<<冶金综合实验>>实验报告
题 目：锰含量为0.5%的A356铸造铝合
金的金相组织和力学性能
学 院：材料科学与工程 系 别：材料与冶金工程 专 业：冶金工程 学 号： 姓 名： 指导老师：
年月日
一、实验目的
通过本综合实验，使学生掌握如下知识：
（1）通过加入不同配比的锰粉了解锰元素对A356铸造铝合金性能的影响； （2）通过对A356铸造铝合金的进行热处理工艺，总结热处理工艺对其的影响； （3）加深学生对热处理如何影响金相组织的认识；
二、实验原理
1、锰在铝中的固溶度
锰在铝中的固溶度平衡状态下，锰除固溶于铝基体外，还形成Al6Mn平衡相；在非平衡转变时，还可形成Al3Mn、Al4Mn等亚稳相。 在含Zn、Mg、Cu、Si的多元铝合金中, 可形成多种含锰相，如Al24Mn5Zn、Al11Mn3 (ZnCu2) 锰元素在铝中的扩散速度较低，在500 ℃时，锰在铝中的扩散系数为1×10-12 cm2s-1。通常,较低的扩散速度有利于提高铝合金的高温强度。
锰在铝中的最大固溶度质量分数1.82% ，但锰在铝中的固溶度随冷速的增加急剧增大。冷速为200 ℃ /s时,最大固溶量可达3. 2%,而冷速为500 °C /s锰在铝中的固溶量高达4. 1%。因此,通过改变含锰铝合金的冷却速度，增加锰在铝基体中的固溶量，从而提高了铝合金的固溶强化能力，有利于铝合金强度的提高。 2、奥林巴斯倒置式系统金相显微镜
奥林巴斯可在不同放大倍数下观察金相组织，拍摄图像。其倒置式载物台放宽了对样品形状的要求，不用考虑物体非观察面的平整和高低情况，用于观察较厚和较大的金属、材料等的截面。同时利用系统软件可以分析样品的金相组织，如：晶粒度评级、第二相的面积测量、层深长度测量等。 3、箱式电阻炉简介
箱式电阻炉 适用于科研单位，产品质检中心，工矿企业实验室作产品或材料高温条件下的性能实验。炉壳采用优质钢板折边焊接制成，表明静电喷涂工艺处理。工作室为耐火材料制成的炉膛。数显控温。
中小型电炉的炉门可用配重及手动装置来开闭，下部一般均有砂封槽，有些炉门上边也设有砂封槽，以保证良好的密封性，炉门关闭时，用压紧装置使炉门紧密的与门框接触，减少漏气。大型电炉可以用电动或气动、液压开闭炉门，
电加热元件一般 可以在炉膛内左右侧墙上及底面上布置，为了得到良好的热场，最好在护顶上也布置电加热元件，因为炉内工件一般堆放高度不会超过宽度，所以以上下两个方面加热比左右两个方面加更为有效。
大型及中型箱式电阻炉(马弗炉)可以在护门上及后墙上适当的布置一些电加热元件，以减少炉内的温差，为了保证炉门口的热损失能得到更好的平衡，可以在较大的箱型电炉上靠炉门口的炉膛长度1/3处作为一个控制区。 通保护气体的炉子应设有保证安全运行的必要装置及良好曲密封性。 4、数字式维氏硬度计
维氏硬度计是采用精密机械技术和光电技术的新型维氏硬度计。该机内置硬度计算器，可通过输入压痕对角线长度，直接在LCD屏幕上显示硬度值。试验力保持时间，以LCD显示。测量系统采用独特的测微目镜一次测量读数机构，使用方便，测量精度高。
三、实验设备与材料
1．实验设备：奥林巴斯倒置式系统金相显微镜、抛光机、砂纸、砂轮机、石墨坩埚、数字式维氏硬度计、砂箱、感应加热炉、电子称、钢锯、研钵。 2．实验材料： A356铸造铝合金、Mn粉。
四、实验过程
1、找到铝合金、锰含量的配比关系，具体配比见表。
元素 2号试样 百分百 质量 A356 99.5％ 298.5g 锰 0.5％ 1.5g 2、称量物质，配料：
试验时，考虑物质的氧化、成渣。不能按物质为100g量取，量取量应同时扩大n倍。使用电子称称量铝合金A356块、锰粉质量。实验用铝为块状，锰为粉末状。共300g 按配比进行计算，称量，配料。 3、熔炼过程：
1）锰的熔点1244℃，铝合金的熔点660℃，所以应形成合金固溶体。当A356熔化后加入锰，为防止氧化烧损，用铝片包裹锰粉一同加入。由于很多外在因素：加热炉、物质本身、坩埚等因素的影响，应加热铝为750 ℃。
2）将称好的A356块放入石墨坩埚中，将坩埚放在加热炉中加热，等待温度
为750℃。
3）根据锰的氧化能力、熔化温度、密度及铝液存在表面张力来确定：锰化学性质活泼，遇高温铝液极易被氧化。所以用纯铝包裹锰粉加入铝液中。防止锰在铝液表面被氧化而使其含量不足。将用铝箔包好的锰投入铝液中，用铁棒将其按入坩埚底部，防止氧化并使其快速熔化。
4）先把坩埚由室温加热两个小时加热到750℃，在750℃下熔炼,30分钟后，待铝合金A356完全融化加入锰10分钟后打开炉盖进行搅拌，再达到750℃之后再保温30分钟后即可浇注。
4、热处理
通过固溶处理工艺，研究了固溶处理工艺与合金的力学性能之间的关系。当温度为535℃时，随着保温时间的延长，抗拉强度、硬度及延伸率基本上都是 先升后降。当保温时间为3.5～4.5h 时，A356铝合金的强度、硬度及延伸率才能达到很好的匹配。
先预热电阻炉使温度恒定在545℃，放入试样保温四个小时。保温到四个小时后在80℃的水中进行淬火并且随水的温度一同冷却。
5、制样和观察金相组织
将铸锭用钢锯锯去上部下部，留中间部分，用于在金相显微镜下观察一个面。用锯锯开，分别磨制一个面：先用砂轮机打平，倒角，再用砂纸细磨：280、320、400、500、600、800、1000号磨制，再分别用抛光机粗抛光和精抛光，之后观察组织形态，拍照。分别照下放大100倍、200倍、500倍、1000倍下的组织形态。用于观察和对比。将热处理和不需要热处理的试样进行编号分组，然后把十一个小组成员前八个负责磨金相试样，后三个负责金相显微镜拍照并进行记录。
6、利用维氏硬度计测量合金试样的硬度
将试样放在数字式维氏硬度计上进行测量并且记录数据。
2号没经第一次测 第二次测 第三次测 67.0HV 68.0HV 66.3HV 平均数 67.1HV
过热处理 2号经过67.9HV 热处理后 表1-1
68.5HV 68.3HV 68.2HV
五、实验报告
1、记录实际实验过程现象及参数；
（1）物料配比实际质量： 各元素质量 样号 2号件
A356（g） 398.5g（99.5%） 锰（g） 1.5g（0.5%）
表2-1 2、测量浇铸未处理、热处理、的试样棒的硬度：
第一次测 2号没经67.0HV 第二次测 第三次测 68.0HV 66.3HV 平均数 67.1HV 过热处理 2号经过67.9HV 68.5HV 68.3HV 68.2HV 热处理后 表2-2