中南大学材料专业大四工程实践及岗位体验

1、一、课程目的及安排随着社会的快速发展，用人单位对大学生的要求越来越高，对于即将毕业的材料科学与工程专业在校生而言，为了能更好的适应严峻的就业形势，毕业后能够尽快的融入到社会，同时能够为自己步入社会打下坚实的基础，工程实践与岗位体验是必不可少的阶段。工程实践与岗位体验能够使我们在实践中了解社会,让我们学到了很多在材料科学与工程专业课堂上根本就学不到的知识,受益匪浅,也打开了视野,增长了见识,使我认识到将所学的知识具体应用到工作中去。为以后进一步走向社会打下坚实的基础,只有在实习期间尽快调整好自己的学习方式,适应社会,才能被这个社会所接纳,进而生存发展。 “实践是检验真理的唯一标准”，只有把从书本

2、上学到的材料科学与工程专业理论知识应用于实践中，才能真正掌握这门知识。因此，学院为我们安排了工程实践与岗位体验这门课程。我们组在宁乡中工新材有限公司进行了为期六周的工程实践与岗位体验。实践的主题是铜合金的制备。二、企业情况2.1企业情况简介由中南大学材料学院二位博士导师领办，六位博士加盟，拥有十二位高、中级职称技术人员的岳麓山国家大学科技园高新技术入园企业；科技部中小型企业技术创新基金项目“铁路列车异步牵引电动机铜合金导条、端环和护环中试”（00C26214300352）承担单位；由科技部、国家税务总局等五家单位批准“大功率调频调速异步电动机专用铜合金转子部件”为国家重点新产品；主要从事高性能

3、铝合金和铜合金及其它有色金属新材料的研制、开发与生产；公司注册资本为100万元，无形资产经湖南省四达评估有限公司评估为2170万元。2.2拥有的自主知识产权：高速列车异步牵引电动机铜合金导条、端环和护环，中国发明专利(ZL99101984.9)；一种大功率调频调速异步牵引电动机铜合金导条和端环及其制备方法，中国发明专利(ZL201010181509.2)；高速列车异步牵引电动机铜合金导条、端环和护环研制，湖南省科技厅鉴定成果(湘科鉴字1999第132号)，2000年湖南省科技进步二等奖；地铁列车和城市轻轨列车大功率异步牵引电动机铜合金导条、端环和护环中试，湖南省科技厅鉴定成果(湘科鉴字2000

4、第231号)，长沙市科技进步一等奖(长科奖字2001第03号)；车辆用大型铝合金型材配用焊丝研制，湖南省科技厅鉴定成果(湘科鉴字2002第028号)；高强高韧可焊含钪铝合金板及配用焊丝，中国有色金属工业总公司鉴定成果(中色鉴字1998第065号)。2.3主要研制开发的产品：大功率调频调速异步牵引电动机转子铜合金导条、端环和护环（可批量供货）；铝钪中间合金（可批量供货）；铝合金焊丝（可批量供货）。2.4目前产品用户：1、南车株洲电机有限公司，各种车速的动车和高铁牵引电机，出口多个国家的特种电机；2、湘潭电机股份有限公司，多个城市的地铁和轻轨牵引电机，特种电机；3、北车永济电机有限公司，各种车速的

5、动车和高铁牵引电机；4、湘潭兴达电机有限公司，108T矿用自卸车交流电机。三、岗位体验记录3.1工艺简介3.1.1电动机转子铜合金导条制备工艺Cu-Cr-Zr合金以其优良的力学性能、导电性能及成熟的制备工艺而广泛应用于电工电子等行业。在Cu-Cr-Zr合金的基础上添加Zn，以调节合金的电阻率，合金的名义成分为Cu-（1012）%Zn-（0.60.9）%(Cr,Zr),其制备工艺如下：合金熔炼与铸造锭坯切割、剥皮挤压并水淬酸洗冷拉矫直、剪切时效酸洗、钝化精整、包装3.1.2电动机铜合金护环制备工艺 护环是电动机转子上的重要部件之一，它热套于端环上，受紧配合力、本身及绕组端部的离心力、弯曲应力等作

