的非晶态合金进行性能测试，和我们的预期结果进行比较，分析成分设计的优缺点。3学会使用非自耗真空熔炼炉，坩埚炉，真空感应熔炼炉，X射线衍射仪，可编程高温电阻炉。 二、实验内容及基本原理（一）实验内容本实验内容包括以下三个部分：1.合金的成分设计；通过查阅相关文献，每小组确定不同的材料成分体系，并设计出一组可行的成分表（13个成分）。如：Ni系，Ti-Cu系，Ti-Zr系，Ti-Ag系，Ti-Cu-Ag-Zr系；铜基，铝基等。2. 制备方法的选择，如：吸入铸造法，液氮冷却法，铜模铸造法，真空

8、吸铸等。3. 学习使用X射线衍射仪，非自耗真空电弧炉，压模机，坩埚炉，可编程高温电阻炉等实验设备；（二）实验原理基本原理是把一薄层液态金属粘附在导热性良好的金属冷基底上，从而达到快速导热、冷却金属的目的（如单辊法、双辊法等）； 三、实验用仪器与药品1 WK-II型非自耗真空电弧炉，真空甩带机，液氮冷却铜模法（根据不同制备方法选择不同设备）。2X射线衍射仪，1/10000精度分析天平一台，SG可编程高温电阻炉，铜模一套。四、实验方法与步骤（一）成分设计每个小组的材料体系不同，具体成分设计课通过查阅文献和小组成员讨论后确定。（二）材料制备根据设备的使用情况和每个小组的兴趣出发，可以选择适合的制备方

9、法（吸入铸造法，液氮冷却法，铜模铸造法）。（三）性能检测快速凝固后对不同部位其进行性能测试（硬度、摩擦磨损、耐腐蚀等）。并分析成分与性能之间的内在关系。（四）实验报告以小组为单位提交一份实验报告，包括：实验内容、原理、数据分析、以及实验心得。其中实验心得包括：实验的成功经验和失败原因总结。五、实验准备及预习要求1. 实验内容查阅相关文献，了解实验基本原理。2. 实验报告前半部分：实验目的、实验原理等。六、实验注意事项1.操作设备时严格按照操作规程，并在教师指导下完成。2.实验完毕后清理场地，并保持实验室卫生及实验器材摆放整齐。七、思考题1.快速凝固对材料性能有哪些影响？2.快速凝固工艺在材料制

10、备方面有哪些优势？八、实验报告内容及格式1. 实验目的2. 实验原理3. 实验方法4. 实验材料与设备5. 实验结果及数据分析6. 实践意义与理论价值分析实验三：“有色金属熔体处理及对组织性能的影响”实验教学指导书实验项目编号： 宋体五号 实验项目名称： 有色金属熔体处理及对组织性能的影响 （中文） （英文）实验类型：设计、研究 实验学时数： 6学时每组核定人数：6人适用专业：材料学、材料加工、有色金属冶金先修课程和环节：掌握有色金属相关基本知识，有色金属材料的成分设计、制备及性能检测相关知识； 一、实验目的1在现代凝固理论与技术课程中，材料的制备与性能测试是教学中的重点内容之一。本实验的主要

11、目的是为了使同学对纳米材料材料的制备以及基本检测有一个感性认识与了解。2在材料的成分设计上要求学生通过查阅文献，选择不同体系，不同的成分设计，通过这样的训练，学生可以独立开展材料的成分设计工作，并对其进行性能测试，和我们的预期结果进行比较，分析实验中的优缺点。3学会使用WK-II真空熔炼炉，坩埚炉，X射线衍射仪，硬度计等相关设备。二、实验内容及基本原理（一）实验内容本实验内容包括以下三个部分：1.材料的成分选择；通过查阅相关文献，每小组确定不同的材料成分体系，并设计出一组可行的成分表（23个成分）。如：Ti-Al系，Cu-Ag系，Al-Si系等。2. 制备方法的选择，如：真空熔炼，坩埚熔炼，等

12、。3. 学习使用真空熔炼炉，坩埚炉，分析天平等主要的实验设备；（二）实验原理材料制备三、实验用仪器与药品1制备设备：真空熔炼炉，坩埚电阻炉等（根据不同制备方法选择不同设备）。2性能测试设备：扫描电镜SEM，高温摩擦磨损仪，蔡司金相显微镜，布洛维硬度计各一台。四、实验方法与步骤（一）成分设计每个小组的材料体系不同，具体成分设计课通过查阅文献和小组成员讨论后确定。（二）材料制备根据设备的使用情况和每个小组的兴趣出发，可以选择适合的制备方法（真空熔炼，感应熔炼，铸造）。（三）性能检测通过扫描电镜SEM，金相显微镜确定材料的组织，再对所制备材料进行性能测试（硬度、摩擦磨损、微观结构等）。并分析组织与结构之间的内在关系。（四）实验报告以小组为单位提交一份实验报告，包括：实验内容、原理、数据分析、以及实验心得。其中实验心得包括：实验的成功经验和失败原因总结。五、实验准备及预习要求1. 实验内容查阅相关文献，了解实