铸件形成理论实验指导书.doc

冷却速度对7075铝合金组织和性能影响
试验指导书

一． 试验目
1. 研究7075铝合金在不一样冷却速度对合金铸态组织和性能影响及其规律;
2. 了解多种溶剂、 涂料、 精炼剂、 变质剂、 中间合金及其选择;
3. 了解炉料配比计算过程和多种炉料准备;
4. 掌握真空感应电炉操作规程及常见熔炼浇注工具使用方法;
5. 了解7075铝合金牌号及相关性能。
二．试验材料
绝大多数金属材料制备加工都要经历凝固过程, 控制材料凝固过程是控制材料组织、 提升性能、 挖掘材料潜力及开发新材料最关键方法之一。材料凝固理论与凝固加工制备新技术研究是当今材料科学与工程前沿热点研究领域。
铝合金是最关键工业结构材料之一, 铸造铝硅合金是在航空航天、 机械、 电子等工业中大量应用关键结构材料, 凝固组织尤其是共晶硅生长形态对其性能含有决定性影响, 凝固过程控制、 细化凝固组织、 改变共晶组织生长形态, 是控制铸造铝硅合金性能关键方法。
7075铝合金是一个冷处理锻压合金, 强度高, 远胜于软钢, 7075是商用最强力合金之一。
一般抗腐蚀性能、 良好机械性能及阳极反应。细小晶粒使得深度钻孔性能愈加好, 工具耐磨性增强, 螺纹滚制更与众不一样。
抗拉强度: 524Mpa; 屈服强度455MPa; 伸长率: 11%; 硬度: 150HB。
关键用途: 航天航空工业、 吹塑模、 超声波塑焊模具、 高尔夫球头、 机械设备、 模具加工、 用于制作高端铝合金自行车车架。
特点: 高强度可热处理合金、 良好机械性能、 可使用性能好、 抗腐蚀性能、 抗氧化性能好。
化学成份: Si: 0.40%、 Fe: 0.50%、 Cu: 1.2-2.0%、 Mn: 0.30%、 Cr: 0.18-0.28%、 Zn: 5.1-6.1%、 余量Al。
三、 试验设备
25Kg真空感应电炉, 真空感应熔炼炉是在真空条件下, 利用中频感应加热原理, 将金属熔化成套真空冶炼设备。适适用于科研与生产单位对镍基合金及特殊钢、 精密合金、 高温合金、 有色金属及其合金在真空或保护气氛下进行熔炼和浇铸。也可用做稀土金属及贮氢材料熔炼和浇铸。
四、 试验内容
1.完成7075铝硅合金熔炼浇铸工艺设计方案;
2.完成7075铝硅合金熔炼;
3.了解真空感应电炉熔炼原理。
五、 熔炼浇注过程
1、 铝合金熔化
1) 坩埚、 锭模及熔炼工具准备
① 坩埚准备 坩埚能够使石墨坩埚也能够是铁质坩埚。对于石墨坩埚, 首先, 依据熔化量多少选择容量合适坩埚; 其次, 假如使用是新坩埚, 那么在使用之前, 因由室温缓慢升温至900℃进行焙烧, 以去除坩埚水分并预防炸裂; 假如使用是旧坩埚（注意同一坩埚不能用于熔化不一样牌号合金）使用前应检验是否损坏, 清除表面熔渣和其它脏物, 装料前预热到250～300℃, 并加热到700～800℃, 以除去坩埚吸附水分及其它化学物质。对于铁质坩埚通常采取球铁坩埚, 也可用铸钢（或钢板焊接）坩埚。为提升坩埚使用寿命, 其表面可进行液体渗铝处理;
② 坩埚、 锭模及熔炼工具, 使用前应将残余金属、 氧化皮等杂物清除洁净;
③ 铝镁系合金熔炼工具, 使用前应在光卤石等溶剂中洗涤洁净。
④ 坩埚、 锭模、 熔炼工具使用前应涂防护涂料。涂料成份可见下表1:
表1 坩埚和工具用涂料
代号
名称
成份配比（重量百分比）%
氧化锌
滑石粉
水玻璃
水
T03
涂料三号
25～30
/
3～5
余量
T04
涂料四号
/
20～30
6
⑤ 涂料配制: 涂料成份中全部固体组元, 配制前应磨碎, 并经过100～140目过筛, 然后混合均匀。使用时, 先将水玻璃倒入80～100℃热水中搅拌均匀, 加入固体组元后再搅拌均匀, 冷却后备用。配好后涂料停放时间通常不超出8小时。将坩埚、 锭模、 熔炼工具预热到180～250℃, 涂以防护涂料。
⑥ 涂料能够用喷刷, 要求均匀、 表面光洁; 对于金属型锭模, 其涂料见附表8, 同时, 为利于补缩, 远离冒口部位涂薄些, 而靠近冒口处涂厚些。必需时在产生缩孔部位将涂料去除掉; 冒口用涂膏刮上一层2～3㎜厚涂料, 以提升冒口补缩能力。
2) 原材料
