硼化处理对铝合金性能的影响
一、实验目的
学会综合应用已学的相关课程知识，解决实际问题。达到理论知识的复习、巩固、验证与应用及动手能力的培养和工程经验的积累的目的。
本实验旨在培养考察材料专业本科学生对专业知识、专业技能的掌握和运用，通过铸铝的熔炼、轧制、热处理工艺，以及热处理之后对材料性能、组织成分的检测等材料制备整个流程的设计实验，要求学生设计实验方案、进行实验过程操作、对实验制备得到的试样进行性能检测和成分分析。
二、实验材料及设备
纯铝块、AL-SI锭（含Si量20%）、Mg锭、Cu片、RE-AL锭（含RE10%）、B-AL锭（含B3%）、变质剂、精炼剂、铸模、坩埚、侵盐勺、大铁夹、锯子、锡纸、井式炉、轧机、游标卡尺、加热炉、箱式炉、硬度仪、金相显微镜、吹风机、数码相机、计算机、金相砂纸、腐蚀液。
三、实验方案设计
合金 3-1 3-2 3-3
Si (%) 0.4 0.4 0.4
Mg (%) 0.4 0.4 0.4
Cu (%) 0.15 0.15 0.15
B (%) 0 0.03 0.06 Re (%) 0.15 0.15 0.15
Al 余量
实验基本流程：金属熔炼→浇注成型→轧制→热处理→组织成分、力学性能检测。
四、实验步骤
1．合金的熔炼与铸造
A、根据要求的合金成分计算各种成分添加量：
以成分一为例：要求含Si量的质量百分数为0.4%，含Mg量的质量百分
数为0.4%，含Cu量的质量百分数为0.15%，含B量的质量百分数为0]%，含RE量的质量百分数为0.15%，剩余的均为Al
原料中Si以Al-Si合金的形式加入，由此可知Al-Si所占的质量百分数=Si的质量百分数/Al在Al-Si所占的质量百分数=0.4%/20%=2% 同理可知RE-Al质量百分数为1.5%，由于Mg的熔点低，存在3%的烧损，所以Mg再加入时会多加入一些。
因此以纯铝方式加入的铝所占百分数=1—其他加入量所占百分数 =1-2%-0.4%-0.15%-1.5%=95.95%
计算出所配试样的=2400/95.95%=2501.30g
可得AL-Si质量=2501.30g*2%=50.03g 同理可计算出其他原料所加入量 Mg的质量=2501.30g*0.4%=10g 可是Mg存在3%的烧损，所以加入Mg=10.31g 由此可得以下表格中的数据
纯铝锭的质量为2400g
合金(合金中非铝元素含量) 7-1 7-2 7-3 50.03 10.31 3.75 0 16.67 8.42 37.2552 Al-Si(0.2) Mg Cu Al-B(0.03) Al-Re(0.1) B．进行熔炼 铸造铝合金熔炼方法，包括以下步骤：
①将适于熔炼铝硅合金的熔炼炉清理干净，准备熔炼操作用各种工具，清理干净，并烘烤去除水份；
②将预先计算好的各种原料用锯子锯出合适质量用锡纸包好，备用。 ③装炉熔化：2400g纯铝在坩埚内熔化后，铝液温度达到690℃-720℃时加入50.03gAl-Si锭， 10.31g的Mg，3.75gCu后加入覆盖剂等适当时间后，加入37.2552gAl-RE后加入覆盖剂，按需要调整好铝液的化学成份适当时间后进行除气、精炼、变质、细化综合处理，是当铝液温度达到700-730℃时进行精炼、变质、细化综合处理，打净炉中铝液表面的浮渣，加入烘烤好的精炼变质细化剂，将其撒在铝液表面，用侵盐勺压入，使其与坩埚底部保持100-150mm距离，来回上下运动，直到液面不再冒泡，处理时间为15-25分钟，精炼变质细化剂加入量按重量百分比计为铝硅液的1.8-2.8%。
⑤调温至已知工艺要求温度时，出炉浇注。 注意事项：
①熔炼时，熔剂需均匀撒入，待纯铝全部熔化后再加入中间合金和其他金属，并压入铝液内，不准露出液面。
②炉料熔化过程中，不得搅拌金属。炉料全部融化后可以充分搅拌，使成分均匀。
③铝合金熔体温度控制在720℃-760℃。
