材科實驗一金相分析(參考版)
2025-07-02 14:23本頁面
【正文】 15 / 15?？吹降牟恢皇菐讉€金相區(qū)，回想著澆鑄的過程，原理也就一目了然。5min不到就鋸開了鋁錠，不僅僅是靠力氣與用生銹的駁口鋸片的運氣因素，更多的是常識吧！從生活中發(fā)現(xiàn)蘊含的科學道理，探清科學道理的現(xiàn)實運用，不僅僅有利于生活，對于學習更是有益。本來平均計劃的15min完成的鋸鋁錠，卻沒有幾組沒超過30min，45min的也不少。在操作臺中有許多鋸片，然而只有一片生銹的駁過口的鋸片沒有人用，而亮堂堂的新鋸片卻已經(jīng)斷了許多，其它組用的鋸片也都是新鋸片。從小在教科書里就教導的鋸口相對于刀的特殊性能，卻只知道鋸口，而什么是鋸口，至少在大學本年級中知道鋸口的不超過十個人。金屬要按人的意志成為各式各樣的性狀，呈現(xiàn)各種性能，就需要借助高溫增加其能量，使其形變與摻雜都成為可能。而作為材料人，說的通俗一些，就是以冶金的高級發(fā)展。一步將鋁錠從高溫爐中拿出，倒在模具中，等待冷卻，也要五個組員分別承擔不同的任務(wù)，即是一種對大家的安全的負責，每人各負責一塊，就會注意每一個細節(jié)，把握好每一個環(huán)節(jié)；同時也是一種團隊的鍛煉，需要每一個人協(xié)調(diào)配合。五、鋁錠鑄造總結(jié) 鋁錠鑄造，工藝不多，但是每一步都是真正的動手實踐。但如液態(tài)金屬過熱程度太大，將會使非自發(fā)核心數(shù)目減少，易得到較粗大的柱狀晶。b) 澆鑄溫度越高，內(nèi)外溫度越大，冷凝時間越長，將有利于柱狀晶的發(fā)展。在這種情況下，鑄錠的中心區(qū)就形成了比較粗大的等軸晶區(qū)。當剩余液態(tài)金屬都過冷到熔點以下時，就會在整個殘余的液態(tài)鋁金屬中同時形核而進行結(jié)晶。同時由于散熱是沿著垂直于模具壁的方向進行而每個晶粒的長大又受到四周正在成長的晶體的限制，因此結(jié)晶只能沿著垂直于模具壁的方向由外向內(nèi)生長，結(jié)果形成了柱狀晶區(qū)。 柱狀晶區(qū)隨著外殼層的形成，液態(tài)鋁冷卻作用減緩，只有處于結(jié)晶前沿的一層液態(tài)鋁才是過冷的。圖8 鋁錠剖面照片 分析與討論本實驗獲得的樣品可以看到三個晶區(qū)，它們的形成原因和過程如下： 細晶區(qū)位于鑄錠的外殼層，由細小晶粒（枝晶）組成。iv. 為防止由于鋸條與鋁錠之間的摩擦，導致鋁錠溫度升高，在鋸樣的過程中旁邊同學需要輔助澆少量水進行冷卻。ii. 整個澆注過程中操作的同學要穿好長衣長褲，帶好手套，做好充分的防護工作，注意安全。用數(shù)碼相機進行常規(guī)拍照。 制樣取出冷卻后的鋁錠，將其固定在桌沿上，以鋼鋸將其縱剖為兩半，選取剖面較清晰（若兩半不太對稱，應選取其中較大塊進行打磨，把握較穩(wěn)不易飛出）的一面以200紙打磨，直至剖面平整無明顯劃痕。待鋁冷卻定型后，丙以坩堝鉗將石墨模放倒并倒出其中鋁錠。C加熱20min。