《材料成形实用工艺》实验指导书

1、实用文案材料成形工艺实验指导书王洪涛 主编机械与材料工程学院材料成型及控制教研室标准2013年10月实验一焊接接头的金相组织观察分析一、实验目的1. 初步学会焊接接头金相分析的方法2. 观察低碳钢熔化焊焊接接头的金相组织特征。3. 分析焊接接头组织变化对机械性能的影响4. 初步分析影响焊接接头金相组织的因素和改进措施二、实验仪器、设备和材料1. 实验设备：金相磨样机、金相切割机、金相抛光机、金相显微镜、显微 硬度仪等；2. 实验材料：手工电弧焊试样、金相砂纸、抛光布、抛光剂、浸蚀液等；三、实验原理：熔化焊是将焊件接头处金属加热到熔化状态，靠熔化金属冷 却结晶形成一体而完成焊接的方法。由于是局部

2、加热，接头上各 点温度分布不均匀，焊缝金属加热到熔点以上，紧邻焊缝的母材 加热到接近熔化的高温，有部分熔化，再向外受热温度逐渐降低， 愈远离焊缝，温度愈低。一般将焊缝两侧受焊接热影响而发生组 织与性能变化的区域，称为热影响区，焊缝和热影响区之间极小 过渡区，称为熔合区。因此，焊接接头由焊缝、熔合区和热影响 区三部分构成，如图1-1所示。焊接质量主要取决于接头的质量, 特别是热影响区的大小。所以，了解焊接接头的金相组织变化情 况及其对金属机械性能的影响，对尽量减少热影响区，制订合理 工艺方案，提高接头质量及其重要。图1-1焊接接头示意图图1-2 焊接接头金相组织四、实验步骤1、熔焊接头宏观试样的

3、制备：a、取样：垂直于焊缝截取、砂轮切割机、线切割机等。b、磨制：粗磨一在砂轮机上进行、修整平面、不需的边角 等。细磨一金相砂纸、手工磨等。c、抛光：手工抛。在抛光机上进行。d、浸蚀：A3钢熔焊接头、4%硝酸酒精溶液。2、试样显微组织观察：a、母材区组织b、热影响区组织c、焊缝区组织五、实验结果及思考1、绘制熔焊接头的宏观形貌示意图（横截面）。2、绘制熔焊接头各区的金相组织图3、分析各区组织变化情况和原因实验二材料表面超音速火焰喷涂涂层制备一、实验目的1. 理解材料表面超音速火焰喷涂涂层基本制备方法及原理；2. 掌握超音速火焰喷涂的工艺过程及参数设置；3. 掌握涂层制备设备的操作规程及方法步骤

4、。二、实验原理超音速火焰喷涂（High Velocity Oxygen Fuel，简称 HVOF ）是利用丙烷、丙稀等碳氢系燃气与高压氧气在燃烧室内或在特殊 的喷嘴中燃烧产生的高温高速燃烧焰流，将粉末轴向送入该焰流， 然后将粉末加热到熔化或者半熔化状态，雾化成小液滴，在高压 高速焰流中加速到音速以上，喷射到经过处理的基体表面上，形 成结合强度高、组织致密、性能优越的涂层的技术，如图1所示。图1热喷涂过程三、实验仪器及材料1. CH-2000 型超音速火焰（HVOF ）喷涂系统（1）简介CH - 2000型超音速火焰喷涂系统通过高压燃料气体与 氧气燃烧产生超音速火焰而实现喷涂。适用于喷涂金属陶瓷

5、、金 属及合金涂层，涂层致密、结合性能优越。如用来制备耐磨损性 能优越的硬质合金涂层（如 WC-Co系和Cr3C2-NiCr系涂层）； 也可以制备耐腐蚀和耐咼温氧化性能优越的咼温合金涂层（如 MCrAlY等）；用该系统制备的镍基自熔合金涂层，在喷态下显 微硬度超过喷焊层的硬度。可用于石油机械、水轮机组、风机机 组、钢铁、电厂锅炉等实现磨损腐蚀零部件修复和强化。（2 ）系统构成本系统由CH-2000 型喷枪（如图2、图3）, CH-2000 型控 制柜和送粉器，冷却系统构成。本系统通过氧气和燃气燃烧产生 超音速火焰（如图4所示）。可使用的燃气包括丙烷或丙烯或乙烯。 送粉气可以使用氮气或氩气。典型

