材料科學(xué)工程實訓(xùn)指導(dǎo)教程

自編實驗教材實驗教學(xué)示范系列

MaterialsScience&Engineerin

2010級材料科學(xué)與工程專業(yè)

綜合性生產(chǎn)工程

實訓(xùn)指導(dǎo)教程

廖先杰王海波編寫

攀枝花學(xué)院材料工程學(xué)院

材料科學(xué)實踐教學(xué)中心

工程能力（市場調(diào)研-產(chǎn)品設(shè)計-生產(chǎn)試驗-性能測試-模擬銷售）

培養(yǎng)特色教材

2013.11.30

金屬材料專業(yè)方向

綜合設(shè)計性生產(chǎn)實驗指導(dǎo)教程

一、設(shè)計要求

（-）本課程的性質(zhì)

《綜合設(shè)計性生產(chǎn)實驗》是理論聯(lián)系實踐的重要教學(xué)實踐環(huán)節(jié),

是材料科學(xué)與工程專業(yè)本科生重要的、必修的一門實踐課程，是所學(xué)

的部分基礎(chǔ)課程、專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程的一次有機結(jié)合和綜合運

用。本課程是在本專業(yè)課程范圍內(nèi)進行方案設(shè)計、實驗、生產(chǎn)、檢測

等的初步訓(xùn)練，以此培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻、市場調(diào)研、搜集和整理資料、

設(shè)計、項目管理、科學(xué)實驗、生產(chǎn)制造、發(fā)表見解等的初步能力，為

下學(xué)期的畢業(yè)論文、畢業(yè)設(shè)計和今后到企業(yè)（單位）工作打下基礎(chǔ)，

是學(xué)生工程能力培養(yǎng)的重要組成部分。

（二）綜合設(shè)計賣瞼的同的

使學(xué)生融會貫通相關(guān)專業(yè)課程理論知識，將所學(xué)的專業(yè)理論知

識、人文社科知識、專業(yè)實驗、工廠實踐等綜合性地有機結(jié)合，培養(yǎng)

學(xué)生調(diào)研外部市場，審視內(nèi)部企業(yè)，設(shè)計產(chǎn)品方案，生產(chǎn)合格產(chǎn)品的

全面性、綜合性的工程技術(shù)能力、工程管理能力和創(chuàng)新能力、綜合運

用所學(xué)知識分析問題和解決問題的能力，加深對工藝過程的了解。

（三）設(shè)計兔、體要求

從設(shè)計、材料選購、冶煉澆鑄成型、機加工、化學(xué)分析、材料組

織及性能檢測等一整套的環(huán)節(jié)進行實踐，以強化工程能力和創(chuàng)新能力

和培養(yǎng)在材料工程中的地位與作用。根據(jù)所學(xué)知識，在查閱資料基礎(chǔ)

上，進行市場調(diào)查，了解合金添加劑成份、純度、價格、供貨可能性

等，進行實驗原料準備，提出實驗方案，確定實驗步驟和內(nèi)容。整個

實驗流程為：資料調(diào)查一合金成份設(shè)計一合金成份確定一市場調(diào)查：

原料行情一修改合金成份設(shè)計f購置原料及合金元素一了解電爐操

作流程，提出操作步驟一合金配料一熔煉合金一模具準備一澆鑄一脫

模一取樣處理一適時成分性能測試一最終樣品陳列展示一分析總結(jié)

一心得體會等。

本次設(shè)計時間緊、任務(wù)重，為了確保任務(wù)順利圓滿完成，特提

出如下要求：

①在綜合設(shè)計性生產(chǎn)實驗期間，學(xué)生必須嚴格要求自己，服從老

師的統(tǒng)一安排，嚴格遵守學(xué)校紀律，照常作息，嚴格守時，不準遲到、

早退，外出必須事先向指導(dǎo)教師請假征得同意，并遞交請假條。

嚴格要求自己，獨立完成實驗任務(wù)，善于接受教師的指導(dǎo)和聽

取同學(xué)的意見，相互之間加強交流，有意識地樹立嚴謹?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，

要獨立思考，刻苦鉆研，勇于創(chuàng)新，按時完成實驗任務(wù)。

②設(shè)計與實驗時分小組進行，6-8人為一小組（設(shè)組長一名）。

每個小組的實驗題目應(yīng)不同。每組內(nèi)各成員在具體內(nèi)容和方案上應(yīng)不

同（鼓勵創(chuàng)新）。

③設(shè)計與實驗過程中要獨立思考、深入鉆研，主動地、創(chuàng)造性

地進行設(shè)計，帶著問題和想法認真查閱參考文獻、資料，虛心請教，

作好筆記，認真總結(jié)，提高思想政治覺悟，培養(yǎng)良好的工作態(tài)度和職

業(yè)道德，反對照抄照搬或依賴指導(dǎo)教師。

設(shè)計與實驗態(tài)度嚴肅、認真，有錯必改，反對敷衍塞責(zé)，不能容

忍錯誤存在。謙虛好學(xué)，力求上進，進一步了解所學(xué)專業(yè)在社會中的

地位、作用，鞏固專業(yè)思想。

④設(shè)計生產(chǎn)工藝流程在做到科學(xué)性的同時，根據(jù)市場調(diào)研，原

材料的采購情況力爭做到其可行性，要充分考慮到后期產(chǎn)品的合成生

產(chǎn)。

二、設(shè)計與生產(chǎn)實驗時間安排

序號項目名稱時間地點內(nèi)容

設(shè)計與實驗?zāi)康摹⒁饬x、方向、安排、

1設(shè)計動員

注意事項、實驗項目選擇、熟悉設(shè)備等。

針對設(shè)計內(nèi)容查閱相關(guān)資料，如：金屬

材料的制備方法、工藝與檢測方法等，

資料查閱、市場調(diào)并作好記錄，提出實驗初步方案。了解

2

查材料成份、組織、性能、價格、供貨可

能性等，并提供初步的采購物品和價格

清單，進行實驗原料準備方案。

預(yù)做實驗、修改設(shè)根據(jù)初步實驗方案，在實驗室預(yù)做實驗，

3計方案，確定工藝根據(jù)預(yù)做過程中存在的問題，修改實驗

流程方案，交指導(dǎo)老師審核。采購所缺材料。

4制作砂型依據(jù)試件要求大小與形狀制作砂型。

用25kg感應(yīng)爐冶煉并澆鑄成型，用40kg

空氣鍛錘鍛造，熱處理爐進行熱處理，

5進行實驗

機加工成品展示件、力學(xué)性能測試件、

取樣、制樣，制作顯微觀察試樣。

送樣進行化學(xué)分析、力學(xué)性能測試，觀

6檢測

察顯微結(jié)構(gòu)。

對各種產(chǎn)品進行保存，寫清標簽（含姓

7產(chǎn)品陳列展示

名、名稱、性能指標、售價等）

按要求格式撰寫實驗報告

8撰寫實驗報告

檢查實驗報告

9提交報告并檢查

注：本表時間適用于2006級教學(xué)計劃安排，其它年級需根據(jù)實際行課時間進行調(diào)整；具體

操作時可根據(jù)實際情況對時間、地點進行調(diào)整。

⑤由于本設(shè)計生產(chǎn)實驗中有感應(yīng)爐煉鋼、高溫金屬液體澆鑄操

作，因此安全生產(chǎn)是重中之重的課題。實驗操作之前必須認真學(xué)習(xí)相

關(guān)設(shè)備操作規(guī)程。懂得如何處理突發(fā)性事件，堅決杜絕安全事故的發(fā)

生，確保人身安全。對違反操作規(guī)程的同學(xué)將取消其本次設(shè)計實驗的

資格，情節(jié)嚴重者將報學(xué)校給予處分。

⑥在實施設(shè)計與生產(chǎn)實驗的同時，請同學(xué)們自學(xué)金屬材料、熔煉、

鑄造、性能檢測等相關(guān)知識。

三、設(shè)計流程

（一）、方案設(shè)計的準備階段

1.閱讀、翻譯中外相關(guān)文獻資料。

2.題目的選定

（1）立題依據(jù)：如理論基礎(chǔ)、現(xiàn)實意義、預(yù)期的社會效益和經(jīng)濟效

應(yīng)、可行性等。了解該種材料在國內(nèi)外的應(yīng)用情況和市場情況，國內(nèi)