圖7 不同澆鑄條件下鋁錠的宏觀組織a)680℃澆鑄,3mm厚鐵模 b）800℃澆鑄,10mm厚鐵模 c）680℃澆鑄,10mm厚鐵模加硅鐵粉二、實驗用品待熔鋁塊、加熱爐、石墨模具、磨樣機、拋光機、鋼鋸、金屬試樣固定臺、腐蝕劑、金相顯微鏡、可以照相的設(shè)備（高像素手機）。如加大冷速和散熱的方向性，有利于柱狀晶區(qū)的發(fā)展；減慢冷速，增加散熱的均勻性，有利于擴大等軸晶區(qū)，各區(qū)有著不同的性能特點：如柱狀晶區(qū)純度高，平行柱晶縱向的性能優(yōu)于垂直方向的性能，柱狀晶交界處為脆弱面，熱加工時易開裂；等軸晶區(qū)性能無方向性，當雜質(zhì)、疏松少時，結(jié)晶致密，宜于壓力加工。鑄錠的宏觀組織一般包括三個晶區(qū)，即由于激冷形成的表層細晶區(qū)，迎著散熱方向生長的柱狀晶區(qū)，和均勻散熱形成的位向各異的中心等軸晶區(qū)。金屬模比砂模冷卻快、厚模比薄模冷卻快、不預熱的冷模比預熱的熱模冷卻快；同樣錠模條件下，低的澆注溫度、慢的澆注速度比高得澆溫、快的澆速冷卻快；相應在較快冷卻的澆注條件下，可以得到較大的過冷度，形成細小的晶粒。過冷度愈大，所得晶粒愈細小；如將錫熔化后，分別在爐內(nèi)與空氣中冷卻結(jié)晶，記錄冷卻時溫度隨時間的變化值，繪制冷卻曲線，即可得知空冷時的過冷度比爐冷時的大。因此金屬實際開始結(jié)晶的溫度低于其熔點，兩者之差稱為過冷度。用傾倒法可顯示這種晶體以胞狀生長的界面形態(tài)。根據(jù)各晶粒主軸的指向不一致，可知它們有不同的位向。固溶體合金或純金屬含微量雜質(zhì)時，即使在正的溫度梯度下也會因有成分過冷而呈樹枝狀或胞狀生長，晶體的生長形態(tài)與成分過冷區(qū)的大小有密切的關(guān)系，當成分過冷區(qū)較窄時形成胞狀晶；當成分過冷區(qū)足夠大時形成樹枝晶。根據(jù)理論計算，形成成分過冷區(qū)的臨界條件是：式中，G為液相中自液固界面開始的溫度梯度；R為凝固速度：m表示相圖上液相線的斜率；C0為合金的原始成分；D為液相中溶質(zhì)的擴散系數(shù)；k0為平衡分配系數(shù)，合金的成分、液相中的溫度梯度和凝固速度是影響成分過冷的主要因素。在液相的實際溫度分布低于該熔點變化曲線的區(qū)最內(nèi)形成過冷。由各晶核長成的不同晶粒未相互接觸前都能自由生長，清楚地顯示出各自的外形；—旦相遇，則互相妨礙生長，直至液相消失，各晶粒完全接觸，在晶粒之間形成分界線即晶界。在一批晶核形成隨之長大的同時，又出現(xiàn)許多新的晶核并長大。 （二）澆鑄鋁錠的組織觀察實驗組員：楊齊林（組長）、李經(jīng)緯、卞帥帥、樊魯浩、劉偉平一、實驗原理 結(jié)晶的基本過程結(jié)晶是由形核和核長大兩個基本過程所組成。每次的測量點應該相距較遠，一避免了應變強化，二來測量得到了整個表面的硬度值，避免了偶然誤差。而對比標準試樣后，可以消除這一強化效應。在讀數(shù)時，有著C刻度和B刻度，故除了掌握測量硬度的操作步驟外，還要格外注意量程是B還是C，一個標準的差別，會導致數(shù)值完全錯誤。所以應先根據(jù)金屬試樣的材料種類估計硬度的范圍，
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