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洛氏硬度沒有單位，是一個(gè)無綱量的力學(xué)性能指標(biāo)，其最常用的硬度 標(biāo)尺有 A、 B、 C 三種，通常記作 HRA、 HRB、HRC，其 表示方法為硬度數(shù)據(jù)
1）了解課題所研究鋁合金材 料設(shè)計(jì)方法； 2）初步掌握鋁合金材料制備 和試樣加工基本技能； 3）熟悉鋁合 金材料生產(chǎn)的過程，了解與掌握材料科學(xué)與工 程研究的基 本步驟及思維方法，所用的儀器設(shè)備及操作使用； 4）學(xué) 會(huì)整理數(shù)據(jù)，運(yùn)用知識(shí)解釋實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn) 象，理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng) 動(dòng)手能力，采集并分析數(shù)據(jù)的綜合能力。
硬度符號(hào)， 如 50HRC。 HRC 是采 用 150Kg 載荷和鉆石錐壓入器求得 的硬度， 用于硬度很高 的材料。其中 HRC 標(biāo)尺用于測(cè)試 淬火鋼、回火鋼、調(diào)質(zhì)鋼和 部分不銹鋼。
對(duì)于該次實(shí)驗(yàn) 獲得的 2024 鋁 合金的性能測(cè)試，不做過高要求，只需要 對(duì)試樣的硬度 進(jìn)行測(cè)試即可。采用洛氏硬度計(jì) （HRC）的硬度 測(cè)試方法,按 照洛氏硬度計(jì)的操作要求，將試樣正確安放的平臺(tái)上，每個(gè)試樣測(cè)試 5 次， 記錄測(cè)試數(shù)值。
2) 主要原材料物理化學(xué)性能介紹 ※鋁 鋁原子序數(shù)為 13，銀白色輕金屬，有延性和展性。鋁的相對(duì)密度 2.70，熔 點(diǎn) 660℃，沸點(diǎn) 2327℃。易溶于稀硫酸、硝酸、鹽酸、氫氧化鈉和氫氧化鉀溶液， 不溶于水。在潮濕空氣中能形成一層防止金屬腐蝕的氧化膜。鋁粉和鋁箔在空氣 中加熱能猛烈燃燒，并發(fā)出眩目的白色火焰。鋁元素在地殼中的含量?jī)H次于氧和 硅，居第三位，是地殼中含量最豐富的金屬元素。商品常制成棒狀、片狀、箔狀、 粉狀、帶狀和絲狀。航空、建筑、汽車三大重要工業(yè)的發(fā)展，要求材料特性具有 鋁及其合金的獨(dú)特性質(zhì)，便大大有利于這種新金屬鋁的生產(chǎn)和應(yīng)用。 ※鎂 鎂原子序數(shù)為 12，銀白色輕金屬，密度 1.738 克/立方厘米，熔點(diǎn) 648.9℃， 沸點(diǎn) 1090℃?；蟽r(jià)2，電離能 7.646 電子伏特，具有延展性，無磁性，且有 良好的熱消散性。其具有比較強(qiáng) 的還原性，在空氣中，鎂的表面 會(huì)生成一層 很薄的氧化膜，使空氣很難與它反應(yīng)。鋁的結(jié)構(gòu)特性類似于鋁，可作為飛 機(jī)、導(dǎo)彈的合金材料；但是鎂在汽油燃點(diǎn)可燃，這限制了它的應(yīng)用。 ※銅 銅原子序數(shù)為 29，是一種過渡金屬。 銅是呈紫紅色光澤的金屬，密度 8.92 克/立方厘米，熔點(diǎn) 1083.4±0.2℃，沸點(diǎn) 2567℃，電離能 7.726 電子伏特，常 見化合價(jià)1 和2。銅是人類發(fā)現(xiàn)最早的金屬之一，也是最好的純金屬之一，稍 硬、極堅(jiān)韌、耐磨損，還有很好的延展性、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。銅和它的一些合金 有較好的耐腐蝕能力，在干燥的空氣里很穩(wěn)定；但在潮濕的空氣里其表面可以生 成一層綠色的堿式碳酸銅 Cu2（OH）2 CO3，即銅綠，可溶于硝酸和熱濃硫酸，略 溶于鹽酸，容易被堿侵蝕。
1）本實(shí)驗(yàn) 根據(jù)合金熔鑄的基本原理，利用中頻熔煉 爐，對(duì)鋁錠、鎂錠、 純銅絲進(jìn)行金 屬熔鑄，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求配比制 造 2024 鋁合金。 2）將鋁合金鑄型均分為四塊試樣，依次標(biāo)號(hào)，依次做下列表中處理。