外研究該課題的科技動態(tài)等。

（2）立題報告：包括題目名稱、具體方案、實施手段、測試方法、

工作計劃與日程安排等。

3.原材料的選擇：包括材料、廢鋼和合金的選擇（考慮到在本地區(qū)

購買的難易程度）。

4.儀器設(shè)備的選擇（考慮我系現(xiàn)有設(shè)備）。

（二）、方案設(shè)計階段

1.根據(jù)所選的題目中涉及的材料、生鐵、廢鋼與合金的分析數(shù)據(jù)，

進行配料計算。

2.實驗方案的制定。冶煉、澆鑄、鍛造、熱處理、機加工工藝的設(shè)

計及操作規(guī)程的制定，正確選擇各個流程的工藝參數(shù)。

3.繪制澆鑄件、性能測試件的零件圖、鑄件圖、模樣圖。

4.闡明所要分析的何種化學(xué)成分。

5.性能檢測的設(shè)計，闡明用哪種儀器設(shè)備檢測設(shè)計材料的哪些方面的

性能以及功用。

（三）設(shè)計報告（論文）書寫階段

1.要大量有針對性地查閱資料、文獻以充實理論和課題。

2.將設(shè)計的工藝及參數(shù)進行歸納、整理和分類并進行分析，找出規(guī)

律性或經(jīng)驗性工藝，若認為某些工藝不可靠，可提出自己的觀點。

3.根據(jù)擬題方案及課題要求寫出總結(jié)性設(shè)計試驗報告。

報告內(nèi)容主要包括：實驗?zāi)康摹⒘㈩}依據(jù)、設(shè)計依據(jù)、試驗生產(chǎn)

方案及設(shè)備、測試方法及有關(guān)數(shù)據(jù)和圖表、原材料的分析、詳細的設(shè)

計工藝、測試方法的設(shè)計、實驗步驟、檢測步驟、實驗數(shù)據(jù)、分析與

討論、總結(jié)結(jié)論等，并提出存在的問題。

報告最后，寫出自己此次設(shè)計性實驗的心得體會，署名查閱的中

外文獻的名稱、作者姓名、出版單位、出版日期，按序號寫清楚。

上述報告內(nèi)容條款可根據(jù)題目情況進行適當(dāng)調(diào)整、合并、修改,

但主要內(nèi)容應(yīng)齊備，邏輯應(yīng)清晰。報告應(yīng)有圖、表、像（用手機（或

相機）對設(shè)備、材料、產(chǎn)品攝像），盡量圖文并茂。

四、主要設(shè)計內(nèi)容

學(xué)生可根據(jù)個人的興趣，自由選擇以下列出的題目進行設(shè)計（如

果要自行另立題目者必須在兩個工作日內(nèi)拿出可行性報告，經(jīng)指導(dǎo)教

師論證同意后方可執(zhí)行）。按照要求提交設(shè)計報告（論文）及有關(guān)資

料。

參考題目：

題目一：一種耐磨鋼坯料的生產(chǎn)實驗

題目二：軸承鋼GCrl5鍛件的生產(chǎn)實驗

題目三：齒輪用鋼42CrMo鍛件的生產(chǎn)實驗

題目四：汽車齒輪用鋼20CrMnTi鍛件的生產(chǎn)實驗

題目五：碳素工具鋼T12鍛件的生產(chǎn)實驗

題目六：優(yōu)質(zhì)碳素鋼45#鋼鍛件的生產(chǎn)實驗

題目七：優(yōu)質(zhì)碳素鋼60#鋼鍛件的生產(chǎn)實驗

題目八：優(yōu)質(zhì)碳素鋼50#鋼鍛件的生產(chǎn)實驗

五、試驗生產(chǎn)、性能檢測

（一）、原材料及試驗設(shè)備的準備階段

根據(jù)設(shè)計方案和市場調(diào)查列出本次試驗所需購置的原材料清單

和價格，購買全部物品，檢查所需設(shè)備情況、實驗輔助條件。

（二）、安全操作規(guī)程的學(xué)習(xí)階段

為了安全順利地完成本次試驗任務(wù)，生產(chǎn)前必須嚴格學(xué)習(xí)《感應(yīng)

爐煉鋼安全操作規(guī)程》、《煉鋼工安全操作規(guī)程》、《澆鑄工安全操作規(guī)

程》、《鍛工安全操作規(guī)程》等設(shè)備安全操作規(guī)程。樹立牢固的安全意

識，懂得如何保護自己、如何處理突發(fā)性應(yīng)急事件，堅決杜絕安全事

故的發(fā)生，確保人身安全。

（三）、試驗生產(chǎn)階段

根據(jù)制定的實驗步驟，在指導(dǎo)老師的統(tǒng)一安排下進行下冶煉、澆

鑄、鍛造成型、熱處理、取樣制樣。

（四）、產(chǎn)品性能檢測階段

將制作的試樣送化學(xué)分析室進行化學(xué)分析，試樣件送力學(xué)性能檢

測室進行相應(yīng)的力學(xué)性能測試，送金相顯微鏡室觀察顯微結(jié)構(gòu)，記錄

好數(shù)據(jù)和圖表。

（五）、分析總結(jié)

對產(chǎn)品、分析結(jié)果、數(shù)據(jù)和圖表進行匯總總結(jié)，得出結(jié)論，寫出出

自己此次實驗的心得體會。

六、實驗報告要求和成績考核

（一）、設(shè)計生產(chǎn)實驗報告要求

要求按設(shè)計試驗內(nèi)容寫出設(shè)計報告。報告要思路清晰、詳實，寫

出自己的認識和特色。必須根據(jù)試驗的具體內(nèi)容，結(jié)合自己查閱的文

獻資料，充實報告內(nèi)容，主動地、創(chuàng)造性地進行設(shè)計試驗，寫出設(shè)計

試驗體會。使用規(guī)范的綜合設(shè)計性實驗封面，按要求書寫實驗報告書

并裝訂成冊，如附有圖紙或附件需單獨裝訂。

（二）、成績考核：

結(jié)合學(xué)校規(guī)定，參照試驗設(shè)計（30%）、試驗操作（40給、試驗報告

（30%）執(zhí)行。

七、參考資料

相關(guān)專業(yè)課用教材和教學(xué)參考書，網(wǎng)絡(luò)資源，圖書館理工科

圖書資料室。

[1]唱鶴鳴，《感應(yīng)爐熔煉與特種鑄造技術(shù)》，2002,冶金工業(yè)出版社

[2]龐玉華，《金屬塑性加工學(xué)》，2005.3（第一版），冶金工業(yè)出版

社

[3]曹瑜強，《鑄造工藝及設(shè)備》，2003.10（第一版），機械工業(yè)出版

社

[4]許天已，《鋼鐵熱處理實用技術(shù)》，2005.2（第一版），冶金工業(yè)

出版社

[5]徐自立，《高溫金屬材料的性能、強度設(shè)計及工程應(yīng)用》，2005.3

（第一版），冶金工業(yè)出版社

[6]任頌贊，《鋼鐵金相圖譜》，2003.6（第一版），冶金工業(yè)出版社

[7]（美）哈珀，《產(chǎn)品設(shè)計材料手冊》，2004.1（第一版），機械工業(yè)

出版社

[8]中國鑄造協(xié)會，《熔模鑄造手冊》，2002.1（第一版），機械工業(yè)

出版社

[9]陳華輝，《耐磨材料應(yīng)用手冊》，2006.9（第一版），機械工業(yè)出

版社

[10]李弘英，《鑄造工藝設(shè)計》，2005.3（第一版），機械工業(yè)出版社

[11]王占學(xué)，《控制軋制與控制冷卻》，1991.10（第一版），冶金工

業(yè)出版社

[12]張增志，《耐磨高鎰鋼》，2003.1,冶金工業(yè)出版社

[13]劉天佑，《鋼材質(zhì)量檢驗》，1999.10,冶金工業(yè)出版社

[14]馮捷，《煉鋼基礎(chǔ)知識》，2005.10,冶金工業(yè)出版社

[15]劉寶琦《軋鋼機械設(shè)備》，1990.4（第三版），冶金工業(yè)出版社

圖14感應(yīng)爐線圈

圖15感應(yīng)爐

ww..cnanashana.coni

圖16鋼水澆鑄包

八、附件

附件1:

中頻感應(yīng)爐安全操作規(guī)程

1.開爐前應(yīng)檢查爐體、冷卻水系統(tǒng)、中頻電源開關(guān)、傾爐機械

和吊包運行軌道等是否正常，地溝蓋板是否缺損，蓋好。如有問題應(yīng)

先行排除，才能開爐。

2、檢查三相電源是否正常。

3、檢查配電柜和感應(yīng)爐之間連接是否完好，感應(yīng)圈上不應(yīng)有金

屬物體，以防感應(yīng)圈打火燒壞感應(yīng)圈。

4.開爐時，需先將爐料放入爐膛，開放冷卻水后，才能合上中

頻電源開關(guān)。停爐時，斷開中頻電源后，方可停機。冷卻水應(yīng)繼續(xù)保

持15分鐘。

5.爐料中不得混有密閉容器、管子或其它易爆炸物。爐料必須

干燥，不帶水或冰、雪塊。裝填爐料時，不準用錘子猛打，應(yīng)輕放、

輕敲以免損壞爐膛。爐膛燒損減薄超過規(guī)定時，應(yīng)停爐修理。

6.工具應(yīng)放在指定地點，使用時應(yīng)事先烘烤干。

7、在以上都完好的情況下可以送門板上控制電源。

8、把門板上功率調(diào)節(jié)電位器逆時針到“0”最小。

9、按主通起鈕。

10、把門板上功率給定電位器順時針一點一點放大，給到最大。

直流電壓表是500V,電流表50A,中頻電壓表650Vo以上讀數(shù)可能

有誤差，但不是很大。直流電流最大不超過60A,中頻電壓最大不超

過750Vo

附件2：

一般澆注工安全操作規(guī)程

1、進入車間前必須穿戴好勞保鞋、安全帽、口罩、手套等防護

用品，否則不允許進車間。

2、造型時，要留出氣孔、樁箱、打芯時軟硬要適當(dāng)、均勻，型

腔要干凈，型砂濕度要適當(dāng)。避免發(fā)生型芯嗆出和爆炸事故。大件地

坑造型，應(yīng)有艮好的防水層，地坑中應(yīng)布置焦碳層和足夠的通氣管，

以免澆注時引起爆炸。

3、裝出窯時，砂型應(yīng)安放平穩(wěn)。吊運砂型要有專人指揮，上下

配合，協(xié)調(diào)一致。

4、大、中件不準空中翻箱，必須用翻箱凳。半噸以上的砂箱柄,

不得用生鐵鑄成。有裂紋損壞的砂箱不準用。

5、不要在吊起懸空的砂型下修型，應(yīng)放穩(wěn)在牢固的支架下修型。

扣箱時不要把手指放在砂箱下方，以免砸傷手。

6、扣箱要排放整齊，填實箱縫，并根據(jù)鑄件大小和幾何形狀放

置壓箱鐵或安裝卡具，避免漏箱傷人。

7、金屬熔化工作前應(yīng)檢查熔爐各部位是否正?？煽浚ぞ呤欠?/p>

齊備，爐前不得有積水，并將工作場地清理好。

8、熔化后的金屬液，不要與生銹、潮濕和冷硬物驟然接觸，禁

止金屬液噴濺傷人。

9、用母煙熔化金屬，應(yīng)檢查培煙是否干燥和有裂紋。材料加入

前要預(yù)熱，加料時要緩慢，禁止將雜質(zhì)和爆炸物加入爐內(nèi)，以免發(fā)生

爆炸事故。

10、澆包應(yīng)按規(guī)定烘干。金屬液不要盛的太滿，澆注時應(yīng)有專人

擋渣、引氣。扒渣、擋渣工具需預(yù)熱干燥。

11、鐵水包要放平、放穩(wěn)。盛鐵水不得過滿，高度低于距邊緣

60毫米以下。剩余的鐵水不準亂倒（如倒在坑內(nèi)，不能用砂子蒙蓋,

防止誤踏傷人）。

12、澆注大型鑄件要有專人扒渣、擋渣、引氣，以免發(fā)生爆炸事

故。

13、澆注時，抬包、撞包要和擋渣人配合好，并與調(diào)車司機協(xié)調(diào)

一致，由擋渣人負責(zé)指揮。

14、抬鐵水包時，要精力集中，步調(diào)一致，方向統(tǒng)一，拐彎要慢

速，要抬平、抬穩(wěn)，不準急走急停。道路應(yīng)暢通無障礙物。萬一有人

燙傷不得將包丟掉，應(yīng)通知另一人慢慢放下。

15、用行車運送鐵水，必須專人指揮，吊運前必須插好保險卡，

不準從人頭上通過。附近不能有障礙物。

16、澆注時，嚴禁從冒口觀察鐵水。澆包的對面不得站人，以防

鐵水噴出傷人。如發(fā)生鐵水溢出時，要用鐵鍬取砂和用泥堵塞。抬包、

撞包要和擋渣人配合好，并與吊車司機協(xié)調(diào)一致，由擋渣人負責(zé)指揮。

17、澆注高砂箱鑄件時，操作人員要站在地基穩(wěn)固的地方，超過

一米的大型鑄件，應(yīng)在地坑澆注，以免漏箱時發(fā)生燙傷事故。

18、扒渣和擋渣，不許用空心棍。不準將扒渣棍倒著扛和隨地亂

放。

19、拆箱清理時，應(yīng)將鑄件冷卻到一定程度。拆箱前應(yīng)檢查錘頭

是否牢固，以防止錘頭甩出傷人。敲打時，要防止沙子濺出傷眼和披

縫鐵片蹦出傷人，砂箱堆放要整齊。中、小砂箱堆放高度不得超過2

米，大砂箱堆放高度不得超過3.5米。篩砂時，噴水均勻適當(dāng)，以減

少粉塵飛揚。

20、起吊重物時要經(jīng)常檢查吊物用的鏈條，禁止超負荷。與行車

司機密切配合，嚴格執(zhí)行起重工，掛鉤工安全操作規(guī)程。

附件3:

鍛工安全操作規(guī)程

一、穿戴好工作服，檢查設(shè)備及工具有無松動、開裂現(xiàn)象。

二、教學(xué)用具、鍛造設(shè)備需在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)后方可啟動，并嚴

格按照設(shè)備的操作規(guī)范進行操作。

三、掌鉗時，應(yīng)緊握夾鉗柄部并將柄置于身體旁側(cè)。嚴禁鉗柄或

帶柄工具尾部正對人體，以及將手指放入鉗柄之間。

四、鍛造時，坯料應(yīng)放在下砧塊的中部，鍛件或墊鐵等工具必須

放正放平，以防工具受力后飛出傷人。

五、兩人或多人配合操作，須分工明確，協(xié)調(diào)配合，以避免動作

失誤。

六、嚴禁用錘頭空擊下砧塊，不許鍛打過燒過冷的鍛件。

七、在下砧塊上放置或移出工具、清理氧化皮時，必須使用夾鉗,

掃帚等工具，嚴禁用手直接伸入上下砧塊工作面內(nèi)取拿物品。

八、手工自由鍛造

1、在實習(xí)指導(dǎo)老師操作示范時，實習(xí)人員應(yīng)站在安全位置，示

范切斷鍛件時，站的位置應(yīng)避開金屬被切斷時的飛出方向。

2、工作開始以前，必須檢查所用的工具是否正常，鉗口是否能

穩(wěn)固地夾持，鐵砧上有無裂痕，爐子的風(fēng)門是否有堵塞現(xiàn)象等。如發(fā)

