实验1 熔敷金属中扩散氢测定

1、实验1 熔敷金属中扩散氢测定一、实验内容采用甘油置换法测定手工电弧焊或CO2气体保护焊熔敷金属中扩散氢的含量。二、实验目的1、了解熔敷金属扩散氢含量的测试方法都有哪些2、掌握甘油置换法测定熔敷金属中扩散氢的含量的方法。三、实验步骤1、试板准备：1）确定试板及引弧板、引出板的材质为碳素结构钢或低合金钢。2）确定试板及引弧板、引出板的尺寸依照不同的焊接方法和测定方法从表1中选定。3）试板及引弧板、引出板预先作去氢处理，加热400-650，保温1h，然后再250±10情况下保温约6小时。4）试板及引弧板、引出板的群补表面应进行加工，保证光滑和清洁。2、焊接材料的准备1）选择直径为的焊条，并

2、按照焊条制造厂推荐的条件进行烘干，焊条不能互相接触，不能与其它焊条混烘。2）从烘箱中取出的焊条应立即使用。3）焊丝选择或的焊丝。4)保护气体选择混合气。3、试样制备1）焊接前引弧板、试板引出板按照长度方向排列组成，用夹具固定，按照图1进行焊接。中间个试样须做标记和称重（精确至）。2）在室温下进行焊接，焊接规范按照下面的规定进行。3）试件焊接完成后2s内放到冰水中摆动冷却，冷却10s后立即取出，用机械方法取出引弧板和引出板，清除飞溅物和熔渣，经丙酮清洗吹干后，放入充满甘油的收集器中，进行测定。4、焊接规范1）手工电弧焊（a）焊接电流的种类和极性选择按照所选焊条的规定确定，交直流两用的焊条，采用交

3、流施焊。焊接电流比制造厂推荐的最大电流低15A。（b）焊接速度按照熔化120mm-130mm的焊条焊成100mm焊道的速度进行焊接。2）气体保护焊（a）采用直流反接；（b）焊接电流：的焊丝电流为260-290A，的焊丝电流为330-360A；（c）电弧电压：27-31V，：26-30V;（d）焊接速度：330±30mm/min。（e）导电嘴端部到试件的距离：19±3mm。（f）保护气体流量为15-20L/min。5、扩散氢含量测定1）测试设备如图1所示。2）将焊接完成的试样放入应经充满甘油的收集器内，从试样焊接完成到放入收集器内，应早90S内完成。3）收集扩散氢过程中，甘油

4、温度必须保持45±1。4）72小时后将吸附在收集器管壁和试样上的气泡收集上去，准确读取气体量。5）将测定的氢气体积换算成标准状态下的体积，用该体积除以熔敷金属质量（焊后与焊前试样质量之差）的1/100，即为扩散氢含量，单位为mL/100g熔敷金属。实验2 焊条设计、配制及其工艺性能实验一、 实验内容 设计一种焊条配方，制作焊条样品。观察、测试、对比焊条工艺性能。二、 实验目的及要求1. 熟悉常用的焊条药皮组成物及其作用，了解焊条配方设计及配方调整的基本方法。2. 熟悉焊条生产流程，掌握焊条手工搓制或小型压涂机制作技术。3. 了解焊条工艺性能的评定指标、评定方法及影响因素。三、 实验条

5、件及要求(一) 焊条设计及制作用设备及材料1. 焊条烘干箱 2. 天平 3. 瓷钵、瓷棒 4. 玻璃板 5. 量筒6. 焊条压涂机 7. 焊芯H08A， 8. 各种焊条药皮辅料，水玻璃(二) 焊条工艺性能分析用设备及材料1. 自制焊条，E4303、E5015焊条，4mm，2. Q235钢板若干块，14×100×400mm，14×100×150mm，14×200×400mm，14×200×250mm，280×50×20mm，400×150×14mm3. 紫铜板两块，500

6、15;500×3mm，1500×400×1mm 4. 碳棒 5. 秒表 6. 天平 7. 直尺8. 铁球，2Kg 9. 交流焊机 10. 直流焊机(三)实验要求 独立设计、操作，制作的焊条样品外表均匀光滑，无裂纹、脱落，焊条偏心率小，工艺性能较好；实验数据记录准确，分析合理，实验报告完整、清晰。四、 实验相关知识点1. 焊条设计及制作焊条是焊条电弧焊方法的焊接材料，由焊芯、药皮两部分组成，药皮与焊芯的重量比称为焊条的药皮重量系数。焊芯起导电和填充金属的作用，碳钢焊条最常用的焊芯是H08A，焊条规格根据焊芯直径划分，常用的有、，6.3，7.8，9.1。焊条药皮有保护