1）制備過程： 石膏模制作——→合金溶液的熔煉——→澆注成型— —→取樣深加工——→拋光備用
2）石膏模廣泛用于澆注成型，具有熔點(diǎn)低、熱穩(wěn)定性高、流動(dòng)性好、 脫蠟溫度低等特點(diǎn)，具有自身的吸水性和脫模性。石膏模也存在自身的弱 點(diǎn)，強(qiáng)度低，耐用性不理想。其可將復(fù)雜整體件分離成數(shù)件簡(jiǎn)單件，分別 制出熔模，再用膠結(jié)劑在室溫下將熔?？焖倌z結(jié)組裝在一起為整體件。用 流體石膏混合料灌漿成型，石膏鑄型經(jīng)干燥、脫蠟、焙燒后澆注?？蛇m用 于鑄造大型、薄壁、復(fù)雜 的整體鋁鑄件，也可廣泛用于航天、航空、兵器 、 電子、儀表工業(yè)中。
耐火材料、新材料開 發(fā)、特種材料、發(fā)熱機(jī)片、建材等領(lǐng)域。采 用 P909 微
1）試樣加入順序 按照熔點(diǎn)大小 原則依次加入銅，鋁，鎂。 銅的熔點(diǎn)為 1083.4℃，鋁的 熔點(diǎn)為 660.37℃，鎂的熔點(diǎn) 為 648.8℃。按照 熔點(diǎn)由高到低的順序加入各 原材料，保證所有材料都能充分熔化，使獲得的合金成分均勻，性能穩(wěn)定， 符合技術(shù)要求。 2）熔煉 發(fā)生在中頻熔煉爐中，為使熔煉充分，熔煉的溫度 要求高于澆 注溫度，這樣 才能保證所澆注出的試樣在性能 上符合要求，成分滿 足 2024 鋁合金的標(biāo)準(zhǔn)。為下一步對(duì)性能的測(cè)定做好準(zhǔn)備。
2024 鋁 合金（標(biāo)準(zhǔn)：JIS H4000-1999）屬 Al-Cu-Mg 系鋁合金。這是一 種高強(qiáng)度硬鋁，可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。在淬火和剛淬火狀態(tài)下塑性中等，點(diǎn) 焊焊接良好，用氣焊時(shí)有形成晶間裂紋的傾向。合金在淬火和冷作硬化后 其可切削性能尚好，退火后可切削性低，抗腐蝕性不高，常采用陽極氧化 處理與涂漆方法或表面加包鋁層以提高其抗腐蝕能力。其主要用于制作各 種高負(fù)荷的零件和構(gòu)件（但不包括沖壓件鍛件），如飛機(jī)上的骨架零件、 蒙皮、隔框、 翼肋、翼梁、鉚釘?shù)?150℃以下工作零 件。
本綜合實(shí)驗(yàn)是在金屬材料本科生完成相關(guān)專業(yè)理論課之后的一次全面 綜合實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，通過從鋁合金材料設(shè)計(jì)與選擇、制造到性能檢測(cè)的全面訓(xùn) 練，使學(xué)生了解鋁合金材料及其加工的生產(chǎn)全過程，所學(xué)基礎(chǔ)理論和專業(yè) 理論來解釋試驗(yàn)中的各種現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和綜合分析問題的能 力，特別是學(xué)生的獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案及創(chuàng)新能力。
實(shí)驗(yàn)組分三組 第一組：時(shí)效溫度為 170℃，時(shí)效 6 小時(shí)后，洛氏硬度平均值為 HRC41.6； 第二組：時(shí)效溫度為 185℃，時(shí)效 6 小時(shí)后，洛氏硬度平均值為 HRC 41.7； 第三組：時(shí)效溫度為 200℃，時(shí)效 6 小時(shí)后，洛氏硬度平均值為 HRC19.1； 第四組：未進(jìn)行任何處理，洛氏硬度平均值為 HRC10.7。