現(xiàn)有不正常的地方，應(yīng)立即報告實習(xí)指導(dǎo)老師，待處理后再進行工作。

3、在鐵砧上和鐵砧旁的地面上，都不應(yīng)放置其它物件。

4、不得用手錘或大錘對著鐵砧的工作面猛烈敲擊，以免鐵錘反

跳造成事故，火熱的金屬件不得亂拋亂疊。

5、禁止赤手拿金屬塊，以防金屬塊未冷而燙傷。

九、機鍛

1、觀察空氣錘鍛造時，站立位置距離機臺應(yīng)不少于1.5米。

2、實習(xí)人員進行機鍛及操作其它設(shè)備時，必須得到實習(xí)指導(dǎo)老

師的允許，必須有實習(xí)指導(dǎo)老師在場指導(dǎo)。

3、應(yīng)隨時清除空氣錘砧面上的氧化皮，不得積存。清除渣皮時,

只準用掃帚，禁止用嘴吹或直接用手、腳清除。

4、絕對禁止直接用手移動放置在砧面上的工具及工作物，手與

頭應(yīng)嚴禁靠近鍛錘的工作區(qū)。

5、只準許單人操作空氣錘，禁止其它人從旁幫助，以免動作不

一致，造成工傷事故。

6、空氣錘開始鍛擊時，不可強打，使用后應(yīng)將錘頭輕輕提起用

木塊墊好。

實習(xí)完畢后，應(yīng)將鍛爐熄火，并清理工作場地和檢查所用工具。

十、沖壓操作

1.工作前須認真校好模具，如發(fā)現(xiàn)沖床剎車不靈或沖頭連沖，

則嚴禁使用，并即刻報告指導(dǎo)人員。

2、操作時，思想應(yīng)高度集中，不允許一邊與人談話一邊操作。

3、嚴禁將手伸進工作區(qū)送料或取工件，小工件沖壓要用輔助工

具。

4、沖床腳踏開關(guān)上方應(yīng)有防護罩，沖完一次后，腳應(yīng)離開開關(guān)。

5、工具材料不要靠在機床上，防止掉落在開關(guān)上造成機床啟動。

6、注意調(diào)整機床設(shè)備各部間隙，安全裝置應(yīng)完好無損，皮帶罩、

齒輪罩應(yīng)齊全。

附件4：

一種耐磨鋼坯料的生產(chǎn)實驗參考方案

1、調(diào)查使用環(huán)境對材料性能的要求。

目前國內(nèi)生產(chǎn)鋼球的廠家很多，但產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，性能好的

與性能差的其制粉鋼耗可相差許多。提高鋼球的耐磨性可節(jié)約大量鋼

材。在保證鋼球硬度的前提下，提高其沖擊韌性，可以降低破碎率，

提高耐磨性。

2、確定材料成分與組織。

化學(xué)成分：C：0.38?學(xué)80；Si：0.11?0.40%；Mn：0.3?1.8%；PW

0.060%；S^O.050%

物理性能：沖擊韌性值為3.02J/cm；硬度達到HRC42±2

3、確定金屬配料。

按廢鋼碳0.20%,硅0.1%,鎰0.1%,硫、磷小于0.020%；生鐵碳

4.0%,硅0.15%,鎰005%,硫0.050%、磷0.070%；鋼鐵料金屬收得率

90-95%；依據(jù)澆鑄試件量的大小確定廢鋼、生鐵用量。

4、確定合金配料。

調(diào)查硅鐵、鎰鐵、中碳鎰鐵、高碳鎰鐵、硅鎰合金的價格、成分,

依據(jù)各合金元素的收得率情況與價格最優(yōu)原則確定合金配料。

5、制作砂型。依據(jù)試件要求大小與形狀制作砂型。

6、制定冶煉、澆鑄工藝。

7、冶煉、澆鑄試件。

8、脫模、清理試件。

9、確定鍛造處理工藝。

圖17硬度計

圖18金相顯微鏡

10、對試件進行鍛造處理。

11、確定熱處理工藝。

12、對試件進行熱處理。

13、對產(chǎn)品進行檢驗（測定硬度、沖擊韌性）。

附件5:

軸承鋼GCrl5鍛件的生產(chǎn)實驗參考方案

1、調(diào)查使用環(huán)境對材料性能的要求。

軸承素稱為“工業(yè)的心臟”，由于軸承應(yīng)具備長壽命、高精度、

低發(fā)熱量、高速性、高剛性、低噪聲及高耐磨性等特性，這對軸承鋼

的化學(xué)成分均勻性、非金屬夾雜物含量和類型、碳化物粒度和分布，

以及脫碳等要求嚴格，因此軸承鋼質(zhì)量的好壞也成為一個國家鋼鐵冶

煉水平的一個標志。

2、確定材料成分與組織。

(1)化學(xué)成分:Wc=O.95%?1.05%,Wsi=0.15%-0.35%,

WMn=0.25%-0.45%,Wcr=1.4%?1.65%,,WPWO.025%,WsW

0.015%,Wo^0.10%,WNi<0.25%,WCuWO.25%,WNi+CuW

0.50%o

(2)低倍組織：中心疏松Wl.5級，一般疏松、偏析W1.0級。

(3)非金屬夾雜物。細系：A類W2.5級，B類W2.0級，c類W0.5

級，D類W1.0級；粗系：A類W1.5級，B類W1.0級，c類W0.5級，D

類W1.0級。

(4)球化退火鋼材的顯微組織應(yīng)為細小、均勻并完全球化的珠光

體組織。

(5)直徑W60mm的球化退火鋼材碳化物網(wǎng)狀W2.5級，直徑>60mm

的球化退火鋼材碳化物網(wǎng)狀W3.0級；鋼材的碳化物帶狀根據(jù)規(guī)格及

交貨狀態(tài)應(yīng)分別W2.03.5級；鋼材的碳化物液析根據(jù)規(guī)格及交貨狀

態(tài)應(yīng)分別WO.52.5級。

3、確定金屬配料。

按廢鋼碳0.20%,硅0.1%,鎰0.1%,硫、磷小于0.020%；生鐵碳

4.0%,硅015%,鎰005%,硫0.050%、磷0.070%；鋼鐵料金屬收得率

90-95%；依據(jù)澆鑄試件量的大小確定廢鋼、生鐵用量。

4、確定合金配料。

調(diào)查硅鐵、鎰鐵、中碳鎰鐵、高碳鎰鐵、硅鎰合金、鋁鎰鐵、格

鐵、鋁線的價格、成分，依據(jù)各合金元素的收得率情況與價格最優(yōu)原

則確定合金配料。

5、制作砂型。

依據(jù)試件要求大小與形狀制作砂型。

6、制定冶煉、澆鑄工藝。

7、冶煉、澆鑄試件。

8、脫模、清理試件。

9、確定鍛造處理工藝。

10、對試件進行鍛造處理。

11、確定熱處理工藝。

12、對試件進行熱處理。

13、對產(chǎn)品進行檢驗（測定硬度、沖擊韌性、金相組織）。

附件6:

齒輪鋼42CrMo鍛件的生產(chǎn)實驗參考方案

1、調(diào)查使用環(huán)境對材料性能的要求。

齒輪是汽車制造業(yè)中的關(guān)鍵零部件之一，汽車齒輪用鋼應(yīng)具有高

強度、耐疲勞、耐磨損和良好的尺寸精度等特點。提高齒輪鋼的強度

需要改善其抗疲勞性能。齒輪鋼的強度特性包括輪齒的彎曲強度、齒

面強度、沖擊強度和耐磨性能等，齒輪鋼的高強度化主要是提高輪齒

的彎曲強度。高質(zhì)量齒輪鋼要求淬透性帶寬窄、純凈度高、晶粒細小

均勻和較高的抗彎曲沖擊力。窄淬透性帶寬的齒輪鋼熱處理后的彎曲

變形量小，從而齒輪的修磨量小、咬合精度高。

2、確定材料成分與組織。

(1)化學(xué)成分：碳C：0.38?0.45%；硅Si：0.17-0.37%；鎰

Mn：0.50?0.80%；硫S：允許殘余含量W0.035%；磷P：允許殘余

含量S0.035%；格Cr：0.90?1.20%；鍥Ni：允許殘余含量豈).030%；

銅Cu：允許殘余含量W0.030%；鋁Mo：0.15-0.25%

(2)力學(xué)性能：

抗拉強度ob(MPa)：>1080(110)；屈服強度os(MPa)：

>930(95)；伸長率85(%):>12；斷面收縮率w(%)：>45；沖

擊功Akv(J)：N63；沖擊韌性值akv(J/cm2)：N78(8)；硬度：<217HB

3、確定金屬配料。

按廢鋼碳0.20%,硅0.1%,鎰0.1%,硫、磷小于0.020%；生鐵碳

4.0%,硅0.15%,鎰005%,硫0.050%、磷0.070%；鋼鐵料金屬收得率

90-95%；依據(jù)澆鑄試件量的大小確定廢鋼、生鐵用量。

4、確定合金配料。

調(diào)查硅鐵、鎰鐵、中碳鎰鐵、高碳鎰鐵、硅鎰合金、鋁鎰鐵、輅

鐵、鈦鐵、鋁鐵、鋁線、鈣線的價格、成分，依據(jù)各合金元素的收得

率情況與價格最優(yōu)原則確定合金配料。

5、制作砂型。

依據(jù)試件要求大小與形狀制作砂型。

6、制定冶煉、澆鑄工藝。

7、冶煉、澆鑄試件。

8、脫模、清理試件。

9、確定鍛造處理工藝。

10、對試件進行鍛造處理。

11、確定熱處理工藝。

12、對試件進行熱處理。

13、對產(chǎn)品進行檢驗（測定硬度、沖擊韌性、金相組織）。

附件7:

汽車齒輪鋼20CrMnTiH鍛件生產(chǎn)實驗參考方案

1、調(diào)查使用環(huán)境對材料性能的要求。

20CrMnTiH是制造汽車用齒輪的主要鋼種之一。隨汽車工業(yè)的發(fā)

展，對汽車用材料的性能亦提出了更高的要求。高質(zhì)量齒輪鋼不僅要

具有良好的強韌性、耐磨性，且能很好地承受沖擊、彎曲和接觸應(yīng)力；

還要求其變形小、精度高和噪音低。

2、確定材料成分與組織。

(1)化學(xué)成分:Wc=O.17%?0.23%,Wsi=0.17%?0.37%,

WMn=0.8%?1.10%,Wcr=l.0%?1.30%,WTi=0.04%?0.10%,

WPWO.030%,WsW0.030%o

3、確定金屬配料。

按廢鋼碳0.20%,硅0.1%,鎰0.1%,硫、磷小于0.020%；生鐵碳

4.0%,硅0.15%,鎰0.05%,硫0050%、磷0.070%；鋼鐵料金屬收得率

90-95%；依據(jù)澆鑄試件量的大小確定廢鋼、生鐵用量。

4、確定合金配料。

調(diào)查硅鐵、鎰鐵、中碳鎰鐵、高碳鎰鐵、硅鎰合金、鋁鎰鐵、輅

鐵、鈦鐵、鋁線、鈣線的價格、成分，依據(jù)各合金元素的收得率情況

與價格最優(yōu)原則確定合金配料。

5、制作砂型。

依據(jù)試件要求大小與形狀制作砂型。

6、制定冶煉、澆鑄工藝。

7、冶煉、澆鑄試件。

8、脫模、清理試件。

9、確定鍛造處理工藝。

10、對試件進行鍛造處理。

11、確定熱處理工藝。

12、對試件進行熱處理。

13、對產(chǎn)品進行檢驗（測定硬度、沖擊韌性、金相組織）。

附件8：

碳素工具鋼T12鋼鍛件的生產(chǎn)實驗參考方案

1、調(diào)查使用環(huán)境對材料性能的要求。

碳素工具鋼(carbontoolIsteel)用于制作刃具、模具和量具的

碳素鋼。與合金工具鋼相比，其加工性良好，價格低廉，使用范圍廣

泛，所以它在工具生產(chǎn)中用量較大。碳素工具鋼分為碳素刃具鋼、碳

素模具鋼和碳素量具鋼。碳素刃具鋼指用于制作切削工具的碳素工具

鋼，碳素模具鋼指用于制作冷、熱加工模具的碳素工具鋼，碳素量具

鋼指用于制作測量工具的碳素工具鋼。

2、確定材料成分與組織。

(1)化學(xué)成分:Wc=l.15?1.24%,WsiWO.35%,WMnWO.40%,

Wcr=0.1-0.30%,WPWO.030%,WsW0.020%,Wcu^O.30%,WNi

W0.20%。

3、確定金屬配料。

按廢鋼碳0.20%,硅0.1%,鎰0.1%,硫、磷小于0.020%；生鐵碳

4.0%,硅0.15%,鎰0.05%,硫0050%、磷0.070%；鋼鐵料金屬收得率

90-95%；依據(jù)澆鑄試件量的大小確定廢鋼、生鐵用量。

4、確定合金配料。

調(diào)查增碳劑、硅鐵、鎰鐵、中碳鎰鐵、高碳鎰鐵、硅鎰合金、鋁

鐵的價格、成分，依據(jù)各合金元素的收得率情況與價格最優(yōu)原則確定

合金配料。

5、制作砂型。

依據(jù)試件要求大小與形狀制作砂型。

6、制定冶煉、澆鑄工藝。

7、冶煉、澆鑄試件。

8、脫模、清理試件。

9、確定鍛造處理工藝。

10、對試件進行鍛造處理。

11、確定熱處理工藝。

12、對試件進行熱處理。

13、對產(chǎn)品進行檢驗（測定硬度、沖擊韌性、金相組織）。

附件9:

優(yōu)質(zhì)碳素鋼45#鋼鍛件的生產(chǎn)實驗參考方案

1、調(diào)查使用環(huán)境對材料性能的要求。

中高碳優(yōu)質(zhì)碳素鋼熱軋盤條用途非常廣泛，用于機械制造、鋼絲

制品及鋼絲繩、彈簧、五金工具、家具、童車玩具等行業(yè)。45#鋼強

度較高，塑性和韌性尚好，用于制作承受負荷較大的小截面調(diào)質(zhì)件和

應(yīng)力較小的大型正火零件，以及對心部強度要求不高的表面淬火零

件，如曲軸、傳動軸、齒輪、蝸桿、鍵、銷等。水淬時有形成裂紋的

傾向，形狀復(fù)雜的零件應(yīng)在熱水或油中淬火。

2、確定材料成分與組織。

(1)化學(xué)成分：

CO.42-0.50%,SiO.17-0.37%；MnO.50-0.80%；Cr<0.25%；Ni<0.30%

；Cu<0.25%；P<0.035%；S<0.025%

(2)物理性能

抗拉強度：>600(MPa)；屈服強度：>355(MPa)；延長率：

>16%；斷面收縮率：>40%；布氏硬度：<197；未熱處理時：HB<229；

沖擊功：Aku>39J

3、確定金屬配料。

按廢鋼碳0.20%,硅0.設(shè),鎰0.1%,硫、磷小于0.020%；生鐵碳

4.0%,硅0.15%,鎰0.05%,硫0.050%、磷0.070%；鋼鐵料金屬收得率

90-95%；依據(jù)澆鑄試件量的大小確定廢鋼、生鐵用量。

4、確定合金配料。

調(diào)查增碳劑、硅鐵、鎰鐵、中碳鎰鐵、高碳鎰鐵、硅鎰、鋁鎰鐵

合金的價格、成分，依據(jù)各合金元素的收得率情況與價格最優(yōu)原則確

定合金配料。

5、制作砂型。

依據(jù)試件要求大小與形狀制作砂型。

6、制定冶煉、澆鑄工藝。

7、冶煉、澆鑄試件。

8、脫模、清理試件。

9、確定鍛造處理工藝。

10、對試件進行鍛造處理。

11、確定熱處理工藝。

12、對試件進行熱處理。

13、對產(chǎn)品進行檢驗（測定硬度、沖擊韌性、金相組織）。

附件10:

優(yōu)質(zhì)碳素鋼60#鋼鍛件的生產(chǎn)實驗參考方案

1、調(diào)查使用環(huán)境對材料性能的要求。

中高碳優(yōu)質(zhì)碳素鋼熱軋盤條用途非常廣泛，用于機械制造、鋼絲

制品及鋼絲繩、彈簧、五金工具、家具、童車玩具等行業(yè)。60#鋼主

要用于制造耐磨，強度較高，受力較大，摩擦工作以及相當(dāng)彈性的彈

性零件。

2、確定材料成分與組織。

(1)化學(xué)成分：

C0.57-0.65%,SiO.17-0.37%；MnO.50-0.80%；Cr<0.25%；Ni<0.30%

；Cu<0.25%；P<0.035%；S<0.035%

3、確定金屬配料。

按廢鋼碳0.20%,硅0.1%,鎰0.1%,硫、磷小于0.020%；生鐵碳

4.0%,硅。15%,鎰0.05%,硫0.050%、磷0.070%；鋼鐵料金屬收得率

90-95%；依據(jù)澆鑄試件量的大小確定廢鋼、生鐵用量。

4、確定合金配料。

調(diào)查增碳劑、硅鐵、鎰鐵、中碳鎰鐵、高碳鎰鐵、硅鎰、鋁鎰鐵

合金的價格、成分，依據(jù)各合金元素的收得率情況與價格最優(yōu)原則確

定合金配料。

5、制作砂型。

依據(jù)試件要求大小與形狀制作砂型。

6、制定冶煉、澆鑄工藝。

7、冶煉、澆鑄試件。

8、脫模、清理試件。

9、確定鍛造處理工藝。

10、對試件進行鍛造處理。

11、確定熱處理工藝。

12、對試件進行熱處理。

13、對產(chǎn)品進行檢驗（測定硬度、沖擊韌性、金相組織）。

附件11:

優(yōu)質(zhì)碳素鋼50#鋼鍛件的生產(chǎn)實驗參考方案

1、調(diào)查使用環(huán)境對材料性能的要求。

中高碳優(yōu)質(zhì)碳素鋼熱軋盤條用途非常廣泛，用于機械制造、鋼絲

制品及鋼絲繩、彈簧、五金工具、家具、童車玩具等行業(yè)。50#鋼鍛

造齒輪、拉桿、軋輻、軸摩擦盤、機床主軸、發(fā)動機曲軸、農(nóng)業(yè)機械

犁銬、重載荷心軸及各種軸類零件等，及較次要的減振彈簧、彈簧墊

圈等

2、確定材料成分與組織。

(1)化學(xué)成分：

C0.47-0.55%,SiO.17-0.37%；MnO.50-0.80%；Cr<0.25%；Ni<0.30%

；Cu<0.25%；P<0.035%；S<0.035%

(2)物理性能

力學(xué)性能ob/MPaN630；os/MPa>375；65(%)>14；\|/(%注40；

AKU/J>31

3、確定金屬配料。

按廢鋼碳0.20%,硅0.1%,鎰0.1%,硫、磷小于0.020%；生鐵碳

4.0%,硅0.15%,鎰0.05%,硫0050%、磷0.070%；鋼鐵料金屬收得率

90-95%；依據(jù)澆鑄試件量的大小確定廢鋼、生鐵用量。

4、確定合金配料。

調(diào)查增碳劑、硅鐵、鎰鐵、中碳鎰鐵、高碳鎰鐵、硅鎰、鋁鎰鐵

合金的價格、成分，依據(jù)各合金元素的收得率情況與價格最優(yōu)原則確

定合金配料。

5、制作砂型。

依據(jù)試件要求大小與形狀制作砂型。

6、制定冶煉、澆鑄工藝。

7、冶煉、澆鑄試件。

8、脫模、清理試件。

9、確定鍛造處理工藝。

10、對試件進行鍛造處理。

11、確定熱處理工藝。

12、對試件進行熱處理。

13、對產(chǎn)品進行檢驗（測定硬度、沖擊韌性、金相組織）。

圖19材料試驗機

圖20某合金金相顯微組織觀察

8nn

，

/

/

/

/

/

/

a

圖21某螺母澆鑄圖

圖22某螺母生產(chǎn)試驗產(chǎn)品

附錄:

某學(xué)生綜合設(shè)計性生產(chǎn)實驗報告

（其格式、模板、內(nèi)容僅供參考，實驗報告撰寫應(yīng)符

合前述要求，鼓勵創(chuàng)新）

綜合設(shè)計性生產(chǎn)實驗報告

——ZGM13高鎰鋼生產(chǎn)實驗

學(xué)生姓名：XXX

班級：材料科學(xué)與工程一班

學(xué)號：200310519018

實驗時間:2007.12.18-2008.1.12

實驗地點：分析測試中心工程訓(xùn)練車間等

同組人員：AAA,BBB,CCC,DDD,EEE

指導(dǎo)教師：XXX,XXX

設(shè)計題目：耐磨鋼球的生產(chǎn)方法

1實驗?zāi)康?/p>

1、了解合金鋼的發(fā)展概況，設(shè)計的基本理論。

2、掌握電弧爐冶煉及鑄造加工工藝，鑄件的性能檢測方法。

3、培養(yǎng)查閱文獻，搜集和整理資料的能力。

4、培養(yǎng)進行簡單科學(xué)試驗和技術(shù)設(shè)計的初步能力。

2實驗原理

利用廢鋼在堿性電弧爐中熔煉后分別加入鐵礦石氧化，煤粉還原,

鋁終脫氧，加入合金元素調(diào)整鋼的化學(xué)成分，使之達到具有特殊性能

的鋼種。

3實驗設(shè)計

3.1資料查詢

查閱了《金屬學(xué)與熱處理》，《金屬材料學(xué)》，《金屬工藝學(xué)》，

《鋼鐵冶煉》等大量書籍，資料內(nèi)容有：

合金鋼的發(fā)展概況：

1820-1822年Faraday從事包括銅，鑲，格及貴金屬在內(nèi)的合金鋼

研究，這是合金鋼發(fā)展的先驅(qū)。

1868年Mushet高碳高鴇自淬火刀具鋼應(yīng)運而生

1906年高速鋼的發(fā)展

1882年研制出高碳高鎰奧氏體耐磨鋼

1913年Brearley研制吃低碳高輅(lCrl3)馬氏體不銹鋼

3.2市場調(diào)查

經(jīng)市場調(diào)查，可知所需原材料的價格分別為：

硅鐵7.54元/鎰鐵7.54元/千輅鐵10.66元/廢鋼2500元/

千克克千克噸

稻殼：5元/袋鋁絲：60元/圈碎玻璃：5元/水玻璃80元/桶

袋

礦石2元/千克煤粉1元/千克石英砂40元/生石灰1.5元/

千克千克

3.3設(shè)計依據(jù)

耐磨鋼球具有很高的耐磨性，必須選擇一種能達到耐磨性能的鋼

號。

高鎰鋼ZGMnl3是具有特殊性能的耐磨鋼，它在高壓力和沖擊負

荷下能產(chǎn)生強烈的加工硬化，因而具有高耐磨性。高鎰鋼屬于奧氏體

鋼，所以又具有優(yōu)良的韌性。高鎰鋼經(jīng)水韌處理后機械性能為：

bb=784?981MN/n？0=392?441MN/H?,3=40?80%,“=40~60%,

2

aK=1960~2940KJ/m,180~220HB。由此可見，高鎰鋼屈強比很低，

塑性和韌性很好，硬度也不高。在使用過程中，高鎰鋼在很大壓力，

摩擦力和沖擊力作用下會發(fā)生塑性變形，表面奧氏體產(chǎn)生很強的加工

硬化，形變強化的結(jié)果又處使奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變以及-碳化物沿滑

移6面形成，使鋼硬度高達450~550HB。

3.4合金設(shè)計方案

高鎰耐磨鋼的化學(xué)成分為C0.9~1.3肌Mnll.5"14.5%,

SiO.30"0.80%,P<0.05%,S<0.05%o

(1)C是高鎰鋼中主要元素，高碳保證高鎰鋼足夠的強度，硬

度和耐磨性，但C含量過高易析出較多碳化物，影響鋼的韌性，C含

量不超過1.3%。

(2)Mn在鋼中是為了得到奧氏體組織，增大鋼的加工硬化率和

提高鋼的韌性及強度，Mn量過多會增大鋼凝固時的收縮量，形成熱

裂縫，降低鋼的強度和韌性。C與Mn的含量比應(yīng)約為0.1。

(3)Si能改善鋼的鑄造性能，提高鋼中固溶體的硬度和強度，

但Si量過高易使碳化物沿界析出，降低鋼的韌性和耐磨性，導(dǎo)致鑄

件開裂，所以Si一般為0.3?0.8%。

(4)P是有害雜質(zhì)，高鎰鋼中含磷量應(yīng)盡量低，以免在晶界形

成脆性磷化物共晶體，產(chǎn)生低溫冷脆。

(5)S是有害元素，其含量應(yīng)盡可能底。

3.5產(chǎn)品設(shè)計

將耐磨鋼球設(shè)計成直徑為145cm大小的形狀，其零件圖如圖所

不O

3.6性能檢測

(1)拉伸試驗法檢測鑄件的強度，塑性及韌性，在萬能材料試

驗機上進行。試驗機有機械式、液壓式、電液或電子伺服式等型式。

試樣型式可以是材料全截面的，也可以加工成圓形或矩形的標準試

樣。鋼筋、線材等一些實物樣品一般不需要加工而保持其全截面進行

試驗。試樣制備時應(yīng)避免材料組織受冷、熱加工的影響，并保證一定

的光潔度。

(2)表面硬度測試法

布氏硬度用HB表示。適用范圍為HB8?450。測定方法系用規(guī)

定負荷(P)均勻平穩(wěn)地將直徑D=17cm的鋼球垂直壓入受試金屬平整

光滑的表面，停留規(guī)定時間后，卸荷并測量試樣上彈性恢復(fù)后的球面

壓痕直徑(d),代入下式算出單位壓痕面積上的平均壓力，即得所求

HB值：

版2/

維氏硬度用HV表示。一種靜態(tài)壓入硬度，適用范圍為HV8?

