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实验1 金属材料的熔炼和浇铸 一、实验目的： （一）掌握金属材料的铸造工艺过程； （二）了解金属浇铸的操作方法。 二、实验原理： 金属材料的熔炼和浇铸，简称铸造，是指将金属材料加热到高于金属熔点的温度以上，使金属材料由固态转变为液态，再将金属熔体倒入特定的模具中冷却，形成特定形状的固体材料，为进一步加工做好准备。 铸造主要工艺过程包括：金属熔炼、模型制造、浇注凝固和脱模清理等。铸造用的主要材料是铸钢、铸铁、铸造有色合金(铜、铝、锌、铅等)等。铸造方法常用的是砂型铸造，其次是特种铸造方法，如：金属型铸造、熔模铸造、石膏型铸造等。 各种铸造方法的特点和适用范围见下表： 表1 金属材料的各种铸造方法 铸造方法 铸件材质 铸件重量 表面光洁度 铸件复杂程度 生产成本 适用范围 工艺特点 砂型铸造 各种材质 差 简单 低 最常用的铸造方法 手工造型:单件、小批量和难以使用造型机的形状复杂的大型铸件 机械造型：适用于批量生产的中、小铸件 手工：灵活、易行，但效率低，劳动强度大，尺寸精度和表面质量低机械：尺寸精度和表面质量高，但投资大 金属型铸造 有色合金 好 复杂铸件 金属模的费用较高 小批量或大批量生产的非铁合金铸件，也用于生产钢铁铸件。 铸件精度、表面质量高，组织致密，力学性能好，生产率高。 熔模铸造 铸钢及有色合金 很好 任何复杂程度 批量生产时比完全用机加工生产便宜 各种批量的铸钢及高熔点合金的小型复杂精密铸件，特别适合铸造艺术品、精密机械零件 尺寸精度高、表面光洁，但工序繁多，劳动强度大 陶瓷型铸造 铸钢及铸铁 几公斤～几百公斤 很好 较复杂 昂贵 模具和精密铸件 尺寸精度高、表面光洁，但生产率低 石膏型铸造 铝、镁、锌合金 很好 较复杂 高 单件到小批量 低压铸造 有色合金 几十克～几十公斤 好 复杂（可用砂芯） 金属模的制作费用高 小批量，最好是大批量的大、中型有色合金铸件， 可生产薄壁铸件 铸件组织致密，工艺出品率高，设备较简单，可采用各种铸型，但生产效率低 差压铸造 铝、镁合金 几克～几十公斤 好 复杂（可用砂芯） 高性能和形状复杂的有色合金铸件 压力可控，铸件成型好，组织致密，力学性能好，但生产效率低 压力铸造 铝、镁合金 几克～几十公斤 好 复杂（可用砂芯） 金属模的制作费用很高 大量生产的各种有色合金中小型铸件、薄壁铸件、耐压铸件 铸件尺寸精度高、表面光洁，组织致密，生产率高，成本低。但压铸机和铸型成本高 离心铸造 灰铁、球铁 几十公斤～几吨 较好 一般为圆筒形铸件 较低 小批量到大批量的旋转体形铸件、 各种直径的管件 铸件尺寸精度高、表面光洁，组织致密，生产率高 连续铸造 钢、有色 很大 较差 长形连续铸件 低 固定截面的长形铸件，如钢锭、钢管等 组织致密，力学性能好，生产率高 消失模铸造 各种 几克～几吨 较好 较复杂 较低 不同批量的较复杂的各种合金铸件 铸件尺寸精度较高，铸件设计自由度大，工艺简单，但模样燃烧影响环境 三、实验器材： （一）仪器设备： 1、电阻熔炼炉； 2、金属模具； （二）试样材料： 本试样选用：锌、铝、电解铜 四、实验步骤： 铸造方法的选择 本实验中选用的材料是锌铝合金，实验要求铸件精度、表面质量高，组织致密，力学性能好。由于锌合金具良好的铸造性能，充填铸型能力强，且不产生热裂，故特别适宜于采用金属型铸造。 合金成分的配制： 根据铸件技术要求所规定的合金牌号，可查出合金的化学成分范围，从中选定化学成分；然后根据元素的烧损率和成分要求，进行配料计算，得出各种炉料的加入量，并选择炉料。若炉料受到污染，则需要进行处理，保证所有的炉料清洁、无锈，并在投料前进行预热； 本实验中选用的锌铝合金的成分为锌﹑铝﹑铜，操作过程中将电解铜、铝和锌按照计算好的成分比进行配料，分别用天平进行称量，然后均匀混合，作为合金熔炼的原料。 熔炼： 首先进行加料，将配好的原料放入电阻熔炼炉内。一般加料顺序为：回炉料、中间合金和金属料，低熔点易氧化的金属料，如镁，在炉料熔化之后加入； 炉料加好后，盖上炉盖。然后使用电阻炉控制柜上的温控开关，将温度设定在600℃。最后合上电源，开始熔炼。当电阻炉内的温度达到合金的熔点温度，开始出现液相，随着过程的持续，液相的量越来越多，直至全部转变为液相，熔炼过程结束。 4、浇铸： 当材料全部转变为液相以后，应继续保温一段时间，使液相的成分变得更为均匀，保证材料的性能。由于各种原因的存在，再熔炼过程中会引入一定量的杂质，对材料的性能产生不利的影响。所以，接下来要使用长柄勺将浮在液相表面的杂质去除，以免影响材料的性能。最后，按试验的要求准备好模具，使用长柄勺将液相从电阻炉中舀出，倒入模具腔内。在此过程中应注意将模具内