6、火焰的速度超过2000m/s。喷涂粒子的速度可达300650m/s。图2 CH-2000型超音速火焰喷枪图图3 CH-2000型超音速火焰喷枪内部结构图图4马赫锥一典型的超音速火焰特征(3)系统的特点1) 系统采用PLC控制，可靠性高；2) 本系统使用的气体(包括氧气、燃气、送粉气)压力与流 量，均可分别单独控制；3) 以单独设置的点火系统直接用燃气点火，可靠方便；4) 通过气体参数的预调，用单个按钮可以实现在控制柜面板 上对喷涂火焰开关操作，并可配线控盒实现遥控，操作简 单可靠；5) 对冷却水与送粉气的压力实行实时监控，设置有报警与自 保护系统，保证了系统运行的安全可靠性；6) 喷枪重3.5

7、kg，可以手持进行喷涂，也可以配备合适的机 夹装置进行机械化喷涂；2 .超音速火焰喷涂耐磨涂层用材料(1) WC Co系耐磨粉末，主要应用于温度为550 C以下的 磨粒磨损和冲蚀磨损。(2) Cr3C2 NiCr系耐磨粉末，多用于530900 C的磨损 工况。四、实验步骤1. 系统运行前的准备在进行喷涂作业前，务必打开通风和排风设备，保持喷涂空 间具有良好的通风状态，然后按以下步骤进行准备工作。(1) 接通电源(2) 接通氧气源。将氧气压力调到 0.60MPa，即6个大气 压。（3）接通丙烷气体将压力调至0.5MPa （5个大气压），然后利用控制柜 面板上的调压器将压力调节到 4个大气压。此时

8、，送 粉气指示灯亮；如果指示灯不亮（或闪烁），表明压力 小于0.4MPa（ 4个大气压），需增加送粉气压力。（4）启动水泵开关。当冷却水压力大于设定的 4个大气压时，水压指示灯 亮，否则指示灯不亮。在运行过程中，当水压小于4个大气压时，水压指示灯闪烁报警。当电源指示灯，水压指示灯和送粉气指示灯全亮时， 系统进入准备状态。2 .喷涂操作（1 ）手动操作准备工作完成后，系统进入准备状态，按以下操作顺序进行： 按点火按钮，接通点火气体，进行点火； 按喷涂按钮，接通各气路电磁阀； 调节送粉气流量至1500L/h ; 间歇或同时调节氧气流量和燃气流量，使其达到设定流量值； 按送粉启动按钮，启动送粉器 停

9、止送粉 按停止按钮，熄灭喷涂火焰 等火焰熄灭后，将流量计调节阀调到全关闭状态（2）半自动操作准备工作完成后，系统进入准备状态，按以下操作顺序进行： 气体流量的预调； 按点火按钮，接通点火气体，进行点火； 按喷涂按钮，启动喷涂火焰；确认并调节各路气体至预设值； 按送粉器启动按钮，启动送粉器； 停止送粉 按停止按钮，熄灭喷涂火焰 将流量计调节阀调到全关闭状态3 .结束喷涂作业(1 )关闭水泵(2) 关闭气源，分别单独按下氧气、燃气、送粉气预调按钮, 并拧开各对应流量计调节阀，泄压并排除气路中的气体；(3) 关闭控制柜上的电源开关。五、实验报告要求1. 简述超音速火焰喷涂实验原理；2. 表述操作步骤；3做好原始记录(实验设备型号，粗化用刚玉的大小，喷涂用 粉末的种类及大小，基体材料的大小，喷涂的工艺参数，涂层的 厚度)；4. 详细记录喷涂过程中观察到的现象，结合学到的理论分析现 象产生的原因。六、实验注意事项1. 本系统运用高压燃气，为确保安全，必须严格按照要求操作；