6、用，叠加应力很高。因此要求护环材料必须有足够的强度和尽可能高的塑性与韧性、最小的残余应力、最少的危害性缺陷。纯铜以其优良的导电、导热、耐磨、耐蚀性能和工艺性能而被广泛应用于机电、电工、电子等行业。但纯铜在软态下的强度较低，特别是抗高温变形的能力差，越来越难以满足现代工业的发展对高强度强韧铜合金的需求。因此高强度强韧铜合金的设计主要是两种思路：一是加入适量合金元素强化铜基体来提高强度，同时尽可能减少对电导率的影响；二是引入第二相形成复合材料，通过复合强化取长补短，达到高强强韧的综合性能。根据护环产品的性能要求，通过综合考虑，在铜合金成分设计时，采用铝、铁、镍为合金成分控制元素，优化了三者之间的合

7、理比例为104.54.5。护环的主要技术路线是：合金熔炼与铸造半连续铸造均匀化处理自由锻造热处理机加工无损伤检测成品检验包装入库护环3.2岗位体验记录3.2.1熔炼与铸造工艺岗位体验3.2.1.1.原料：电解铜板、锌以单质形式直接加入，铬和锆是以铜铬、铜锆中间合金的形式加入。3.2.1.2方法：在熔炼和铸造过程中，由于合金中高含量的铝和镍，这两种元素在熔炼过程中易氧化，最终形成高熔点的悬浮渣造成熔炼过程中清渣难度增加。因此熔炼时采用中频感应电炉，并在添加铝块后再添加能溶解氧化铝的冰晶石作覆盖剂和精炼剂，解决了造渣严重的问题。通过半连续铸造工艺浇注铸锭，铸造温度为12201260。3.2.1.3

8、设备：1000HZ中频线圈感应炉。品牌:拓高颜色分类:坩锅 浅灰色电压:220-380V功率:15-160KW温度:2000度熔量:1-200公斤用途:有色金属熔炼3.2.1.4铜合金熔炼一般原则：（1）所有金属炉料必须清理干净（2）快速熔炼，及时浇铸（3）控制炉气为中性（4）加料次序重要（5）熔炼温度与铜液质量密切相关，应严格控制（6）及时准确执行炉前质量检验本厂生产的黄铜需要低温加锌，逐块加锌。沸腾除气，不需要精炼。采用红外测温仪测量铸锭的温度。3.2.1.5熔炼时的金属损耗金属熔炼损耗通常是指熔炼过程中，金属的挥发、氧化烧损、与炉衬作用的消耗等全部损耗的总和。（1）金属的挥发在熔炼过程中

9、，金属的挥发是难以避免的，尤其是一些易挥发的元素有所回因挥发损失过大致使控制成份发生困难；故在熔炼工艺上应视其情况采取相应的措施。（2）氧化烧损熔融金属中合金元素的氧化烧损，与合金元素对氧的亲合力及含量有关，凡与氧的亲合力比基体金属大、表面活性强的金属，必然易烧损。3.2.1.6降低熔炼损耗的途径（1）用熔池面积小的炉子熔炼。（2）制定合理的工艺操作规程。易氧化、挥发的合金元素应制成中间合金在最后加入，或在溶剂覆盖下溶化。（3）碎屑散料应打包。（4）选用适宜的覆盖剂覆盖。（5）正确选用溶剂，同时采取高温扒渣或捞渣，降低渣中金属损耗。3.2.1.7配料原则与配料计算（1）配料原则确定合金各组元的