1000,特別宜于測試硬度超過HB450薄的淬火回火部件和材料以及各

種滲層和覆層。測試時采用對面夾角136°的正四棱錐金剛石壓

頭,5?lOOOkgf(分六級)負荷(P),并測量壓痕兩對角線(d),然后

從對照表中查出或代入下式算出HV：

八T8兀2/收

加=瓦=下~

3.7原材料

目標鋼種與廢鋼鐵料中C,Si,Mn成分含量如下表：

學(xué)成CSiMn

分鋼種\\

目標鋼種1.2%0.5%12%

廢鋼0.2%0.2%0.5%

生鐵3%0.5%0.4%

硅鐵0.05%75%0.01%

鎰鐵0.01%0.02%60%

總?cè)霠t量總?cè)霠t量=出鋼量/爐料綜合回收率；

配料量=總?cè)霠t量-礦石進鐵量-合金加入總量；

礦石進鐵量二噸鋼加礦量X出鋼量X礦石含鐵量X鐵的回收率

出鋼量x（控制含量-鋼液含量）

某合金加入量=

合金含量X合金回收率

義(

硅鐵=15kg0.5%—0.2%)=0.061kg

75%x98%

鎰鐵=15kgx(12%-0.5%)=2.933kg

60%x98%

3.8所需設(shè)備和原料

①涂料、電阻絲、木材、鐵釘、鐵錘、泡沫、剪刀、圓規(guī)、紗布、

直尺、卷尺。

②石英砂、水玻璃、一罐CO2氣體、廢鋼、硅鐵0.061kg、鎰鐵

2.933kg、煤粉1kg、生石灰1.5kg、鋁條2m、耐火材料、礦石1kg、

50KV堿性電弧爐、石墨塔堀、石墨電極、老虎鉗。

③切割機、砂磨機、車床、鉆床、M-20預(yù)磨機、金相試樣拋光

機P-2、萬能材料試驗機、金相顯微鏡（X200）、箱式加熱爐（熱

處理控制裝置）、制樣機。

3.9安全注意事項

3.9.1電弧爐冶煉安全操作規(guī)程:

（1）電爐送電前，應(yīng)檢查所屬機械，電器，水冷液壓（或氣壓）

除塵裝置，使其符合安全規(guī)定。

（2）爐料要專人負責(zé)檢查，嚴禁將易爆物，密封容器及水，雪

塊或帶水的爐料裝入，以防爆炸。

（3）捅料，攪拌，扒渣時，爐門坎必須加橫杠，并使其接地，

以防觸電。

（4）加礦石或吹氧氧化時，不得過猛過急，以防沸騰跑鋼傷人,

自動流渣時，嚴禁使用潮濕材料掩壓，以防爆炸。

（5）還原期加粉散狀材料時，應(yīng)側(cè)身投料，以防噴火傷人。

（6）出鋼時，先切斷電源升起電極，并檢查出鋼口是否通暢，

出鋼坑潮濕時應(yīng)緩慢翻爐，不要把鋼水翻出外邊。

（7）冶煉中，發(fā)現(xiàn)冷水部位漏水，應(yīng)及時查明漏水部位，采取

措施，嚴禁隨意翻爐。

3.9.2澆注安全注意事項：

（1）澆注時必須穿戴好鞋蓋，防護眼鏡等防護用品。

（2）鐵水包必須嚴格烘烤，扒渣工具需預(yù)熱干燥。

（3）鐵水包要放平，放穩(wěn)，盛鐵水不得過滿，高度應(yīng)在距邊緣

60毫米以下。剩余的鐵水不準亂倒（如倒在坑內(nèi)，不能用砂子掩蓋，

防止誤踏傷人）。

（4）澆注時嚴禁從冒口觀察鐵水。澆包的對面不得站人，以防

鐵水噴出傷人。如發(fā)生鐵水溢出時，要用鐵鍬取砂和用泥堵塞。

（5）澆注特大鑄件時，無論多少包鐵水，必須由一個總指揮統(tǒng)

一指揮，分指揮應(yīng)服從總指揮。

（6）澆注高砂箱鑄件時，操作人員要站在地基穩(wěn)固的地方。

4試驗生產(chǎn)

4.1堿性電弧爐冶煉工藝：

廣泛采用氧化法冶煉，氧化法是以廢鋼為原料，冶煉過程中用礦

石或氧氣來氧化爐料中的雜質(zhì)，同時通過氧化沸騰過程中去除鋼水中

大部分氣體。具體步驟為：

（1）補爐及裝料

補爐是為了使?fàn)t襯保持一定形狀，保持正常冶煉和延長爐襯壽

命。補爐完畢立即進行裝料，對裝料的要求是，速度快，爐料密室，

布料合理，并盡可能一次裝完。

（2）熔化期

熔化期的任務(wù)：采取各種有效措施如吹氧助熔等手段來加快爐料

的熔化，大爐子上的冷區(qū)還可用吹氧和吹染料來加速熔化，盡量把握

有利條件在熔化期提前造渣去磷，盡量減少防止熔化過程中金屬的蒸

發(fā)，并將鋼水盡快加熱到氧化期所需溫度。

爐料的熔化過程：熔化過程主要依靠合理供電，適時吹氧和盡快

造渣來加速熔化并保證鋼水成分達到氧化期要求。

縮短熔化期的措施：適當(dāng)提高變壓器的輸出功率，吹氧助熔，采

用燃燒嘴噴入燃料及加氧助熔，作為第二熱源以節(jié)省電能和加快冷區(qū)

爐料的熔化，效果非常好；爐外預(yù)熱廢鋼也可大大縮短熔化時間和節(jié)

約電能。

熔化期熔池金屬成分的變化：在爐料熔化過程中，將發(fā)生各元素

的蒸發(fā)，氧化等。使熔池中鋼水成分發(fā)生變化。

(3)氧化期

氧化期的主要任務(wù)：繼續(xù)氧化去除鋼水中的磷至規(guī)格以下；脫碳,

并利用脫碳反應(yīng)造成的熔池沸騰來排除鋼中氣體和夾雜物，使鋼液溫

度均勻并加熱升溫，使在氧化末期時的鋼液溫度高于出鋼溫度10℃

"20℃o

脫磷：氧化期需向爐內(nèi)加入礦石，氧化鐵皮和石灰，使?fàn)t渣具有

高氧化鐵，高堿度，以滿足脫磷所要求的基本條件。

脫碳：通過脫碳反應(yīng)，使鋼水中的［C］量降到所煉鋼種要求的規(guī)

格以內(nèi)。

脫碳和脫磷的關(guān)系：當(dāng)加礦石氧化鋼水時，氧通過爐渣向鋼水溶

解，在鋼渣界面產(chǎn)生脫［P］反應(yīng)，反應(yīng)在爐底進行。產(chǎn)生的co氣泡使

鋼水沸騰并增大了鋼渣界面，加快脫［P］反應(yīng)。

脫碳和去氣去除夾雜及鋼水升溫的關(guān)系：脫［C］使鋼水中的［［H］,

［N］隨氣泡排出熔池，在沸騰的鋼水中，夾雜物上浮至液面被爐渣吸

收。氧化期使鋼水溫度均勻化。

(4)還原期和出鋼

還原期的任務(wù)：脫除鋼水中的[0]脫[S],調(diào)整鋼水成分，將鋼水

溫度調(diào)整到出鋼溫度。

脫氧：靠加入渣中的還原劑如C粉等脫除渣中不穩(wěn)定氧化物的

氧，其脫氧產(chǎn)物溶解在渣中。

脫硫：還原期溫度高，渣中（FeO）含量降到1%以下，又有高堿度,

流動性良好的爐渣，為脫碳創(chuàng)造了良好條件。

[FeS]+[CaO]=[CaS]+[FeO]