7、作用、冶金作用、改善焊条工艺性能三个方面的作用，根据药皮组成的不同，焊条分为氧化钛型、氧化钛钙型、钛铁矿型、氧化铁型、纤维素型、低氢型、石墨型、盐基型八种类型。焊条药皮原材料有矿物类、金属及铁合金类、化工产品类、有机物类四类物质，其作用可分为稳弧、造渣、造气、脱氧、合金化、粘结、成形七个方面。焊条设计就是选用合适的焊芯、药皮类型、渣系及药皮配方，其主要依据是被焊母材的化学成分与力学性能指标、被焊工件的工作条件、现场设备及施工条件、焊条生产设备及工艺条件等。E4303焊条药皮中一般含有30%以上的TiO2，20%以下的碳酸盐，30%左右的硅酸盐，4%以下的有机物和9%15%的锰铁等，含有以TiO

8、2为主要成分的原料有：天然金红石、人造金红石、钛白粉、还原钛铁矿、钛铁矿等，根据加入的TiO2所使用的主要原料不同，可以分为四大体系：人造金红石体系、还原钛铁矿体系、钛铁矿+钛白粉体系、钛铁矿+金红石体系，各体系典型配方见表1。E5015焊条药皮主要由碳酸盐、氟化物、硅酸盐（可用TiO2代替部分硅酸盐）和铁合金4类物质组成，碳酸盐与氟化物的总量约60%70%，硅酸盐一般小于12%，铁合金约15%25%，典型配方见表2。焊条生产制造工艺流程见教材图2-4。主要包括焊芯制造、药皮原材料粉末制造、水玻璃制造、干粉配料搅拌、加水玻璃湿搅拌、压涂焊条、磨头磨尾、烘干、检验等工序。焊条一般采用机械的方法制

9、造，但在小型的科研、试制工作中，为了节省原材料和时间，可采用手工方法制造，本试验使学生基本掌握手工搓制焊条的技术。2. 焊条工艺性能焊条的工艺性能是指焊条在焊接操作用的性能，是衡量焊条质量的重要指标之一。焊条的工艺性能主要包括：焊接电弧的稳定性，焊缝成形，各种位置焊接的适应性，飞溅，脱渣性，焊条的熔化速度，药皮发红的程度，焊接发尘量等。影响焊条工艺性能的因素很多，如焊条焊芯成分、药皮成分、焊条制造方法及质量、焊接工艺规范、焊接操作技术等，目前焊条工艺性能的评定还缺乏严格的实验手段，只能作定性的或半定量的判断，我国焊条行业常采用的评定方法和标准如下：(1) 电弧稳定性测定a. 灭弧、喘息次数测定

10、： 在14×100×400mm的Q235钢板上，用E5015在直流焊机上、 E4303在交流焊机上各施焊三根焊条，每根焊条焊一条焊道，焊条尾端余50mm，记录每根焊条的灭弧、喘息次数，取三根焊条的平均值。 折合灭弧次数 = 灭弧次数 + 1/2 喘息次数b. 断弧长度测定：用E4303和E5015焊条（4mm）各三根，将焊条垂直夹持在固定于14×100×150mm钢板的支架上，焊条引弧端面距钢板，接通电源，用碳棒引弧，焊条自行断弧后，轻轻敲去熔渣，用钢尺测量焊条端部至焊缝顶部的垂直距离，即为该根焊条的断弧长度。取三根焊条平均值为该焊条断弧长度。(2) 再

11、引弧性能测定 用E4303和E5015焊条在14×200×400mm的Q235钢板上焊接15秒后断弧，立即在14×200×250mm的Q235钢板上再引弧，记录断弧后至再引弧之间的间隔时间为1、2、3、 4、5、6、7秒，每一时间间隔用一根焊条进行实验，每次再引弧应在钢板的冷点上进行，每一时间间隔重复三次，引弧成功两次或两次以上者判为再引弧通过。再引弧时以焊条熔化端与钢板接触为准，不得做敲击动作，不得破坏焊条套筒。(3) 飞溅的测定用280×50×20mm的Q235钢板，竖直放在厚3mm的紫铜板上，用1mm厚、400mm高的紫铜板围成

12、椭圆形直筒，加以屏蔽。在钢板上面用4mm焊条进行单道焊，每根焊条熔化350mm，焊后将其筒内飞溅（渣和铁珠）收集（钢板和焊缝上的飞溅可忽略不计），用天平称其重量。共焊三根焊条（三根焊条可在同一块试板上焊接，每焊完一根焊条将试板水冷、去渣，试板温度低于100可继续施焊）。飞溅率（%）=飞溅量(g) / （焊前焊条重-焊后焊条重） × 100(4) 熔化系数、熔敷系数、焊条效率的测定将280×50×20mm钢板称重，用4mm 的E4303焊条利用交流焊机焊接，焊接电流200±5A，焊接过程中用电流表测其电流值，焊条熔化长度350mm，用秒表记录时间。焊条熔化

