北工大材料工程基础综合实验课件

材料工程基础综合实验

SystematicExperimentonFundamentalofMaterialsEngineering王金淑北京工业大学材料学院Phone:67391101Email:wangjsh@本科生课程Courseforundergraduates主要内容课程意义

课程内容课程安排课程考核材料工程基础综合实验课程目的增强动手能力！材料科学与工程一级学科主干课程——《材料工程基础》：金属、无机非金属、高分子三大类材料制备科学与技术主要内容材料工程基础综合实验课程意义课程内容课程安排课程考核课程内容综合实验一：铝合金制备、加工及改性

综合实验二：粉末冶金

综合实验四：高分子材料的合成与加工综合实验五：玻璃的制备与加工

综合实验三：焊接原理及方法

材料工程基础综合实验课程内容金属材料无机非金属高分子材料综合实验一综合实验二综合实验三综合实验四材料焊接综合实验五材料工程基础综合实验铝合金制备、加工及改性

综合实验一成分组织制备加工性能该实验将材料科学的四要素：成分——制备加工——组织——性能融为一体，了解材料科学的基本主线熔炼铝合金

材料工程基础综合实验铝合金制备、加工及改性

综合实验一1.1铝合金的熔炼、铸锭与固溶-时效处理1.2铝合金轧制工艺实验1.3铝合金铸锭、轧制、改性的金相组织的检验及力学性能1.1铝合金的熔炼、铸锭与固溶-时效处理实验目的：掌握铝合金熔化的基本原理，并应用在熔化的实践中；初步了解金属材料的制备工艺。实验原理：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。

材料工程基础综合实验实验步骤铝铜合金的熔炼、铸锭与固溶-时效处理炉料准备精炼剂的准备熔炉预热装料熔化精炼炉前质量检查调整熔体温度浇注材料工程基础综合实验1.1铝合金的熔炼、铸锭与时效实验要求严格控制熔化工艺参数和规程熟练掌握熔炼、铸锭定义及作用了解铝合金铸锭方法及其特点熟练掌握铝合金的熔炼、铸锭工艺流程了解熔炼、铸锭所需实验设备及其操作规范材料工程基础综合实验1.2铝合金轧制工艺实验实验目的：掌握板带轧机工作原理及设备操作过程；学会轧制变形量的计算方法及安排道次变形量。实验原理：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。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态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。材料工程基础综合实验1.2铝合金轧制工艺实验实验要求认真学习板带轧机的操作规程和安全注意事项掌握轧制原理，了解轧机结构及其各个构件的作用能够运用课堂所学知识分析轧制过程出现的个别问题了解轧制工艺对材料宏观形貌的影响并分析其原因材料工程基础综合实验1.3铝合金铸锭、轧制、改性的金相组织的检验及力学性能实验目的：了解铸造、固溶处理、轧制及时效处理4种加工条件对铝合金的组织特征的影响；分析不同材料加工工艺对铝合金力学性能的影响。实验内容铝合金组织观察

铝合金静态拉伸样品制备组织观察结果分析试样制备拉伸实验数据分析镶样、机械抛磨、化学侵蚀制备工艺与组织直接的关系不同放大倍数观察不同状态下试样的制备记录全过程并注意观察断口形貌分析各种工艺组织的力学性能表现的原因结构与性能之间的关系材料工程基础综合实验实验要求1.3铝合金铸锭、轧制、改性的金相组织的检验及力学性能实验要求了解金相显微镜的结构及其操作规范熟练操作金相样品的抛制全过程分析材料加工工艺与其本身结构的内在联系熟练掌握力学性能检测用试样的制备方法了解拉伸机的结构以及操作规范分析材料加工工艺、微观结构以及力学性能之间的关系，并能运用已学知识进行诠释材料工程基础综合实验写出铝合金的综合实验报告，要求体现出材料的四要素粉末冶金

综合实验二

内容:1.传统粉末冶金方法粉末的传统烧结(保温时间若干小时)2.先进的粉冶方法(1)纳米粉体的制备化学法制备纳米粉末、快淬法制备非晶粉末(2)放电等离子体快速烧结(保温时间2-3分)粉末粒度测定、粉末流动性测定、块体密度的测定等。SPS烧结设备

