材料成形创新实验实验报告

实验报告课程名称材料成型创新实验实验名称棒（管）材热挤压及液压机的操控与调试专业班级材料成型及控制工程x班任课老师xx学号xxx姓名xxx开课学期2013年秋季实验目的1.掌握热变形的定义和特点；了解材料变形的意义；感性了解热挤压工艺流程。2.通过坐标网格法认识金属（纯锡锭）在热挤压时塑性流动变性规律，验证不均匀变形的存在。3.分析本实验挤压模具的结构特点，掌握挤压时金属的流动规律的影响因素。实验内容及步骤1.热挤压理论知识讲解（相关知识，实验原理，流程等）2.查阅文献资料，了解实验过程，回答与实验相关问题（问题见三<实验结果与数据分析>第一小题）3.了解实验材料及纯锡的铸态微观组织4.锡锭的网格划分1）対剖试样取其中平整光滑的一块，用断锯片画出中心线（纵向），然后画出约5mm*5mm正方形；2）将方格编号，然后记录下来，再将石墨粉涂在网格线上。5.热挤压实验（锡棒的反向热挤压及万能材料试验机的操控）热挤压实验步骤：测量、记录挤压筒和模子（凹模）尺寸后，将铸锭装入挤压筒，整套模具放在万能材料试验机的操作台上；2）连同挤压筒和模子一起，加热试样到一定温度并保温一段时间；启动万能试验机，锭坯开始受力起控制挤压行程15mm，然后卸载停止挤压；4）取出模座，将压余及挤压模退出挤压筒；5）用锯弓锯断挤出部分，分离压余及模具；6）记录网格变化，记录死区高度，记录压力值。6.实验数据记录并处理，编写实验报告实验数据及结果分析1、回答以下问题1）明确冷、热变形定义及特点。2）纯锡的熔点是多少？其再结晶温度是多少，写出计算过程。分析纯锡的热变形特性。3）查找万能材料试验机的参数、性能操作特点，并熟悉万能材料试验机的操作。4）计算该实验中试件的挤压比。答：1）冷变形：材料在低于再结晶温度下的塑性变形；冷变形特点：a.冷塑性变化中晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性；b.位错密度增加导致位错塞积而产生加工硬化；c.冷变形为金属材料的回复与再结晶提供驱动力；热变形：材料在高于再结晶温度上的塑性变形；热变形特点：a.在热变形过程中，金属内部同时进行着加工硬化和回复、再结晶软化两个相反的过程；b.热变形温度一般控制在一定温度范围之内，即上限温度一般低于固相线100-200℃范围内，下限在再结晶温度以上一定范围内；2）纯锡的熔点231.89℃；再结晶温度：T再=（0.3-0.4）T熔≈（231.89+273.15）×0.4K—273.15=—71.134℃热变形特性：纯锡在加热并受外力作用时，随着载荷的增加，首先发生弹性变形，当载荷增加到一定值时发生弹塑性变形，继续增加载荷，塑性变形继续增加，直至金属发生断裂；锡在加热之后，其强度略有增强而塑韧性急剧增强。3）本实验所用的设备是型号为AG—10TA的岛津万能材料实验机，其最大载荷为100KN，最小载荷为1KN；最大测量误差为1%；温度偏差在±2℃范围内；试验机温度范围-196℃~-110℃；位移传感器精度范围1mm~10mm。性能特点：手动控制加载速度，电脑显示试验过程，自动分析试验结果采用油缸下置式主机，涡轮蜗杆传动油缸采用间隙密封，独特的静压支撑油膜无摩擦导向技术钳口液压夹紧，确保试样夹持稳固，拉断不掉落微机桌式油源、电器一体化控制柜，实用美观基本操作方法：1.打开总电源和两个空气开关，最后按下主机开关，根据实验要求调到所需模式（拉伸、压缩和弯曲）等；2.对载荷传感器进行标定；3.对位移传感器进行标定；4.低温试验时，注意热电偶的位置和最高、最低温度的设定；5.在高温实验时选择较好的P，I，D值；6.启动主机电源之前，将横梁开关调到合适的位置；7.实验完成后将试验机按开机时的逆序全部关闭开关；4）挤压比了解实验材料及纯锡的铸态微观组织纯锡的物理性质：锡（Sn）为银白色金属，在元素周期表中属ⅣA族，原子序数50，原子量118.69；蒸汽压0.133kPa(1492℃)，熔点231.9℃，沸点：2270℃;不溶于水。锡延展性好，易于加工，常加工成管、箔、丝、条和各种精制的器皿。纯锡的化学特性：纯锡化学性质比较稳定，不易氧化，长期与空气接触形成致密氧化膜，使氧化过程不再向深部发展。利用这一性质，锡常用于制造镀锡薄板（马口铁）。锡的晶格特性：13.2~161℃时为β锡（白锡），属四方晶系；13.2℃以下为α锡（灰锡），属等轴晶系；161℃以上为γ锡（脆锡），属斜方晶系；

锡几乎可与所有的金属形成合金，其中主要有焊锡、锡青铜、巴氏合金、铅锡轴承合金、印刷合金等。金相制备抛光方式：通常有两种电解抛光方式：Sn作阴极，通直流电，20—30V电压，配备物质有13ml蒸馏水、63ml高氯酸（70%）、300ml冰醋酸；Sn作阴极，通直流电，15—17V电压，配备物质有780ml蒸馏水、200ml氟硼酸（35%）、20ml硫酸。光学显微金相（未经细化μ=135um）如图：3、完成下表锭坯尺寸,D×L/mm挤压筒尺寸D0/mm挤压比λ挤压方法模孔尺寸d/mm×L/mm铸锭预热温度℃挤压筒预热温度℃润滑条件死区高度hs,mm挤压力FKNΦ39×3540

7.76热反挤

Φ14×6

180

210

石墨粉

4

90.3Φ39×3540

7.76

热反挤

Φ14×6

178

210

石墨粉

497.74、观察并写出试样表面及外观质量；挤压前纯锡锭坯较为粗短，表面光洁明亮，端部平整【如图1（a）（b）】；挤压后试样为细长杆，表面失去了金属光泽且较为粗糙，头部有明显的凸起，在端部挤压杆有约为20mm的弯曲部分，根据划线的网格看到挤压时有部分扭转现象【如图2（a）（b）】；（a）（b）图1挤压前纯锡锭坯试样（a）（b）图2挤压后纯锡锭坯试样描绘试件网格实验前后的变化，认识金属在热挤压时塑性流动变形规律，分析其不均匀变形特点，用简图标出试验变形区。实验前后网格存在畸变，中间方格近似变为矩形，外层方格近似变为平行四边形或菱形，说明反挤压过程中存在剪切变形；挤压时金属的流动相当于无数同心薄壁圆管的流动，内外层金属之间几乎没有发生相互交错和紊流；挤压后试样头部发生弯曲，说明挤压过程中金属外层流动滞后于心部的流动，即变形不均匀，引起不均匀变形的原因有：心部和外层摩擦力不等产生附加拉应力；挤压时温度不均；