13、系数(g/Ah) = (焊前焊芯重g-焊后焊芯重g) / （焊接电流A×焊接时间h） 焊条熔敷系数(g/Ah) = (焊后板重g-焊前板重g) / （焊接电流A×焊接时间h）焊条效率（%）= 焊条熔敷金属重量g / 熔化焊芯的重量g(5) 焊缝成形及流动性Q235钢试板尺寸为400×150×14mm，与水平面成10度角放置， 用E4303和E5015焊条进行上坡焊和下坡焊，上坡焊时焊条与母材成10度角，下坡焊时焊条与母材成80度角。焊接过程中观察熔渣流动性是否适宜，有无赶渣情况等。焊后脱渣，观察其焊缝成形，看焊缝两边是否整齐，波纹是否均匀美观，焊缝宽窄是

14、否一致。(6) 脱渣性在两块400×100×14mm的Q235钢板间开70。坡口，用4mm 的E4303焊条在坡口中间焊一层长250mm的焊缝，焊接电流200±10A，焊好后将试板的焊缝向下放于锤击台板上，并用卡具将试件固定，焊后一分钟内将2Kg的铁球由高处自由下落锤击试板中心，连续锤击5次，缓冷至室温再锤击5次，即第一层共锤击两回，每回5次。冷却至室温时，再焊第二层，第二层是在第一层焊缝上焊长为200mm的焊缝。每层施焊熔化焊条长度均为350mm。第二层焊缝在焊后1分钟内连续锤击5次。脱渣长度测量可分三种情况：a. 未脱渣：渣完全未脱，呈焊后原始状态。b. 严重

15、沾渣，渣表面已脱落，但仍有薄渣层，未露出金属表面。c. 轻微沾渣：焊缝两侧有粘渣，中间部分已全露出焊缝金属。××轻微粘渣长度脱渣率= （焊缝总长 - 未脱渣总长）/ 焊缝总长 ×100%第一层脱渣率 = （第一层第一回脱渣率 + 第一层第二回脱渣率）/2五、 实验实施步骤（一） 焊条设计及制作表1 E4303焊条参考配方金红石钛白粉还原钛铁矿钛铁矿钛铁中碳锰铁木粉大理石菱苦土白云石白泥长石云母石英合计1308-12-7-147-1002-3-1-8-4-表2 E5015焊条参考配方大理石萤石钛铁低度硅铁锰铁石英钛白粉云母纯碱合计1541512559-1002442

16、445521100(1) 用砂纸将焊芯打磨去锈，校直，用天平称出5根焊芯的重量，然后计算每根平均重量。(2) 取药皮重量系数Kb=0.4，计算每种焊条所需药皮的重量，参考表1、表2的配方设计E4303、E5015，称取各种药皮辅料。(3) 干混 将称出的各种辅料放入瓷钵，用瓷棒搅拌均匀，要求药粉颜色一致，不得有块状、粒状存在，不得将干粉撒出。为防止搓制焊条时药皮粘玻璃板，可留出少量干粉，但搓制后期必须全部用到焊条上。(4) 湿混 逐渐加入水玻璃，轻轻搅拌，直至可以形成“面团状”。（实验时可一滴一滴地加入水玻璃，切不可一次加入过多。）(5) 搓制 将湿混好的湿粉沿焊芯长度方向均匀分布涂在焊芯上，

17、再用双手使焊芯在玻璃板上轻轻滚动，使药皮逐渐均匀牢固地粘在焊芯上，注意焊芯的一端留出20mm左右的无药皮夹持端，非夹持端要漏出焊芯，不要形成包头。(6) 烘干 搓好的焊条经24小时晾干，然后再放入烘箱内烘干，E4303在180220烘干2小时，E5015在350400烘干2小时。(7) 检验 烘干后的焊条，需要磨头、检查质量，如药皮有裂缝、剥落即为不合格。（二） 焊条工艺性能分析 利用自制焊条及市售E4303、E5015进行焊接，观察并分析焊接电弧的稳定性、焊缝成形、飞溅、脱渣性、焊接发尘量等工艺性能。具体方法参见实验理论基础部分。六、 思考问题1. E4303药皮类型属于哪种？指出其配方中主

18、要的造渣剂、造气剂、脱氧剂各是什么？2. E5015药皮类型属于哪种？指出其配方中主要的造渣剂、造气剂、脱氧剂各是什么？3. E4303、E5015选择脱氧剂有何不同？为什么？4. 影响焊条脱渣性的因素有哪些？5. 为什么E4303可用交流焊机焊接，而E5015只能用直流焊机焊接？七、 实验成绩评定办法主要评分点：原理描述、实验流程、动手能力、解决问题的能力，制作焊条的外观质量。工艺性能数据记录、分析讨论，实验报告完整性、正确性。实验3 对接接头组织和拉伸、弯曲、冲击性能评定一、实验目的1.了解压力容器焊接工艺评定过程及评定规则；2.掌握平板对接手工焊接技术；3.熟悉焊接设备及焊接工艺参数的调

