1、08 级材料系毕业设计周记 1-10 周第一周原本以为下学期才开始的毕业设计于这个学期末就开始了。其实很好，因为能有一个假期的时间去根据自己的课题去查阅资料, 明确研究内容，了解设计所需要的相关知识。我的题目是“Zr、Cr 对高铁 A356 合金组织与性能的影响” 。作为金属系的学生，我对 A356 合金并不陌生，A356 系列铝合金是常用的铸造 Al-Si 系合金，此合金具有铸造流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向小，经过变质和热处理后，具有良好的力学性能、物理性能、耐腐蚀性能和较好的加工性能，是铸造铝合金中用途最广的合金之一，被广泛应用于汽车和航空工业等领域。这一周是这学期的倒数第二周，
2、该做的实验也做完了，就干脆天天泡在图书馆查查我要做的课题的相关内容。刚开始在图书馆的收获其实很小，基本上没有找到自己觉得特别贴近我这个题目的文献。于是我回头去看老师给我的必读文献，发现给我的三篇文献中，只有第一篇英文文献和我的题目相当接近，其余两篇和我所做课题的关系我也没太明白。但是无论如何我还是尽力去寻找和我课题相关的文献。两个元素一起添加的文献不好找，那就找单独添加的。我查到生产中常用加入变质元素 Cr 的方法，来改善 Fe 相形貌，从而提高其力学性能。适量的 Cr 能使针状 Fe 相转变成汉字状、块状和团状等，减少应力集中，在一定程度上改善合金的力学性能。而 Zr 是铝合金的常用添加元素
3、，一般在铝合金中加入量为 0.1%-0.3%。添加 Zr，可细化铝合金晶粒，并细化晶界粗大组织，析出弥散第二相粒子；在固溶处理过程中，Zr 能抑制铝合金再结晶，细化组织；Zr 可与基体作用生成 Al3Zr 粒子，细晶作用及对晶界的钉扎作用使铝合金抗拉强度、屈服强度和伸长率均有提高。这周一切任务都是刚刚起步，有困惑很正常。下周在例会再和范老师聊一聊，看看我查找资料的思路是不是有点问题。第二周这周我继续进行资料的查阅，并开始了外文文献翻译的工作。说起来这周对我启发最大的事情就是周一的例会。在例会上我问了范老师文献的问题，关于所给的必读文献和我的课题关系不大，以及我没有查找到数量较多的文献的原因。范
4、老师对我的情况表示理解，毕竟我在本科期间还没有像这样完全自主的去进行研究探索。首先，关于必读文献和我课题关系，范老师告诉我其实是我没有抓住我的课题中的核心问题。我的课题主要是研究 Cr、Zr 对高铁A356 合金组织性能的影响，核心就是“高铁” ，我的题目最关注的就是添加元素后合金中铁相的变化。A356 合金在实际应用中，Fe 是一种有害杂质，是需要去除的。而范老师所给的必读文献告诉我的是合金中 Fe 的来源、危害以及常用除 Fe 元素的作用机理。只有了解了这些因果，我的毕业设计的思路才可能清晰。再是关于我找不到文献的情况，范老师说我要找的并不是一定要 Cr 和 Zr，一定要高铁 A356 合
5、金，一定要与铁相相关，而是在我的课题中找到实验的思路和因果关系，去寻找思路相似的研究去找试验方法，有了思路和方法，实验就不难了。思路一打开，资料就好找了。我找到了很多文献，其中还有我们学校姚三九老师做的关于 A356 合金电导率的实验，虽然我们所研究的方面不同，但是材料的制备以及制样过程基本相同，并且所用的实验仪器和设备都是我们学校有的，这就十分有参考价值。经过本周的资料查阅，我已经基本在脑中定下了实验方案。除了资料查阅，我也开始寻找与我课题相关的外文文献开始翻译工作。寒假也马上到了，这个寒假还是得上网看看资料，并把外文翻译处理完。第三周正式开学了，这学期就要全身心投入到毕业设计中去了。第一周
6、的任务是要做试验环节材料的准备。先说说假期做外文文献翻译的感想。我现在做文献翻译的难点基本是在单词上，还是有很多很专业的术语不太认识，要一点点慢慢查。但是这是只要有词典就能解决的事情。更关键的是要在清楚每个单词意思之后把词汇组织成句子。由于思维方式的不同，我们说话的语序会有很大的变化。如果只是简简单单的把单词意思堆叠在一起，就失去了做这次训练的意义了。现在翻译已经做完了。虽然花了不少时间，翻译的过程也不怎么流畅，但是毕竟认真完成了，有所体会，有所收获，这就值得了。这一周的主要工作是进行实验材料的准备。到现在的工作进程还没有把工艺方案完全确定下来，但是关于炉次和配料是已经确定下来了。我们根据 A
7、356 合金的成分进行计算，每一炉 1kg，先计算中间合金的加入量，之后的差额用纯 Al 补足。我原本以为就这么简单的计算配料就行了，当把计算结果告诉范老师的时候，被告知要计算烧损。我于是回头再去看文献，仔细严别人所做的 Cr、Zr 加入时的工艺，了解到烧损的百分比，又进行了一次计算，才终于把加入材料配比计算出来。下周就要确实在实验室准备实验材料了，应该会相当辛苦。努力吧。第四周上周已经把炉料的配比计算出来了，这周就是在实验室做钳工锯原材料了。原本以为在金工实习期间做过钳工的我们锯起原料来会相当轻松，结果也不是如此。首先，我们原本有 4 个钳工夹，但是有同学在实验室做完实验之后没有关水龙头，导
8、致整个实验室内涝了，没有立脚的地方。剩下两钳工夹也只有一个是好的，导致我们就算去再多人也只能在一个钳工夹上轮流来锯。轻松归轻松，效率也是非常的低，没办法，坚持一下了。我们每个人有五炉料，每炉 1kg，原材料所需要的量还是相当多的。一开始大家都盯着自己计算出的材料用量，小心翼翼的来锯，但这样太慢了。我们的原材料足够多，就把所有的原材料称重，标记，再锯原材料，锯出来的材料称重，并和已称重的材料组合搭配，这样不用精细计算每一锯怎么下刀便可，进度也快了很多。我们五个人共 25 份材料，除了没人相同的 A356 合金材料外，剩余各自的材料都要各自准备，这个星期时间就花在锯材料上，灰头土脸相当辛苦。最后终
9、于把除纯 Al 外所有材料锯完，但是看见那些直径 100 多毫米的纯 Al 锭，我觉得下周必定更加辛苦。第五周这一周我所做的事情主要是完成炉料的准备，也就是纯 Al 的准备。再就是完成开题报告。切割纯 Al 锭相当枯燥。纯 Al 锭直径 100 多毫米，不好下刀，相当难锯。在第一个上午我们只锯了一个锭，称量后还发现两块中任意一块都不符合我们的要求。中午吃了饭，又继续来锯，到下午又锯了大半块，想着这么锯起来要做 25 块，时间上不允许。我们向范老师反映这个情况，范老师要我们把纯 Al 熔炼浇铸成锭，方便切割和配重。于是我们尝试熔化一块纯 Al，并浇铸成锭，这用了近两个小时。这样做完我们每个人的量
10、还是要花非常长的时间。在浇注到傍晚，我们熔炼用的坩埚也坏掉了。范老师告诉我们如果这样浇注实在太慢，就直接把纯 Al 放在炉子里面，加热到 Al块软化后，直接用锤子敲碎成小块，再称量，组合成我们想要的量。就这样我们工作到晚上九点多，终于把所有 Al 都敲碎了。第二天来就很轻松的组合分装。这个星期坩埚都坏掉了，热电偶也坏掉了。下周要等新的仪器到货后在进行熔炼和浇注了。第六周材料的准备工作已经完成，我们本周的工作就是将材料熔炼并浇铸成棒状试样，为后来的机械性能实验做准备。熔炼浇注的技术难度并不大，但是却很花时间。特别是每天的第一炉料，需要花相当长的时间来预热炉子以及仪器除水。每天也就最多做完一个人的