10、配料比及易耗组元的补偿量。在保证合金的主要成份及杂质含量合乎国家标准的前提下，尽可能少用新金属，以扩大低品位原料及回料的使用量。在保证合金质量的前提下，对合金中贵金属尽可能按标准的下限含量配料。为保证某些制品的特殊要求，在国家标准范围内科适当调整某些元素的含量，及制度生产中实际控制的内部标准。（2）配料的计算配料计算程序一般计算程序是：首先算出100Kg所需的炉料，然后再根据所需投料量乘上倍数即可。具体计算过程如下：确定合计的平均化学成分，铜合金一般取牌号成分的平均值。确定个成分的烧损率，烧损率应通过试验确定。球场计入烧损量的各合金元素的需要量。确定炉料组成。求出回炉料中各成分的重量。求出减去

11、回炉料中各合金元素含量后尚需补充的用量。求出各中介合金的用量。求出尚需补充的新金属料的用量。核算杂质含量。写出配料单。合金熔炼前的配料熔铸现场3.2.2挤压、冷拉及机加工工序岗位体验3.2.2.1设备（1）金属型材挤压机挤压吨位：800T品牌：无锡市大舟机械有限公司电动机功率：130kw外形尺寸: 748028003200（mm）挤压机（2）轧头机品牌：三郎型号：SL-YJ电动机功率：1.5KW外形尺寸：1220*800*800mm重量：0.25t轧头机（3）10t列式拉床（4）高速锯切机品牌：得兴机械型号：455切铝机切割能力：300空载转速：2800pm额定功率：4KW额定转速：3000p

12、m锯片直径：405mm最大锯切深度：300mm重量：303高速锯切机3.2.2.2挤压工艺参数挤压温度：625900挤压方式：正向挤压挤压筒直径：200mm挤压筒横截面积：314cm2比压：637MPa胚料尺寸：185cm2*700mm热处理温度：5503.2.3热处理工艺岗位体验3.2.3.1设备箱式电阻炉制造厂家：上海电炉厂额定功率：60KW额定温度：950摄氏度额定电压：380V空炉耗损功率：13KW相数：三相最大一次装载量：850KG工作空间尺寸：1200mm*600mm*400mm重量：3730KG箱式电阻炉3.2.3.2电阻炉中通入氮气，因为氮气便宜。但最好通氩气。3.2.3.3

13、退火方法：（1）均匀化退火：均匀化退火主要用于铜合金铸锭。加热温度以不发生熔化为度。黄铜铸件在高温下加热时表面易于脱锌，一般不进行均匀化退火。锡青铜、铍青铜及白铜铸件通常都要进行均匀化退火。均匀化退火多在燃料炉中加热，炉气成分应控制在弱还原性和弱氧化性之间。由于所研制铜合金铸锭中的合金元素含量高且为复相合金，铸锭在浇铸过程中由于非平衡凝固造成结晶时不可避免地会出现各种非平衡组织，性能不均匀、塑性差、变形抗力大等情况可能导致热锻时产生开裂现象。因此，铸锭需经均匀化退火，均匀化处理工艺为在850下保温6小时（2）去应力退火： 冷变形黄铜工件，用作弹性元件的锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜及白铜线材或

14、板材，都要进行去应力退火。锌含量大于20%的黄铜冷变形工件，在潮湿大气，特别是在含氨的大气中以及汞和汞盐溶液中，经常会发生应力腐蚀开裂。为了避免出现这种现象，必须进行去应力退火。退火温度为500700。用作弹性元件的各种青铜及白铜制品去应力退火的目的是稳定元件的弹性。为了检查工件退火后是否仍有残余内应力，可将样品置于硝酸亚汞水溶液中浸泡2h。用放大镜观察样品表面是否出现龟裂。（3）固溶热处理及时效处理 在铜合金中，固溶热处理和时效处理的主要对象是铍青铜。另外，铝黄铜，含有Si和Ni的铝青铜，含Ni的硅青铜，含Si和Zr的高强度铬青铜，都可以采用这种热处理力法提高强度。HA160-2的固溶热处理