19、整；4.了解掌握焊接接头组织的分布特点以及掌握如何让分析焊接接头的组织5.研究焊接规范参数对焊缝组织、晶粒度、硬度、过热区宽度等的影响6.了解焊接接头力学性能的测试方法及设备工作原理；7.了解超声波检验标准和工作原理。二、实验原理 平板对接接头焊接质量的影响因素有焊接工艺参数如焊接电流、焊接速度、焊接装配间隙等，同时与焊接材料、焊前处理、焊后处理等工艺有关。通过检验焊缝熔敷金属的力学性能和金相组织的的分析来判断其焊接工艺的正确与否，是实际生产中确定焊接工艺参数的主要依据。本实验采用手工焊或二氧化碳气体保护焊两种常用的焊接方法对压力容器常用材料进行力学性能测试和金相组织观察。三、实验设备 BX3

20、-315交流电源、ZX7-400逆变焊接电源、NBC-350二氧化碳气体保护焊接电源、万能实验机、摆锤冲击实验机、超声波检测设备、角磨机等、金相显微镜。四、实验步骤：1. 选择板材8×200×200mmQ235B材料，焊条E4303，3.2、mm直径在板中心堆焊接，记录焊接参数见表1；表1 焊接工艺参数序号电 流/A电 压/V焊接时间/S焊缝长度mm焊接速度mm/s线能量KJ/mm123456782. 分别按图1(a)(b)(c)（d）所示加工焊接试块，压力容器焊接工艺评定拉伸4件，弯曲2件，冲击6件（焊缝区3、熔合区3）(a) 试样取样示意图 （b）拉伸试样尺寸示意图（c

21、）弯曲试样尺寸示意图（d）冲击试样拉伸尺寸示意图五.、实验数据 拉 伸 试 验试样编号宽（mm）厚（mm）面积(mm2)断裂载荷（KN）拉伸强度(MPa)断裂特点及部位弯 曲 试 验试样编号试样厚度（mm）试样类型弯轴直径（mm）弯曲角度(°)试样结果冲 击 试 验试样编号试样尺寸缺口类型缺口位置试验温度（）冲击吸收功（J）备 注六、实验结果分析：1.分析力学性能数据是否合格？为什么？20302.焊接缺陷有哪些？各种缺陷产生的原因？3.焊接参数是如何影响平板对接焊接质量的？七、 实验成绩评定办法主要评分点：1. 原理描述2. 实验流程3. 动手能力4. 解决问题的能力5. 工艺性能数

22、据记录6. 分析讨论7. 实验报告完整性、正确性。4 铸造合金流动性的测定一、实验目的流动性是合金的铸造性能之一，它对获得优质铸件有重要的影响，因此测定合金的流动性和的研究影响流动性的因素有重要意义。本实验的目的是研究在铸型及铸件结构一定的条件下金属的性质、浇注条件对流动性的影响。二、实验原理测定流动性试样的类型很多，如U形、球形、a 形、螺旋形试样、真空试样等。本实验采用螺旋形试样，其结构尺寸如图1-1所示，用浇注试样的长度作为衡量流动性好坏的标准。三、实验内容分别测定纯铝及铝硅合金（1.65%Si，11.7%Si，20%Si三种），在过热度为60和120浇注条件下的螺旋试样长度。四、实验用

23、设备、仪器、材料1、熔炼设备：箱式电阻炉一台（RJX-15-19）,石墨坩埚（20号）四个，测温热电偶（带石英玻璃保护管）5支，XWC-300电位差计一台，X-Y函数记录仪一台，台秤一台。2、造型模具及工具，螺旋形式样型板，砂箱及造型工具。造型及熔炼材料：南京红砂、纯铝，结晶硅，去气剂（氯化锌或六氯乙烷）。五、实验步骤1、配砂：红砂百分之百，要求含水量5%左右，湿压强0.3/cm2，透气率30.2、造型：每组用配好的型砂和螺旋形模板砂箱造型8个，在浇口杯中插好有石英保护管的热电偶。铸型周围用型砂埋好待浇。3、配料、熔炼与浇注：配好纯铝、1.65%的铝硅合金,11.7%的铝硅合金,20%的铝硅合