① 配制铝合金所用金属材料应符合QB004《原材料技术条件及验收标准》;
② 配制涂料、 精炼用剂所用辅助材料也应符合QB004中要求;
3) 铝合金配料
配制铝合金采取金属锭、 中间合金及回炉料, 也可使用多种牌号预制合金锭。对于回炉料, 在使用及用量时都应该酌情考虑, 且在装料前必需去除炉料表面上锈迹、 泥砂等污物。在确定铝合金配制后, 应进行炉料计算, 炉料计算, 有元素含量计算法、 炉料配比系数法等。
炉料加入前后标准: 当用铝锭和中间合金熔化时, 首先装入铝锭, 然后加入中间合金; 当用预制合金锭进行熔炼时, 首先装入预制合金锭, 然后补加所需铝和中间合金; 当炉料为回炉料和铝锭组成时, 首先加入炉料中最多那一部分; 当熔炉容量足以装入多个炉料时, 则应首先加入多个炉料时, 则应首先装入熔点相近成份, 而轻易烧损和低熔点炉料, 如镁和锌, 应在最终加入, 采取覆盖剂时, 因在炉料开始熔化时就加入溶剂。当炉料全部熔化后, 进行搅拌使成份均匀, 然后调温到除气工艺所需温度。
4) 合金除气或精炼处理
除气准备时, 使用六氯乙烷时, 应将其压成圆饼, 存放干燥器内备用。使用六氯乙烷加
载体时, 载体材料（氟硅酸钠或二氧化钛）应进行脱水处理; 氟硅酸钠于200～250℃烘烤12～二十四小时, 二氧化钛于300～400℃烘烤3～4小时, 然后按附表5中百分比混合后压成圆饼放在干燥箱内备用。在进行处理时, 先钟罩将除气剂压入坩埚底, 沿坩埚直径1/3处圆周匀速移动, 为不使铝液大量喷溅, 除气剂可分2～3次加入。除气结束后静置、 除渣。对于除气效果, 可分为炉前和炉后检验, 炉前检验: 用勺取约半勺合金液, 用洁净铁片刮去表面氧化物或渣, 露出镜面样液面, 冷却后如有气泡析出, 则除气效果差, 反之则效果好。炉后检验, 试样经腐蚀后看到针孔大小和多少。
2、 铝合金浇注
1) 浇注前准备工作
工具准备: 全部工具应经过清理、 预热、 涂料, 使用前应再次预热;
开模机构检验: 检验开模机构各部分是否完好, 各部分应加油润滑;
金属型模预热: 预热前应仔细清除原来涂料。
金属型模涂料: 涂料配比应依据金属型特点选择涂料并进行涂敷。
2) 浇注操作
金属型模合严后, 应立刻浇注, 避免其降温。
浇注时, 开始瞬间应略慢, 预防金属液溢出浇口杯和严重冲击型腔, 紧接着应加紧浇注速度, 使浇口杯充满, 做到平稳而不中止液流。
浇注快慢尚须视不一样金属型模而改变, 操作者应积累经验, 方便做到不冷隔、 排气顺畅及不冲坏型芯。浇包中合金液应恰好为铸件所需用量, 如有剩下, 应浇入锭模中, 严禁将剩下金属液返回坩埚中。
浇注完成, 依据不一样铸件, 即时开模, 做到不因开模过早损坏铸件, 也不因过迟而产生脱模困难。取出铸件后, 观察铸件是否合格。
3) 浇注安全
A. 试验场地应平坦、 整齐, 道路通畅, 场地上不得有积水, 且应有良好通风方法。
B. 搬运金属型、 浇注和取出铸件都应细心操作, 预防碰伤和烫伤;
C. 浇包中铝液不宜太满;
D. 金属液溢出铸型外时, 应放干砂, 以预防爆炸伤人。
4) 铝合金熔炼浇铸工艺:
试验方案确定（炉料计算及熔炼浇铸工艺）→坩埚、 锭模及熔炼工具准备→中间合金配制→配料→加料→熔化→精炼处理→变质处理→浇铸→取模。
六．试验步骤
试验方案设计
造型
铸型准备

或锭模准备
浇注

熔体变质处理（不做）
熔化
加料
配料

金相试样
硬度试样
其它性能测试试样等

试验结果整理、 分析、 撰写试验汇报

打箱、 清理
切割

七、 试验汇报要求
1. 做好原始统计;
2. 介绍真空感应炉熔炼原理;
3. 分析不一样冷却速度对7075铝合金铸态组织、 性能影响;
思索题:
1） 纯金属和实际金属在结构上有何异同？
2） 什么是液态合金充型能力？影响充型能力原因有哪些？
3） 冷却速度对显微组织以及力学性能有什么影响规律？

试验汇报格式
1.试验目:
2.试验材料:
3.试验设备:
4.试验步骤（实际操作步骤）:
5.真空感应炉熔炼原理:
6.试验结果及其分析（不一样冷却速度对组织和硬度影响,要求配标准格式金相图4副, 显微硬度测试数据表格）
7.思索题: