材料科学与工程专业
金属材料专业方向综合设计性生产实验报告
——45钢轴承轴生产实验
学生姓名：杨春梅
班级： 2009级材料科学与工程2班 学号： 200911102077 实验时间：2012.12.17-2012.12.27 实验地点：工程实训中心
同组人员：邹传正，张虎，岳相许，王勇等 指导教师：张利民
设计题目：45钢轴承钢生产实验
1 实验目的
1、了解合金钢的基本性能，掌握设计的基本理论。
2、掌握电弧炉冶炼及铸造加工工艺。
3、培养查阅文献，团队协作，搜集和整理资料的能力。
4、培养进行简单科学试验和技术设计的初步能力。
2 实验原理
参考合金飞轮的生产模式，设计出模型，利用废钢在电弧炉中熔炼后加入合金元素调整钢的化学成分,使之达到具有特殊性能的钢种零件。
3 实验设计
3.1合金元素的作用：
铬 Cr 铬在钢中的角色多元且重要，它会形成稳定而硬的碳化物，而且具有抗蚀性，其主要作用有：a、增进钢的硬化能力和渗碳作用。b、使钢在高温时具有高强度c、能增加耐磨耗性。d、增高钢的淬火温度。e、能增进钢的抗腐蚀性。
锰 Mn锰亦为钢中的重要元素，其作用及影响如下：a、添加适量时，锰含量增加可增加钢的最大强度及硬度。b、锰有脱氧及脱硫的功效，故锰能发挥钢的锻造性与可塑性。c、锰在钢中含量多，可降低钢的淬火温度。d、可增进钢的硬化深度，尤其在含碳量高的由硬性锰钢最为显著。硫 S硫在钢中为有害元素，硫与铁化合成为FeS，与锰化合成MnS，其结果：a、会增加铜的热脆性。b、硫含量为0.2%以上，就会严重影响钢的强度与韧性。c、硫可使钢的强度降低，因此有利于钢的切削，但除了易切钢之外，极少利用。
硅 Si 硅在钢中的作用如下：a、硅能增加钢的电磁传导率，故适于制造电器材料。b、硅会加速钢的结晶生长变粗，因此含量约在0.05%～0.30%。c、硅能增高淬火温度。d、会阻碍碳元素溶于钢中。e、对于碳量较高的钢，硅多则增加脆性。f、增加耐热钢的氧化性，可用为脱酸性。综合何种合金元素对于碳钢的影响，而选择添加合金元素时，必须考虑元素特性及应用场合的需要，适材适所才是最重要的，如果不了解特性贸然选择，不但可能增加成本，效果也可能适得其反。因此在设计中要加入Mn和Si等有利元素而尽量减少S、P等元素。 3.2设计依据
1.碳素工具钢(carbon tool lsteel)用于制作刃具、模具和量具的碳素钢。与合金工具钢相比，其加工性良好，价格低廉，使用范围广泛，所以它在工具生产中用量较大。碳素工具钢分为碳素刃具钢、碳素模具钢和碳素量具钢。碳素刃具钢指用于制作切削工具的碳素工具钢，碳素模具钢指用于制作冷、热加工模具的碳素工具钢，碳素量具钢指用于制作测量工具的碳素工具钢。
2.化学成分:Wc=1.15～1.24％, Wsi≤0.35％，WMn≤0.40％ , Wcr=0.1～0.30％, WP≤0.030％,Ws≤0.020％，Wcu≤0.30％, WNi≤0.20％。
3.确定金属配料。
按废钢碳0.20%，硅0.1%，锰0.1%，硫、磷小于0.020% 3.3合金设计方案
初步设计合金飞轮成品质量为5300g，合金元素加入Mn和Si， Mn为%0.1，Si为%0.1，所以各质量为m锰=5300*0.1%=5.3g， m硅=5300*0.1%=5.3g 3.4产品设计
加工余量：5300*5%=265g 收缩率为90%，废液残留为1%，所以需要废钢一共6750g。 将耐磨钢球设计成厚度为2.5cm大小的形状，其零件图如图所示。 碳素钢T12的密度为7.85g/cm3
铸件体积为：580cm3,按尺寸加大10%，所以最后的体积为638cm3 根据数学知识，可分别算得大圆及中间空心的半径为7cm，4.3cm。
3.5安全注意事项
1、制造模型时，需要注意安全，切割机的电压不要过大。 2.熔铁过程中要把铁块防止熔炉中放严实，加热过程要小心灼伤。
3.浇铸过程注意坩埚要保持平衡，小心溅出，烫伤。注意带好手套等做好防护措置。
4 实验内容 4.1 泡沫模型的制造