24、金各4公斤，分别装入四个20号坩埚内，然后放入RJX-15-19电阻炉内熔化。当温度升到每种合金液相线以上140左右时，分别取出坩埚，置于浇包中，用氯化锌精炼（加入量为0.5%）消除氯化物熔渣，静置12分钟，用热电偶和X-Y函数记录仪测温。等到过热度为120，浇注一个试样，再等到过热度为60是浇注一个试样，四种合金共浇注8个试样，注意浇注前打开XWC-300电位差计记录浇口杯中合金液的浇注温度。各种合金的过热度可根据图2Al-Si二元状态图查得。4、待试样冷去后打箱测量螺旋形试样的长度。六、实验结果与分析1、将各种合金的实验数据填入下表图1 螺旋形试样装配图2、绘制Al-Si合金流动性与成分的

25、关系图1-2 Al-Si合金二元系相图3、根据实验结果结合状态图进行分析与讨论，分析其产生误差的原因。5 铸件凝固动态曲线测定 一、实验目的 合金液相线到固相线之间的温度间隔谓之结晶间隔，凝固过程中逐渐液相线等温面和固相线等温面之间的区域谓之凝固区域，反映凝固区域由表及里推移的最直观方法是凝固动态曲线，凝固区域是液固并存区。它的宽、窄、结构，向铸件中推进的速度以及最终推进到铸件中心的时间，对铸件的质量，如缩孔、缩松热裂，偏析等的形成都有影响。因此它是研究铸件凝固问题重要领域之一。本实验的目的在于学会测定铸件凝固动态曲线，对凝固区域结构建立起直观认识，验证铸件凝固的平方根定律。二、实验原理如下图

26、1所示，由一维铸件表面至中心安放六根热电偶测得相应的六条冷却曲线，如图1（b）所示，再以时间为横坐标轴，以铸件表面至中心的六根热电偶的安装位置，即以 铸件表面至中心之距离为纵坐标轴，如图1（b）每根冷却曲线与液相线和固相线的交点分别向下引出垂线，与各热电偶的位置线相交，得到的相应交点，把交点连接起来就构成了凝固动态曲线，所得之图即为凝固动态图如图1（c）所示。图1（c）左边曲线同液相线相对应（如有过冷，则与一个略低的等温线相对应）。它表示不同时间铸件断面中凝固开始的部位，故谓之“凝固始液”。它实质上表示了铸件断面中液相线等温面从铸件表面向中心推进，在不同时间所处之部位，该曲线之斜率就表示液相线

27、等温面向中心推进至速度。图1（c）右边曲线同固相线相对应，它表示不同时间铸件断面中凝固结束的部位，故谓之“凝固终夜”。它实质上表示了铸件断面中固相线等温面在不同时间时所处之部位，它的斜率就表示了固相线等温面向铸件中心推进的速度。在凝固动态图（c）上可以看出具有结晶间隔的合金在每个时间，从铸件表面至中心参在固相区（铸件表面至凝固终液），凝固区（凝固终波至凝固始波之垂直距离）和液相区三 个区域。在图上可以看出铸件凝固过程即是凝固区域不断推向铸件中心液相区随之不断缩小以至于消失之过程。凝固终波到达铸件中心就表示铸件凝固过程已经结束。 图1 铸件冷却曲线 所以动态曲线测定原理实际上就是把具有温度-时间

28、坐标的多根冷却曲线转变成具有距离-时间坐标的凝固动态曲线图。无论多么复杂的合金，只要能在冷却线上找出合金在凝固过程中析出新相和析出终了的拐点，就能在凝固动态图上画出析出新相的始波和新想析出终了之终波。将某液态金属在同一浇注温度下同时注入几个同样的铸型，经过不同时间间隔，分别使铸型中尚未凝固的残余液体流失，获得固态金属硬壳。这种铸件凝固的研究方法谓之残余液体流失法或倾出法。所得到的硬壳内表面叫倾出边界，所得到的硬壳厚度即为倾出边界向铸件中心推进之距离。此距离应符合平方根定律。在凝固动态图上不同时间内所得到的硬壳厚度的点并且再连接成线，就可以得到倾出边界动态曲线。在凝固动态图上，倾出边界愈靠近凝固

29、始波则说明愈易达成牢固的晶粒骨架，这种情况表示铸件凝固时，晶粒骨架中可能存在较多的、被晶架分隔成许多个孤立小溶池的残余金属波，并且亦表示铸件在凝固时期可能较早地产生线收缩。因此具有这种特点的合金就容易产生晶间缩松和热裂。三、实验内容测定纯铝（AI）和ZL2（铝铜合金4.05.0%重量比），一维铸件的凝固动态曲线。 纯铝：熔点600 比重：/3 ZL2：液相线温度649，固相线温度540铝铜状态图如图2所示。图2 铝-铜系状态图四、实验用设备，仪器及材料 SG512电阻干锅炉二台，热电偶和XWC100温度自动记录仪，砂箱、木模、造型工具、闹钟、秒表、外卡钳、同尺。纯铝纯铜，20NaOH水溶液，2