材料工程基础综合实验粉末冶金

综合实验二2.1粉末冶金材料制备与检测实验2.2无机纳米粉体的湿化学制备及其粒度表征实验2.3熔体快淬法制备非晶、纳米晶材料实验实验目的：熟悉粉末冶金制取材料的工艺流程与特点，掌握原始粉末的分析、模压及冷等静压成型的具体操作与特点、产品烧结过程中温度、时间对产品性能的影响、多孔材料视比重与孔隙率的测定、以及排水法测定产品密度的方法；了解粉末冶金制取钨铜合金的一般方法。材料工程基础综合实验2.1粉末冶金材料制备与检测实验实验步骤粉末测定压制成形压件烧结2.1粉末冶金材料制备与检测实验渗铜处理粒度测定松装比重模压成形冷等静压除蜡烧结材料工程基础综合实验模压成型钨铜合金固体火箭的喉衬喷口；破甲弹高压开关触头实验要求实验要求掌握粉末冶金制备材料工艺步骤及注意事项熟悉粉末冶金特点了解粉末粒度测定、松装比以及材料密度测定方法了解实验过程中所需设备特性及操作规范2.1粉末冶金材料制备与检测实验材料工程基础综合实验2.2无机纳米粉体的湿化学制备及其粒度表征实验实验目的：溶胶-凝胶法、高压水热法制备无机纳米粉体工艺的制定及操作；

BET法测定纳米级粉体粒度的原理及操作；了解不同湿化学制备工艺及各工艺参数对纳米粒级的影响。实验步骤材料制备性能检测溶胶凝胶高压水热BET比表面积测定BJH计算孔结构材料工程基础综合实验常温下难以制备的化合物水解缩聚,设备简单2.2无机纳米粉体的湿化学制备及其粒度表征实验实验要求实验要求熟练采用溶胶-凝胶以及高压水热法制备粉体材料了解超细粉末制备的各种方法掌握溶胶-凝胶以及高压水热法制备粉体材料的影响因素了解实验过程中所需设备特性及操作规范材料工程基础综合实验2.3熔体快淬法制备非晶、纳米晶材料实验实验目的：实践粗晶材料如何制备成非晶、纳米晶材料；了解不同快淬速度对材料的组织的影响；了解材料从粗晶变成非晶或纳米晶对其性能的影响。实验步骤母合金冶炼浇注成锭铸锭再熔化熔化喷射高速旋转的冷却辊固化薄带和辊分离收集带子晶化退火破碎制粉SPS烧结材料工程基础综合实验图1单辊快淬法制备NdFeB薄带图2NdFeB薄带图326m/s辊速快淬NdFeB薄带的TEMSPS烧结普通烧结烧结体的显微形貌图2.3熔体快淬法制备非晶、纳米晶材料实验实验要求实验要求观察不同冷淬工艺对材料微观结构及形貌的影响了解快淬法制备非晶、纳米晶的特点运用所学理论讨论冷淬制备非晶、纳米晶材料的生长机理了解实验过程中所需设备特性及操作规范材料工程基础综合实验焊接原理与焊接方法综合实验三

全面的了解各种焊接电源及工艺的基本理论、弧焊电源的发展动向及焊接材料及焊接结构的发展概况，较熟练地掌握一种焊接方法。

材料工程基础综合实验焊接原理与焊接方法综合实验三

3.1埋弧焊实验3.2脉冲微束等离子弧焊实验3.3电阻焊实验3.4手工电弧焊实验3.5CO2焊接实验材料工程基础综合实验3.1埋弧焊实验

实验目的：了解埋弧焊的基本原理及操作过程，焊接参数的设定。观察电弧电压及电弧电流对焊缝熔深及熔宽的影响。实验内容：熟练安装焊丝并正确调整焊接规范，观察电弧电压及电弧电流对焊缝成型的影响实验步骤导线连接参数设定焊丝工件短路焊剂埋住焊丝焊弧建立焊接启动结果分析、讨论材料工程基础综合实验实验要求实验要求掌握埋弧焊接对电源的要求了解埋弧焊接的特点

了解埋弧电流、电压与成型之间的关系熟练埋弧焊常见焊接缺陷种类及解决措施熟练掌握等埋焊实验中所用的设备及操作规范3.1埋弧焊实验

材料工程基础综合实验3.2脉冲微束等离子弧焊实验实验目的：了解等离子电弧产生的方法，等离子弧与普通电弧的区别，产生等离子弧所需电源的要求实验内容：接规范的调整；等离子弧焊对焊枪的要求；观察维持弧形态；观察转移弧形态。实验步骤电焊机连接预调焊接规范建立维持弧建立转移弧材料工程基础综合实验实验要求实验要求掌握等离子弧焊接对电源的要求了解脉冲等离子弧焊接的特点