（1）在线硬纸板上画出实际设计所需的图形。
（2）由于模型图形中心有一个圆形，需要用剪刀对其掏空。
（3）用剪刀将整个设计的模型图像剪下来。
（4）用图钉将硬纸板的模型与泡沫固定在一起，使其不留空隙。
（5）在用切割机对齐硬纸板将泡沫切割下来。此时切割机电压20V。切割图形中心的圆形时，需要关掉电源，将金属丝穿过园中心，进行切割。大小圆均用此方法切割。
4.2砂型的制造
（1）和砂 取出适量砂子，用水玻璃调制，砂型不要太湿，和砂过程要控制湿度。 （2）把模样放入砂箱内加砂。
将模型放入型腔，用手固定模型，然后添加适量型砂。并用手将填入的型砂按紧，并用舂锤舂型砂。边舂边添加型砂。并注意不要使型砂过紧或过松。若是过松会导致型砂强度不够。若是太松会导致砂型透气性不好，可能导致气孔等问题。
（3）用铁丝插气孔，注意不要插到模型。 （4）将建好的模型放置3-4天，进行风干。
4.3 熔钢浇注过程
注意事项：电炉送电前，应检查所属机械，电器，水冷液压（或气压）除尘装置，使其符合安全规定。炉料要专人负责检查，严禁将易爆物，密封容器及水，雪块或带水的炉料装入，以防爆炸。
（1）把废钢放入炉中，要尽量放严实，放置熔炼过程中出现意外。 （2）开启电源，整个加热熔化过程如下： 9:32电压500V-520V,电流120A 9:37电压480V，电流130A 9;39电压480V，电流140A（在此过程中要干热坩埚，俗称烤包，放置金属液冷却） 9:41电压200V-1320V,电流60-100A 9:45电压450V，电流150A 9:47关机 9：50浇注完成
（3）在废钢加热熔化过程中，要随时注意炉内的变化，用工具把上层未熔化的跟下层和匀。
（4）倾倒钢液时时坩埚对准炉子，倾斜使钢液全部倒入坩埚内。 （5）浇注时注意对准浇注孔，并且要快速倒入，放置钢液冷却。 （6）在整个浇注过程中要注意人身安全，穿戴好防护措施。
附：实验图像
加热熔化
浇注过程
浇注完成
成品
5实验分析与讨论 5.1 设计分析
设计时，主要经历制造模型，铸型以及浇铸。在制造模型时由于测量仪器不是很精确，可能造成设计模型过程的不规范。铸型时，由于所用制造砂型的砂是用次数过多，以至于丧失了一定的效果，定型效果不是很好。在浇铸时由于没有经验，控制不好速度，而且对于物质的成分含量不清楚，难以达到设计时的要求。
5.2 生产分析
（1）在从开始设计模型时，由于仪器不是很精确，设计时出现比起设计需要的一定的误差。
（2）由于实验仪器过于简陋，使得实验过程操作只能从简，与实际生产过程有一定的差距。
（3）在浇铸时由于没有经验导致浇铸速度难以控制，在浇铸后段时间大量钢液已经凝固在坩埚内，造成损失。且未达到设计所需要求。
（4）由于浇铸不足导致成品不是很完美，外形不是很整齐，由于浇铸不完全导致很多空洞出现，严重影响产品的硬度、强度等。
7 心得体会
通过此次试验，我们更要清楚的明白理论联系实际的必要性。无论什么知识都需要建立在实际生产过程中，这样才能检验其是否使用或者有什么需要解决或改进的问题。对我们以后工作有很大的益处。
实验最初阶段是制造模型，在这第一个阶段我们就遇到了一个不小的问题，即如何精确是画出我们设计需要的模型。经过反复的实验和讨论，最终得出了我们需要的设计模型。
在制造过程虽然大体上没有什么问题，但还是有一些细节的问题，如由于测量仪器不精确，导致模型设计偏小等。
整个综合实验过程中，最最关键的一步就是炼钢浇铸，浇铸过程中可能出现很多安全问题，这是因为设备的简陋。最失败的就是浇铸过程中如果出现浇铸不足的现象。若是浇铸不足，会导致模型粗糙，强度不够等问题。此次我们的实验由于没有经验所以浇铸速度过慢导致，浇铸液没有填充完模型，成品比较粗糙。故此次工程实训使我了解到动手实践的重要性。无论你理论知识如何充分，但只要你不动手，你就不会发现实践生产过程中的可能遇到的问题，也就不会了解处理的方法。总之这次工程实训使我对于理论知识与实践生产的联系与差距详细的了解了。对我们以后进入工作岗位有不可磨灭的效果。