30、0HNO3水溶液。五、实验步骤 1. 用木模、砂箱造型(如图3所示)6至10个。 2. 将6只热电偶保护套管紧固在专用夹具上。3. 将专用夹具按一定位置放在两个铸型上。如图3，套管中插入热电偶，按一定次序将热电偶接在XWC300温度自动记录仪上，待浇。 4. 将纯铝和ZL2分别在干锅炉中熔化、过热至760左右进行脱气处理，于750±5尽快浇入铸型。每种合金各浇一个有热电偶铸型和2至4个不带热电偶的铸型。同时按动秒表记录时间，打开XWC300自动记录。 5. 何时使未凝固的残余金属流失（对未有热电偶的铸型）。应该用棒接触金属溶。当已凝固成一定厚度的金属壳是就可以拔下耐火塞，让残余金属流

31、失，记下从开始浇注到流失之凝固时间t1。第二个铸型可稍长于t1之时间，第三个铸型稍长于t1之时间，按相同的操作让金属液流失。 6. 当有热电偶铸型温度降到500时，测定结束，从温度记录仪上取下记录纸，按实验原理二绘出凝固动态曲线。 图3 测定动态曲线铸型图 7.从流失铝液后所得到的各金属壳高度中部（12H处）取三点，用外卡钳及钢尺测量金属壳厚度，取其平均值作为金属壳厚度即在相应时间内倾出边界向中心推进之距离，把此距离填在下表。合金种类浇注温度铸型温度从浇注到拔塞时间（秒）金属壳厚度（毫米）金属表面情况第1点 第2点 第3点 平均值8. 观察流液后所得到的金属表面情况，分析倾出边界表面的特点。9

32、. 在金属壳中部取样磨光，20NaOH的水溶液中腐蚀20HNO3水溶液，观察宏观组织形状。6 铸造合金体收缩的测定一、实验目的液态合金冷却至室温的体收缩包括液态收缩，凝固收缩和固态收缩，前两者是铸件产生缩孔和缩松的原因。为了获得微密铸件研究缩孔和缩松的形成原因影响因素，测量方法有重要意义。本实验目的是：掌握缩孔，缩松的测量方法；认识合金结晶间隔大小即合金成分与形成集中缩孔和缩松倾向的关系；研究不同铸造条件下相同液体金属缩孔和缩松相对容积大小变化规律。二 、实验原理：液态金属冷却至室温时的体收缩V液-V室本应用体收缩率表示：v=U熔-U室 100% 但目前还没有一个完善的方法能把冷却至室温时整个

33、体收缩量准确测量出来，然而体收缩与缩孔缩松的倾向是一致的，所以目前都是测量对获得微密铸件有重要影响的缩孔率，缩孔缩松率（空洞度），或者测量试样上缩孔缩松带宽度。缩孔率的测量一般是用球形试样或锥形试样进行（见图1）。采用这种试样形状的目的是创造一个形成集中缩孔的条件。形成的缩孔以煤油或酒精滴定之，这个缩孔的容积与水力称重法称出的试样轮廓体积之比即为缩孔率一般用其代表体收缩率。 图1 球形试样装配图 图2 锥形试样装配图滴定法对分散，微小的与集中缩孔互不相通的缩孔，缩松，显微缩松不能测量出来，用其代表体收缩率有所失，所以近年来用所谓相对比重法或相对密度法来测量，用缩孔缩松 率（孔洞度来代表体收缩率

34、，孔洞率（%）=100%，我们采用大小圆柱试样（见图3）来测量孔洞度，大小号圆柱体试样两圆柱体体积之比大约为41：1，小圆柱的密度认为是理论密度，密度用精密天平和水力称重法测量。缩孔缩松带宽度的测量是以X射线透照为基础的（见图4）X线透过缩孔缩松能力比透过金属力强，所以在有缩孔缩松的地方，底片上呈亮白色。缩孔缩松带宽度就是试样中心亮白带的宽度()与试样轮廓宽度(B）之比（/B）×100%。图3 大号（小号）圆柱体试样 图4 X射线透照三 、实验内容1用球形试样，大小号圆柱试样测量纯铝（AOO）铝硅合金（1。65%Si,11.7%Si,20%Si）在相同过热度下缩孔率，孔洞度，缩孔缩松

35、带宽度。2用上述试样的切片测绘等孔洞度曲线。四、实验所用仪器，设备，材料RJX-15-9型箱式电阻炉1台，20号坩埚四个，浇注端包一个；测温电偶一套；煤油滴定管架两套；球形，锥形，大小号圆柱试样及造型工具；工作台，虎钳，锯子，锉刀及钻床；造型材料；春铝，结晶硅，去气剂；5公斤重天平，精密天平，比重计，细丝线，烧杯等。五、测量步骤1配砂：南京红砂100%，水分5%，湿压强0。3-0。5Kg/cm,透气性30。2造型：用球形，大小号圆柱形试样，冷铁，砂箱等各造型四个，周围埋好砂待浇。3. 熔化浇注：在造型同时用RJX159电炉熔化四种合金（每埚），熔化后于730750用氯化锌去气（0.150.2%