11、工作。不仅如此，在熔炼过程中有非常多的小细节需要注意的。早上实验室开门后，我们需要在炉子加热同时把坩埚和浇注用的其他工具放进炉子里面除水，到 400 度时先将纯 Al 和 Al-Si 放进炉子里熔化，并把模具放在炉边保持一个比较高的温度。等坩埚中的材料基本熔化后再把其他的用量比较大的中间合金放进去熔化，最后再把烧损比较严重且用量比较少的材料如纯 Mg 放进炉中熔化。且纯 Mg易燃，放入金属液中后注意把 Mg 块按入金属液底部，并拨动金属液表面的氧化膜，使氧化膜均匀覆盖到金属液表面，减少 Mg 烧损。稍等片刻后，用六氯乙烷除气，除气时一定注意要搅拌均匀，使除气充分。除气完成后，等金属液再次升温到
12、 700 度以上之后立刻进行浇注。每浇注完一个试样后注意把坩埚放入炉中保持温度。浇注完的试样还要注意按浇筑顺序编好号。就这样，这周把浇注工作基本完成了，但是浇铸出的试棒还要锯下来，对于试样的质量并没有做仔细检查，每炉浇铸出六至七根毕竟还是会有废品了。这个工作就留给下周了。第七周上周完成了所有的浇注工作，这周就要将铸件中的试棒部分锯下来。还是同准备材料时锯原材料的情况一样，一楼实验室的水还没有排干净，另一个实验室也只有一个钳工夹可以用，所以我们就商量后分别来实验室锯试棒。试棒锯起来就比元来准备锯原料时轻松多了。但是还是有一些细节需要注意的。用钳工夹来夹试样尽量不要夹试棒部分，因为压力可能会破坏铸
13、态组织。方便锯掉的毛边还是要锯掉，但是 不要锯过多影响到试棒部分的形态，影响到拉伸实验。我并没有对试棒进行过多的挑选，而是先都锯下来，再看看选择自己需要的试棒。这是下周的任务了。第八周上周所有的试棒都已经锯下来了，这周主要工作是检查铸件质量并选出能够进行拉伸试验 的合格试样。对于铸造出的试样，外形其实不太重要，有毛边都没有多大关系。但是需要注意的是试棒中间部分是否浇注充分。如果出现试棒中间部分并不是粗细均匀且呈银白色光滑的金属表面，而是呈白色不光滑颗粒状，且粗细不均，这样的试棒是不能做拉伸实验的。在选出了个别废品试样后，我们把可以使用的试样进行编号和分类，一部分需要进行热处理，另一部分则可以直
14、接进行铸态组织观察。对于实验的废品，我也没有浪费。我将废品试样的端部锯下来，进行金相分析。这周时间不是很充裕，我也仅仅是再次熟悉金相实验的流程。正式开始金相实验工作应该是从下周开始。第九周这周我对于一部分试棒进行了金相分析。对于一部分需要进行铸态组织分析的试棒，我在试棒的端部截下一小段，先用铁砂纸打磨掉试样周围尖锐的部分，再把截面磨平整。最后用金相砂纸仔细打磨，再进行抛光、腐蚀，最后进行金相观察。本科期间我们已经进行过很多次金相实验了，所以现在上手也很快，毕竟很熟悉了。然而在最后磨出来的试样中我还是发现了一些问题。在抛光后的试样表面，我发现了一些很小的凹坑。和老师和研究生讨论后，分析原因可能有
15、两个：首先可能是抛光机中嵌有杂质，划伤了试样表面；还有可能就是除气并不充分，在浇注时还有小气泡没有排尽。这就需要我多做几组试样来进行金相观察才能得出结论了。第十周这周清明，7 天放了 5 天假，周四还由于实验室老师例会我们也没有办法进行金相实验，于是就在试棒上面打了钢号，为之后的热处理工作做准备。打钢号我们算是比较熟练了，回忆一下，关键就是一锤子一个钢号，用力果断，就不会打滑。钢号我们选的四位数，首位 0 或 1代表是否进行热处理，第二位 6 到 0 按我们各人打钢号的顺序排列，区分每个人的试棒，第三位为炉次，第四位为该试棒浇铸时的顺序。金相实验和热处理工作应该从下周就正式开始，热处理要连续进行 20 多个小时，需要有人在实验室通宵，得做好心理准备了。