鋼水化學(xué)成分的調(diào)整，然后出鋼。

鑄造加工工藝：鑄造是熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入

鑄型，凝固后獲得一定形狀和性能鑄件的成形方法。鑄造常分為砂型

鑄造和特種鑄造兩類。砂型鑄造是按照鑄件要求金屬的性質(zhì)，選擇合

適的原砂，粘接劑和輔料，然后按一定比例把它們混合成具有一定性

能的型砂和芯砂。特種鑄造常用的有金屬型鑄造，壓力鑄造，離心鑄

造和熔模鑄造。

金屬型鑄造：將液體金屬在重力作用下澆入用金屬制成的鑄型獲

得鑄件的方法。壓力鑄造：將熔融金屬在高壓作用下迅速壓入金屬鑄

型，并在壓力作用下冷凝獲得鑄件的方法。

離心鑄造：將液體金屬澆入以一定速度旋轉(zhuǎn)的鑄型中，在離心力

的作用下凝固成形的鑄造方法。

熔模鑄造：用易熔材料（如蠟料等）制成模樣，在其表面包覆若

干層耐火材料，制成殼型，將液體金屬澆入殼型中冷凝獲得鑄件的方

法。

鑄型準備包括造型材料準備和造型造芯兩大工作。造型材料有鑄

造砂，型砂粘結(jié)劑和其他輔料，以及由它們配制而成的型砂，芯砂，

涂料等。造型造芯是根據(jù)鑄造工藝要求，在確定好造型方法，準備好

造型材料的基礎(chǔ)上進行的。鑄件的精度和全部生產(chǎn)過程的經(jīng)濟效果，

主要取決于這道工序。

鑄件自澆注冷卻的鑄型中取出后，有澆口，冒口及金屬毛刺披縫，

砂型鑄造的鑄件還粘附者砂子，因此必須經(jīng)過清理工序

4.2、冶煉工藝

4.2.1試驗原材料和設(shè)備

(1)原材料的準備

①用加熱電阻絲將泡沫做成d=145cm的球模型以及冒口，澆注

口，上涂料，然后將其烘干。

②用木板裝訂一個砂箱，砂箱應(yīng)牢固結(jié)實，避免裝型砂或澆注中

產(chǎn)生破壞。

③用塑料泡沫做一個長為16cm,直徑為1.5cm的拉伸試樣件。

④將買回的廢鋼稱取20千克,用切割機將長的鋼條切成約4~5cm

短條狀，使其能裝入爐身。

⑤將石英砂與水玻璃按100：8比例混制而成，使型砂具有一定

強度。

(2)設(shè)備的準備

①將自制的中間包在用焦炭均勻加熱，并烘烤至暗紅色或紅色

(700"1000℃),避免出鋼時鋼水快速凝固。

②50KVA堿性電弧爐、中間鋼包、切割機、砂磨機、車床、鉆床、

箱式加熱爐、金相試樣預(yù)磨機M-2、金相試樣拋光機P-2、萬能材料

試驗機、金相顯微鏡(200、洛氏硬度計。

4.2.2造型

(1)把模樣放入砂箱內(nèi)加砂。

先用手按住模樣，加入適量的型砂，將靠近模樣周圍的型砂用手

適當(dāng)壓緊，當(dāng)型砂加到一定高度時，需舂緊一次，前兩次用舂錘的小

頭舂，最后用舂錘的平頭舂緊。舂砂時應(yīng)沿砂箱四周順序往里進行，

并注意不要打在模樣上，型砂的緊實程度應(yīng)適當(dāng)，舂得太松，型砂強

度不夠，容易塌箱，舂得太緊，型砂的透氣性不好，鋼球可能產(chǎn)生氣

孔等缺陷。

(2)用通氣針垂直型面扎通氣孔，不要碰到模樣。

(3)最后通入CO2氣體，使型砂硬度增強，使模樣定型。

在鋼鐵冶煉的過程中，要加熱中間包。由于前一組剛做完實驗，我們

就不需要加熱爐子，爐子溫度還很高，可直接加入爐料。

13：30在爐低均勻的鋪上一層0.5kg生石灰，用量約為總裝料

量的1.5-2,目的是減輕爐料對爐底的沖擊，同時還可提前造渣脫磷。

開啟電弧爐。

13：33向爐內(nèi)加入耐火材料和生石灰0.5kg,耐火材料不僅能自

身耐高溫（特別是碳），而且都有良好的導(dǎo)熱性，體積穩(wěn)定性和抗渣

性，主要用于延長電弧爐壽命。

13：33開始持續(xù)加入廢鋼20kg,使廢鋼慢慢熔化。

13：33-13：57廢鋼熔化期間,持續(xù)加入石灰0.2kg,耐火材料,

主要用于造渣和保護鍋爐。

13：57停止鍋爐。

以上是煉鋼的熔化期，熔化期過后，進入氧化期。

13：59啟動電弧爐。

14：02爐料全部熔化，鋼水加熱到了一定溫度，開始加入礦石

1kg進行氧化操作。

14：05由于礦石加得太快，鋼水冒出，停電停止鍋爐，將冒出

的鋼水鏟掉。

14：07加入生石灰0.3kg,繼續(xù)脫磷。熔化期可去除部分磷，但

脫磷主要是在氧化期完成的。

以上是煉鋼過程的氧化期，開始進入還原期。

14：13-14：15往爐內(nèi)添加煤粉1kg,參加還原反應(yīng)。

14：21分別加入硅鐵0.061kg,鎰鐵2.933kg,調(diào)整鋼水化學(xué)成

分。為了得到耐磨性好的鋼球，必須將鋼水調(diào)整到規(guī)格之內(nèi)，應(yīng)盡可

能提高合金元素的回收率，減少元素的燒損，節(jié)約合金用量。

14：27加入約2m長的鋁條進行終脫氧。當(dāng)鋼水的成分，溫度合

格，脫氧良好，爐渣變白且流動性好，即可向爐內(nèi)加入終脫氧劑鋁。

終脫氧后及時停電，準備出鋼。

14：30出鋼水，提升電極，掏開爐口，先拔除爐渣，再開口慢慢

傾斜爐子，將鋼水倒入加熱了的中間包中。

4.2.3澆注工藝

(1)澆注：扒去鋼液上的熔渣并檔渣，將煉鋼爐中熔煉得到的鋼

水，沿著澆注口注入到鑄型中，鋼液凝固成為鋼錠或鋼胚，澆注時要

控制好鋼液的澆注速度且不要斷流，當(dāng)時火花四濺，幸好他們沒有跑

開否則一鍋鋼水就白煉了。

(2)落砂：當(dāng)鋼球冷卻至40(rc~50(rc時，將其從型砂，砂箱中

分開，過早落砂會使鋼球產(chǎn)生硬皮，變形或開裂等缺陷，落砂過遲會

使鑄件晶粒粗大，力學(xué)性能降低。

澆注出來的鑄件如下圖所示：

澆鑄圖

4.2.4機加工工藝

鑄件表面比較粗糙，尺寸精度不高，需經(jīng)切削加工才能成為零件。

(1)將鑄件在切割機上將澆鑄口切割掉，即粗加工。

(2)在砂輪上進行磨削，即精加工。砂輪是磨削加工的切削工

具，它是由磨料和結(jié)合劑構(gòu)成的多孔物體，

(3)在機床進行加工至零件尺寸大小。

4.2.5熱處理工藝

鋼球必須經(jīng)過水韌處理,即將鋼球加熱到10水℃~1100℃,并在

高溫下保溫一段時間，使碳化物完全溶解于奧氏體中，然后水冷淬火,

使高溫奧氏體穩(wěn)定到室溫。淬火加熱溫度不宜過高，保溫時間不宜太

長，否則晶粒粗大，氧化脫碳嚴重，降低鋼的強度。鋼球水韌處理后

不宜加熱至35CTC以上，否則會有針狀碳化物析出，使鋼的性能脆化,

所以鋼球水韌處理后不回火。

▲

5成分分析及性能檢測

5.1取樣制樣

將試樣件的氧化鐵皮打磨，在鉆床上打A,