36、），清脏，静置12分钟。取出坩埚放入端包，测温，在过热度为60时（参AlSi合金状态图）浇注，球形试样和大小号圆柱试样各一个，在浇满球形试样后要立即去掉浇口杯，圆柱形试样浇满后要立即堵塞内浇道（按下插 板）。（1）铸件凝固冷却至室温后取出，用锉刀锉去表面粘砂，在天平上秤出其在空气中的重量W空。将试样放在滴定架下用煤油滴定出缩孔溶积V缩孔，倾倒出缩孔中的煤油，秤出在水中的重量W水（在水中称重时先用蜡填平表面缩凹），用比重计测出水的比重r水，则缩孔率。式中（）即前面提到的试样轮廓体积。（ ）即为试样密度（r试样）。（2）锯下圆柱试样的小圆柱体，用细丝线系住在精密天平上称出其空气中的重量和水中重量，

37、则金属的理论密度r理=试样的孔洞度孔洞度=（3）解剖大圆柱试样，截取出厚度=2cm的新试样，放在x线机上照相，从照片上量出缩孔缩松带宽度。在照相后的试样上按设计好的坐标位置，用相同直径钻头钻出通孔，钻孔前和钻一个孔后都要用精密天秤称一次试样重量，两次称量之差即各孔质量（W各孔），再除以各孔体积（V各孔）就得到各孔的试样密度（r各孔试样）。 各孔处的孔洞度据各孔坐标和各孔孔洞度可绘出试样上的等孔洞度线。六、结果与分析1.用所测各合金的缩孔率、孔洞度对照Al-Si状态图，找出体收缩随合金成分而变化的规律，绘出Al-Si合金近Al断缩孔缩松分布情况。2.分析误差产生的原因。7铸造应力的测定一、实验目

38、的及意义由于铸件壁厚不均匀，冷却速度不一致，各部分有高温塑性状态转入弹性状态的时间也不一致，铸件粗大部分冷却慢，它的固相线收缩就受到细薄部分的阻碍，结果在铸件内部形成残留应力。这时粗大部分为拉应力，细薄部分为压应力，残留热应力不随铸件工艺过程的结束而消失，它长期地残留在铸件中。这种应力是使铸件变形或冷裂的主要原因之一。 铸件壁厚相差悬殊，残留热应力大。铸件壁厚不均匀二教主后又迅速冷却则这种应力值就越高。铸件材料的弹性模数越大，则其在其它条件一定的 情况下，这种应力值就越大。本实验目的在于： 1）认识热应力的产生和变化； 2）学会应力框（试样）及动态应力仪测定残余热应力的方法； 3）了解铸件的合

39、金种类对残余热应力的影响。二、实验方法和原理 测定残留热应力的方法很多，但是在生产性实验和科学研究中，采用最多得到应力框试样图如图所示。细杆冷却较快，粗杆冷却较慢，结果在粗杆中产生残留拉应力，细杆中产生残留压应力。试框铸成后，在粗杆上选定的一段距离内用锉刀及砂纸打磨光，在其上面打印两个标点如图AB两点，测出两个标点的距离l0然后再两个标点用手锯或铣刀将粗杆切断，于是试框各杆所存在的残留应力就被解除，两个标点距离将增大，新测得断后的两个标点之间的距离l1,其变形量l1-l0，因变形量与残留应力成正比，因此可以根据变形量的大小来判断残留应力的大小。也可以在试框上铸出凸台或测钉然后用铣刀加工出平行的

40、两个面供测量用，此时可用游标卡尺测量两面之间的距离。 图1 测定残留应力用的框形试样略图假定试框横梁不发生弯曲变形则粗杆和细杆中残留应力可以按照下式计算：式中：1一粗杆中的拉应力； 2一细杆中的压应力； F1一粗杆的截面积， F2一细杆中的截面积； E一合金的弹性模数； L一杆长； Lo一两标点间的原始距离；l一两标点间前后的标距变化量。E-是事先用同种合金浇注试样测定的值。 尽管用应力框摸拟铸件测定残留热应力简单易行，不破坏铸件等，但它有以下缺点： 1必须测定试验材料的弹性模量才能比较准确地计算应力值； 2应力是通过中央粗杆切断以后，测量其应变量计算而得。其应变量仅几十个，往往不易测准。结果

