《材料成形工藝》實驗指導書

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1、《材料成形工藝》實驗指導書王洪濤主編機械與材料工程學院材料成型及控制教研室2013年10月實驗一焊接接頭的金相組織觀察分析一、實驗目的1.初步學會焊接接頭金相分析的方法2.觀察低碳鋼熔化焊焊接接頭的金相組織特征。3.分析焊接接頭組織變化對機械性能的影響4.初步分析影響焊接接頭金相組織的因素和改進措施二、實驗儀器、設備和材料1.實驗設備：金相磨樣機、金相切割機、金相拋光機、金相顯微鏡、顯微硬度儀等；2.實驗材料：手工電弧焊試樣、金相砂紙、拋光布、拋光劑、浸蝕液等；三、實驗原理：熔化焊是將焊件接頭處金屬加熱到熔化狀態(tài)，靠熔化金屬冷卻結

2、晶形成一體而完成焊接的方法。由于是局部加熱，接頭上各點溫度分布不均勻，焊縫金屬加熱到熔點以上，緊鄰焊縫的母材加熱到接近熔化的高溫，有部分熔化，再向外受熱溫度逐漸降低，愈遠離焊縫，溫度愈低。一般將焊縫兩側受焊接熱影響而發(fā)生組織與性能變化的區(qū)域，稱為熱影響區(qū)，焊縫和熱影響區(qū)之間極小過渡區(qū)，稱為熔合區(qū)。因此，焊接接頭由焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)三部分構成，如圖1-1所示。焊接質量主要取決于接頭的質量，特別是熱影響區(qū)的大小。所以，了解焊接接頭的金相組織變化情況及其對金屬機械性能的影響，對盡量減少熱影響區(qū)，制訂合理工藝方案，提高接頭質量及其重要

3、。圖1-1焊接接頭示意圖圖1-2焊接接頭金相組織四、實驗步驟1、熔焊接頭宏觀試樣的制備：a、取樣：垂直于焊縫截取、砂輪切割機、線切割機等。b、磨制：粗磨—在砂輪機上進行、修整平面、不需的邊角等。細磨—金相砂紙、手工磨等。c、拋光：手工拋。在拋光機上進行。d、浸蝕：A3鋼熔焊接頭、4%硝酸酒精溶液。2、試樣顯微組織觀察：a、母材區(qū)組織b、熱影響區(qū)組織c、焊縫區(qū)組織五、實驗結果及思考1、繪制熔焊接頭的宏觀形貌示意圖（橫截面）。2、繪制熔焊接頭各區(qū)的金相組織圖3、分析各區(qū)組織變化情況和原因實驗二材料表面超音速火焰噴涂涂層制備一、實驗目的

4、1.理解材料表面超音速火焰噴涂涂層基本制備方法及原理；2.掌握超音速火焰噴涂的工藝過程及參數設置；3.掌握涂層制備設備的操作規(guī)程及方法步驟。二、實驗原理超音速火焰噴涂（HighVelocityOxygenFuel，簡稱HVOF）是利用丙烷、丙稀等碳氫系燃氣與高壓氧氣在燃燒室內或在特殊的噴嘴中燃燒產生的高溫高速燃燒焰流，將粉末軸向送入該焰流，然后將粉末加熱到熔化或者半熔化狀態(tài)，霧化成小液滴，在高壓高速焰流中加速到音速以上，噴射到經過處理的基體表面上，形成結合強度高、組織致密、性能優(yōu)越的涂層的技術，如圖1所示。圖1熱噴涂過程三、實驗儀

5、器及材料1.CH-2000型超音速火焰（HVOF）噴涂系統(tǒng)（1）簡介CH－2000型超音速火焰噴涂系統(tǒng)通過高壓燃料氣體與氧氣燃燒產生超音速火焰而實現(xiàn)噴涂。適用于噴涂金屬陶瓷、金屬及合金涂層，涂層致密、結合性能優(yōu)越。如用來制備耐磨損性能優(yōu)越的硬質合金涂層（如WC-Co系和Cr3C2-NiCr系涂層）；也可以制備耐腐蝕和耐高溫氧化性能優(yōu)越的高溫合金涂層（如MCrAlY等）；用該系統(tǒng)制備的鎳基自熔合金涂層，在噴態(tài)下顯微硬度超過噴焊層的硬度?？捎糜谑蜋C械、水輪機組、風機機組、鋼鐵、電廠鍋爐等實現(xiàn)磨損腐蝕零部件修復和強化。（2）系統(tǒng)構成本

6、系統(tǒng)由CH-2000型噴槍（如圖2、圖3），CH-2000型控制柜和送粉器，冷卻系統(tǒng)構成。本系統(tǒng)通過氧氣和燃氣燃燒產生超音速火焰（如圖4所示）。可使用的燃氣包括丙烷或丙烯或乙烯。送粉氣可以使用氮氣或氬氣。典型火焰的速度超過2000m/s。噴涂粒子的速度可達300～650m/s。圖2CH-2000型超音速火焰噴槍圖圖3CH-2000型超音速火焰噴槍內部結構圖圖4馬赫錐－典型的超音速火焰特征（3）系統(tǒng)的特點1)系統(tǒng)采用PLC控制，可靠性高；2)本系統(tǒng)使用的氣體（包括氧氣、燃氣、送粉氣）壓力與流量，均可分別單獨控制；3)以單獨設置的點火

7、系統(tǒng)直接用燃氣點火，可靠方便；4)通過氣體參數的預調，用單個按鈕可以實現(xiàn)在控制柜面板上對噴涂火焰開關操作，并可配線控盒實現(xiàn)遙控，操作簡單可靠；5)對冷卻水與送粉氣的壓力實行實時監(jiān)控，設置有報警與自保護系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)運行的安全可靠性；6)噴槍重3.5kg，可以手持進行噴涂，也可以配備合適的機夾裝置進行機械化噴涂；2．超音速火焰噴涂耐磨涂層用材料（1）WC－Co系耐磨粉末，主要應用于溫度為550℃以下的磨粒磨損和沖蝕磨損。（2）Cr3C2－NiCr系耐磨粉末，多用于530～900℃的磨損工況。四、實驗步驟1.系統(tǒng)運行前的準備在進行噴

8、涂作業(yè)前，務必打開通風和排風設備，保持噴涂空間具有良好的通風狀態(tài)，然后按以下步驟進行準備工作。（1）接通電源（2）接通氧氣源。將氧氣壓力調到0.60MPa，即6個大氣壓。（3）接通丙烷氣體將壓力調至0.5MPa（5個大氣壓），然后利用控制柜面板上的