④炉料全部熔化后，在熔炼温度范围内扒渣，扒渣尽量彻底干净，少带金属。 ⑤镁的加入在出炉前或精炼前，以确保合金成分。
⑥熔剂要保持干燥，钟罩要事先预热，然后放入熔体内，缓慢移动，进行精炼。精炼时要保证一定的时间，彻底除气除渣。
⑦精炼后要撒熔剂覆盖剂，然后静置一定时间。扒渣，出炉浇铸。浇铸时流速要平稳，不要断流，注意补缩。
C、铝合金铸坯成型
铸坯成型是将金属也铸成形状、尺寸、成份和质量复合要求的长方形锭坯。一般而言，铸锭应满足下列要求：
（1）铸锭形状和尺寸必须符合压力加工的要求，以避免增加工艺废品和边角废料；
（2）坯料内外不应该有其空、缩孔、夹杂、裂纹及明显偏析等缺陷，表面光滑平整；
（3）坯锭的化学成份符合要求，结晶组织基本均匀。
实验中，将熔化完全的铝液浇注铸坯、冷却、开型等步骤后得到坯锭。 在实际实验操作过程中，考虑到实验经费、金属器材等因素，铝液每次只倒出1 /3,下一次熔炼浇铸步骤是在原溶液上添加适量Al-B锭熔化铸造出下一次试样。
D、从浇铸好的三个方形样品上各锯出一个合适大小的试样，进行显微组织观察分析。
轧制试验
板带材轧制制度主要包括压下制度、速度制度、温度制度、张力制度及辊型制度等。压下制度必然影响到速度制度、温度制度和张力制度，而压下制度和张力制度决定着板带轧制时的滚风大小和形状。
合理的轧制规程设计应满足下列原则和要求：1、在设备能力允许的条件下尽量提高产量;2、在保证操作稳定方便的条件下提高质量;3、应保证板带材组织性能和表面质量。
在这次试验中，我们轧制的是6000合金板坯，铝的塑性好，可以考虑大的压下量，可通过螺丝的转动调节压下距离，从而实现对辊缝的调节，由于样品较小，对速度制度并没有很高的要求且没有采用张力制度。考虑到实验条件，和其他两组同学在后几次轧制过程中同意轧下规程。
轧制规程的设计
6000铝合金的热轧开轧温度为410-500°C
在热轧开始轧制阶段是为了将铸态组织变为加工组织，满足咬入条件，道次加工率较小;热轧中间轧制阶段，随着铸态组织逐步变为加工组织，轧件塑性好，尽量的增大道次加工率，到合适厚度后进行冷轧，冷轧的粗轧阶段尽量利用材料塑性采用大的加工率，在冷轧的精轧阶段，为了保证较好的表面质量，采用小的加工率。综合考虑铝的塑性故制定出如下压下制度。
铝锭 板厚/mm 热轧压下机制/mm 冷轧压下机制/mm 7-1 7-2 22 26.5 22-19-16-13-10-8 26.5-23.5-22-19-16-13-10-8 7-3 实验步骤
将样品放入加热炉中，加热炉加热到合适温度，保温。 开启轧机，调平轧辊， 调节压下螺丝的转动量，调节好辊缝。
按照已定的压下制度经行轧制，热轧至8mm，后冷轧至3mm，记录每次轧制后板的厚度。
锯下合适大小铝片，三个已轧好的铝板上各取两个试样，一个取轧制方向的断面，一个取垂直于轧制面和轧制方向的平面，进行微观组织观察分析。
实验结果及分析
在实验过程中，实验误差处于误差范围之内，进而我们的实验室成功的。但在最后轧制的时候出现了板材弯曲缺陷。
24.3 24.3-22-19-16-13-10-8 8-6-4-3 产生弯曲的原因分析：轧辊曲线配置不当或者棍型调整不好；润滑条件差，不均匀；进料不正
解决方案：调整辊型或者更换轧辊；改善润滑条件；正确进料
热处理试验 实验步骤
从已轧制好的样品上锯出7个大小合适的试样，并对其进行
1~9组学生将各组试验样品进行固溶和时效处理，分别测量固溶、时效硬度~时间曲线，确定适宜的热处理工艺。
实验及实验报告注意问题：
1. 固溶、时效硬度~时间曲线，适宜热处理工艺； 2. 固溶、时效后合金硬度提高原因分析。
6055 7-1 7-2 7-3Brinell Hardness/HBW504540353001234567Aging Time/h
实验四、微观组织分析
要求：
1. 各组材料铸态组织；
2. 热轧和冷轧板组织差别；
3. 固溶和时效试样金相组织与轧制板材组织的差异。