41、计算得的应力值误差也较大。 3应力计算公式未考虑试样横梁变形，因此给计算得到的应力值也会带来误差。 4中央粗杆切断过程中，由于热作用，振动作用等，会造成应力松驰。 因此现在许多单位在制造动态应力仪，测量试件铸造过程中应力的变化情况，它除避免上述缺点外还具有直接观察杆件中应力变化过程的特点· 图2为常德市仪器厂生产的铸造合金动态应力测定仪示意图，它由测定仪主机，控制箱，以及测定仪器等组成。应力测定仪主机包括机架、工作台，应力传感器，液压卸载机构等主要部分。 E型应力框试样铸型用铝芯盒，芯砂造成，经烘干使用或直接用温型使用，安装在仪器工作台(9)的台面上，应力框(1)的粗细杆分别与测头(

42、2)铸接，测头通过紧固螺母(3)与拉压应力传感器(4)相连接，传感器的另一端与带有液压卸载机构的端粱(5)紧固，端粱安装在机架(6)上·金属液通过浇口(7)浇人铸型(8)后，应力框凝固，冷却，使E型试样和传感器，端粱构成整体的应力框。其中E型试样在铸型内是被测量部分，其余在铸型之外的部分是测量部分。应力框产生的热应力，相变应力及机械受阻应力都通过电阻应变式传感器输出电信号，再由记录仪将应力框在凝固，冷却过程中的动态变化完整的记录下来。 E型应力框的粗细杆直径比可模拟铸件壁厚差选，这样E型应力框的应力可以反映相同条件的铸件应力。 实验中，对应力倾向较低的合金如铝一硅，铝一铜合金可以用细

43、杆直径8，粗杆直径20。对应力倾向较大的合金，如奥氏体钢，白口铁等可以用细杆直径为12，粗杆直径为20应力框。 应力框试样铸型用芯砂制造时，芯砂配方为：原砂70140，1OO糖浆45，烘干温度150160保温3小时。 应力框试样铸型用湿型时，可用普通红砂加水(适量)型砂口三、实验内容用动态应力仪测定纯铝、铝硅合金在粗细杆不同比例湿型情况下的动态应力。（每组同学只做一组成分合金）图2 动态铸造应力测定仪示意图四、实验设备及工具井式电阻坩埚炉一台，浸入式热电偶一支，万用电表一个，动态应力仪一台，造型材料及工具，铝、铝、硅合金，去气剂氯化锌等。五、实验步骤 1、熔化一种铝或铝硅合金，达预定温度(一般

44、液相线上50100'C)后，用氯化锌去气精炼(方法同前)，保温等待浇注。2、在熔化合金的同时，将动态应力仪主机放平，与控制箱用专用导线联结，接好控制箱电源，打开电源开关及工作开关，调节输出电位器使电压指示6V，电流表应指示为7OmA左右(说明传感器已进入正常使用状态)。扳动工作选择开关和停止开关使指示灯一个亮(只测粗(细)杆温度或只测粗细杆温差时)两个交替亮(测粗、细两杆温度时)或三个灯交替亮(测粗细两杆温度及两杆温差时)。将控制箱与记录仪连结起来，当记录仪用二笔式xY函数记录仪时'x轴联结控制箱“测温"接线柱，记录粗(细)杆温度或粗细杆温度差。y轴联结控制箱“I”或

45、“"接线柱，以记录细杆受的拉压应力变化；当用多笔式xY函数记录仪时，x轴记录时间(自动走纸)，y轴I、 笔可接粗细杆温差及粗细杆受的拉压应力，当用XWT台式记录仪时接线方向同多笔式X-y函数记录仪。控制箱和记录仪接线后，用同样的方向力作用于传感器上(注意打开记录仪电源)，检查记录仪信号，笔动作方向是否一致，不一致时应将记录信号反接；用万用表检查记录仪测温笔和主机上那几组铁夹子接通，通者夹上热电偶。用热源(如烟头等)接触热电偶端看测温笔是否接反，接反时换接热电偶丝。x轴原点处在记录纸左端，y轴原点处在记录纸中央，此时各拉压传感器输出均为零(各笔均处在z轴线上)。3、接通动态应力仪主机水源(进水管在右下方，出水管在左上方)，若无冷却水流过千万不可浇注，否则会烧坏传感嚣。4、用改锥紧紧主机紧固螺母内的螺钉，手拧上三个测头，测头上套入对中块，用扳手拧紧三个测头，使之不得有任何松动现象，然后取掉对中块，以免因卡死测头影响测量。测头上再放上塞块。5、用湿型砂、砂箱、模样造E型试样铸型，下浇口芯后，置整个铸型于主机托盘之上(砂箱下最好放上两个100滚棒)，用手缓缓升起托盘使测头对准E型开口，使传感器与砂箱平行，固定托盘，