了解等离子弧几种形式的压缩熟练等离子弧焊常见焊接缺陷种类及解决措施熟练掌握等离子弧焊实验中所用的设备及操作规范3.2脉冲微束等离子弧焊实验材料工程基础综合实验3.3电阻焊实验实验目的：要求学生了解电阻焊的基本原理、周波控制方法及操作过程，焊接参数的设定。实验内容：正确选择反馈方式及预压、通电、冷却、等参数的预调整及试运行周波控制基本原理。观察时间、电流等因素对焊接成型的影响。实验步骤焊机准备参数设定观察焊点成型独立操作材料工程基础综合实验实验要求实验要求掌握电阻焊接对电源的要求了解电阻焊接的特点

了解电阻电流、电压与成型之间的关系熟练电阻焊常见焊接缺陷种类及解决措施3.3电阻焊实验材料工程基础综合实验实验目的：了解手弧焊的基本理论，熟练掌握手工电弧焊的基本操作及焊接规范参数调整的方法。观察焊接电流，焊接电压及焊条直径对焊缝成型的影响。实验内容：焊条类型的选择及焊接规范的正确预置，各种焊接位置的操作及焊接规范对焊接成型的影响。

3.4手工电弧焊实验实验要求实验要求焊缝熔宽、堆高均匀，无气孔、夹渣在5秒钟内完成引弧，并建立稳定电弧能够自主设计不同需要的玻璃成分及制备工艺

测试分析焊接电流对焊缝成型的影响3.4手工电弧焊实验熟练掌握手工电弧焊过程中所用的设备及操作规范材料工程基础综合实验3.5CO2焊接实验实验目的：了解气体保护焊的基本理论，熟练掌握CO2焊接的基本操作及焊接规范参数的调整方法。CO2电源与普通手工电弧焊电源的区别。观察熔滴过度特点。实验内容：正确安装焊丝及焊接规范的正确预置，保护气体流量调节，短路过渡时可用全位置焊接及不同焊接电流对成型的影响。

实验步骤电焊机连接预装焊丝预调焊接电压和焊接电流材料焊接材料工程基础综合实验实验要求实验要求观察熔滴的过渡形态能够使电弧稳定燃烧

焊缝宽度、堆高均匀无气孔、夹渣熟练CO2焊常见焊接缺陷种类及解决措施熟练掌握CO2实验中所用的设备及操作规范3.5CO2焊接实验材料工程基础综合实验高分子材料的合成与加工综合实验四

包括乳液聚合法合成聚苯乙烯乳胶和高分子聚合物的挤出加工;掌握高分子材料的合成与加工的独特性，与金属材料制备加工的区别。双螺杆挤出机材料工程基础综合实验高分子材料的合成与加工综合实验四

4.1高分子材料合成实验4.2高分子材料加工实验4.1高分子材料合成实验实验目的：通过实验了解乳液聚合的特点，了解乳液聚合中各组分的作用，尤其是乳化剂的作用；

掌握制备聚苯乙烯乳胶的方法。实验原理：乳化剂是乳液聚合中的重要组分，当乳化剂水溶液超过临界胶束浓度时，开始形成胶束，链引发与链增长绝大部分在胶束中发生。乳液聚合的反应速度和产物分子量与反应温度、单体浓度、引发剂浓度和单体体积内聚合物颗粒数有关，而体系中最终有多少单体－聚合物颗粒主要取决于乳化剂的种类和用量。材料工程基础综合实验实验要求实验要求掌握乳液聚合的方法了解乳液聚合实验原理运用所学理论对冷淬制备非晶、纳米晶材料的生长机理结合乳液聚合机理说明配方中各组分的作用4.1高分子材料合成实验熟悉实验设备及其操作规范材料工程基础综合实验4.2高分子材料加工实验实验目的：简单认识双螺杆挤出机的结构组成；了解双螺杆挤出机的工作原理；掌握双螺杆挤出塑料成型的简单操作。实验内容材料准备材料预热材料混合双螺杆挤出机冷却造粒注塑机材料工程基础综合实验一定形状高分子材料实验要求实验要求了解双螺杆挤出机原理

了解热固性、热塑性的概念与常见塑料属性掌握塑料加工条件及其特性

熟悉实验设备及其操作规范4.2高分子材料加工实验材料工程基础综合实验玻璃的制备与加工综合实验五

模拟玻璃工业的生产工艺过程和相关工艺过程;学会有关玻璃材料的组成设计、原料选择、配方计算、玻璃制备、玻璃加工以及性能测试等全过程的实验研究方法。

材料工程基础综合实验玻璃的制备与加工综合实验五

实验目的：掌握玻璃材料的组成设计、原料选择、配方计算、玻璃制备、玻璃加工以及性能测试等全过程的实验研究方法。实验内容玻璃组成的设计玻璃配方的计算玻璃配合料的制备玻璃的熔制玻璃的成型玻璃的退火玻璃的加工及试样制备玻璃性能测定