從實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)可以初步得出： 在本次試驗(yàn)所取的溫度梯度范圍內(nèi)，隨著升高到一定溫度（200℃），2024 鋁合金硬度明顯下降。未作處理的 2024 鋁合金硬度最低。在 170℃或 185℃時(shí)效 溫度 2024 鋁合金硬度明顯升高，但是相差不大。這只是基于實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)所做 出的初步評(píng)估，而事實(shí)是否如此還需要在搜集大量數(shù)據(jù)和信息之后，結(jié)合自己所 得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，綜合分析才能得到比較合理和正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。 下面是查閱資料的一些相關(guān)點(diǎn)。 1）2024 鋁合金加熱時(shí)，合金中形成了空位；在淬火時(shí)，由于冷卻快，這些 空位來不及移出，便被“固定”在晶體內(nèi)。這些在過飽和固溶體內(nèi)的空位大多與 溶質(zhì)原子結(jié)合在一起。由于過飽和固溶體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，必然向平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變， 空位的存在，加速了溶質(zhì)原子的擴(kuò)散速度，因而加速了溶質(zhì)原子的偏聚。硬化區(qū) 的大小和數(shù)量取決于淬火溫度與淬火冷卻速度。淬火溫度越高，空位濃度越大， 硬化區(qū)的數(shù)量也就越多，硬化區(qū)的尺寸減小。淬火冷卻速度越大，固溶體內(nèi)所固 定的空位越多，有利于增加硬化區(qū)的數(shù)量，減小硬化區(qū)的尺寸。 2）2024 合金屬于 Al-Cu-Mg 系高強(qiáng)度硬鋁合金，由于合 金板帶材的最 佳淬火工藝，以達(dá)到改善合金性能，控制其具有強(qiáng)度高，耐熱性好，成型 性優(yōu)良及耐損傷等特制淬火變形，提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。 高純高強(qiáng)鋁合 金的時(shí)效時(shí)間和溫度對(duì)其性能的 影響很大 ,盡 可能地增 加時(shí)效時(shí)間是提高該類鋁合金綜合性能的一個(gè)有效途徑。過高的時(shí)效溫度 或過長(zhǎng)的時(shí)效時(shí)間，將導(dǎo)致過時(shí)效，脫溶相尺寸過大，并與基體完全脫離 共格關(guān)系，形成平衡相，此時(shí)位錯(cuò)環(huán)繞質(zhì)點(diǎn)所需切應(yīng)力小于切割質(zhì)點(diǎn)的應(yīng) 力，從而形成位錯(cuò)環(huán)，強(qiáng)度、硬度下降。 鋁合金工件加熱后的冷卻時(shí)間必須很短，一避免在固熔處理前工件局 部或整體溫度 下降。工件從出爐到進(jìn)入固熔 處理槽的間隔時(shí)間要嚴(yán)格控制 ， 延遲時(shí)間過長(zhǎng)將導(dǎo)致工件溫度下降，發(fā)生部分固熔體分解，析出粗大疏松 相，產(chǎn)生組織偏析，從而降低時(shí)效強(qiáng)化效果。 3）2024 鋁合金的鑄態(tài)組織枝晶偏析嚴(yán)重 ，在晶界存在很多 低熔點(diǎn)共晶 項(xiàng)， Cu、 Mg 和 Mn 元素 在晶內(nèi)和晶界分布不均勻，經(jīng) 過 495℃、12h 均勻 化 處理能明顯改 善其成分偏析， 503℃左右合金過燒。 4）2024 鋁合金在自然 時(shí)效的狀態(tài)下的抗腐蝕性比人 工時(shí)效狀態(tài)下的 好，若要在較 高溫度下使用，則可在 170℃-190℃，保溫 12-16h. 5）在 500℃固溶保溫 50min 時(shí)，硬度值出現(xiàn)峰值；隨時(shí)效溫度的升高，達(dá) 到峰值的時(shí)間縮短，時(shí)效越快，180℃時(shí)所達(dá)到的峰值最大，且時(shí)效達(dá)到的硬度 也最大。 對(duì)該次實(shí)驗(yàn)結(jié)果與正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較分析，可以得出大概有以下九點(diǎn) 影響我們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