15、温度为800，时效处理温度为350450。含C、Ni的铝青铜固溶热处理温度为800900，时效处理温度为400450。QSil-3固溶热处理温度为850，时效温度为450。高强度铬青铜固溶热处理温度为1000，时效处理温度为525。（4）退火有些金属型铸造的工件，由于凝固后冷速较高，一些硬脆的化合物不能析出。在这种情况下，材料塑性过高，切削加工性能不良。将这些铸件加热至800，保温透烧后随炉缓冷至500出炉空冷，可使化合物析出，材料塑性降低，强度提高，使切削加工性能得到改善。3.2.4锻造工艺岗位体验（护环）3.2.4.1设备：750kg空气锤型号：C41-750公斤生产厂家：江苏宏城锻压机床

16、有限公司规格：落下部分公称重量750公斤空气锤3.2.4.2锻造工艺（1）锻造温度：金属的锻造温度是锻造的主要因素之一，温度选择的合理性直接影响到锻件的成型和质量。根据研制合金材质的锻造特点和设备情况，确定护环铜合金采用自由锻放坯方式进行生产，始锻温度为880，终锻温度为680。（2）锻后冷却：铜合金锻造后，通常在空气中冷却。紫铜、铝青铜、黄铜在通风良好的空气中冷却，严禁放在箱子里堆冷。（3）冲飞边（4）铜合金锻件一般在室温下切边。对于冷切边容易产生周边撕裂的锻件，要采用热切边。热切温度不超过420摄氏度左右。（5）锻件校正：锻件在锻造成型后，由于热胀冷缩产生的变形可通过复模整型。但复模不得过

17、大，变形量大的锻件不能直接冷整形。（6）锻后热处理：为确保零件的最终性能达到要求，需要通过热处理工艺进一步提高材料性能。采用正交试验法确定了淬火温度、淬火时间、时效温度和时效时间，最终确定护环零件的最佳热处理方案是：900保温1小时固溶，然后在600时效4小时，在此热处理条件下护环零件的综合性能处于最佳。锻后热处理要求和规范要严格执行相应的工艺规范。3.2.5材料性能检测岗位体验3.2.5.1测试试样高温拉伸强度设备：电子万能试验机步骤：1.打开试验机主机电源开关，预热十五分钟以上。2.启动电脑，打开MDCTEST-D软件，连接主机。3.选择或添加合适的实验方案，确认相关的实验参数（试验速度、

18、试验方向、试样形状、设置试样的默认参数等。）；若需实验报告，先设计实验报告模板。4.输入实验数据保存文件名5.输入试样尺寸等参数6.根据试样尺寸使用遥控器手动控制键调整横梁的位置，安装好夹具，设置好限位开关，再把横梁调整到合适位置然后在软件中对位移进行清零。将横梁当前位置设为零点，对力传感器进行清零。7.装夹试样，必要时装夹引伸器。8.确认试样参数正确后，按下操作盘上的【运行】按钮键进行试验。9.达到引伸器切换点时卸下引伸器（如果使用引伸器时）10.试验结束后卸下试样。11.如果继续试验，重复步骤6-1012.生成试验报告，打印试验报告或进行记录。13.不进行试验，脱机，关闭软件，关闭电脑。1

19、4.关闭试验机主电源。15.清理试验设备实验前试样试验后试样3.2.5.2测硬度设备：布氏硬度计步骤：1.实验前准备：根据被测试样厚度和硬度选择压头直径、实验力、试验保持时间；确保试样表面光滑平整2.试验：打开电源开关，此时显示屏显示待机状态，将试样平稳地放在支撑台上，处于压头之下，转动手轮，使试样上升与压头接触直至手轮与螺母产生相对滑动（有轻微响声），按“开始”按钮，试验机将自动完成加载、保持和卸载过程（相应的指示灯会亮），当卸载指示灯灭，则表示实验完毕。3.转动手轮取下被测试样，使用随机所带的读数显微镜读出试样压痕任意纵横两方向的平均直径。4.根据布氏硬度数值计算表查出相对应的布氏硬度值。5.清理试验现场。读数：试样硬度HB120（纵横两向的直径为800.1微米与806.9微米）四、结束语这次实习给了我们锻炼的机会，我们从中也学到了很多我们从未接触到的东西和本领，这些也都和我们生活息息相关，