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1、金属材料专业综合实验综合实验报告课程名称：金属材料与热处理技术专业综合实验专 业：金属材料与热处理技术班 级：金属111姓 名：肖田方学 号：11395910113指导教师：蹇海根冶金工程学院2013-2014 学年第 1 学期目 录实验一 轧制力能参数综合测试实验二 金属材料力学性能综合测试实验一 轧制力能参数综合测试一、 实现轧件咬入轧制参数的设定1. 实验目的(1) 掌握轧件咬入的条件(2) 掌握最大咬入角的测定(3) 学会分析最大咬入角与各轧制参数的关系2、相关理论知识背景轧辊与轧件的接触弧所对应的角称为接触角或咬入角。为使轧件能够咬入轧辊，作用于轧件的出轧辊方向摩擦力F的水平分量必须
2、大于或等于作用于轧件的轧制力Pr的水平分量。轧件能够被咬入的条件为：由上式可见，只有摩擦系数大于咬入角的正切值时，轧件才能被咬入轧辊。对于给定的辊缝值，摩擦力越大，能够咬入的轧件的高度也越大。tan的值与轧辊的半径 R,轧件的轧前高度 h0和轧件的轧后高度 hf 有关。轧辊的中心线与轧件和轧辊的入口接触点的距离用 g表示。用简单的几何学知识，可得下式：tan为对边与邻边的比值，可得：3、实验内容 根据设置辊子直径、轧件轧前厚度、轧件轧后厚度、摩擦系数不同的轧制参数实现轧件的咬入。4、 实验步骤 （1）设置轧制参数：辊子直径为400，轧件轧前厚度为101，摩擦系数为0.25，调整轧件轧后厚度，得
3、轧件轧后厚度最小为79。如下图所示：（2）设置轧制参数：辊子直径为400，轧件轧前厚度为102，摩擦系数为0.25，调整轧件轧后厚度，得轧件轧后厚度最小为87。如下图所示：（3）设置轧制参数：辊子直径为420，轧件轧前厚度为101，摩擦系数为0.2，调整轧件轧后厚度，得轧件轧后厚度最小为87。如下图所示：（4）设置轧制参数：辊子直径为420，轧件轧前厚度为101，摩擦系数为0.25，调整轧件轧后厚度，得轧件轧后厚度最小为79。如下图所示： （5） 设置轧制参数：辊子直径为420，轧件轧前厚度为101，摩擦系数为0.25，调整轧件轧后厚度，得轧件轧后厚度最小为87。如下图所示：5、实验结果 在实
4、现轧件的咬入的前提下选择不同的参数，通过调节压下量来达到最大咬入角。由前面的公式得到压下量。所以，对于确定的轧辊直径和摩擦系数及轧件轧后厚度后，通过改变轧前厚度来达到最大咬入角。结果如下表所示：辊子直径轧前厚度轧后厚度摩擦系数最大咬入角1400101790.2513.52400102870.2511.13420101870.2010.54420101790.2513.15420101870.2510.56、分析讨论（1）在摩擦系数相同的情况下，当压下量一定时，增加轧辊直径，咬入角减小；当轧辊直径一定时，压下量减小，咬入角减小。 （2）增大摩擦系数可以改善咬入。二、轧制压力模拟实验1、实验目的
5、（1）掌握轧制压力的计算方法（2）分析轧制压力的影响因素2、相关理论知识背景 轧制过程中主要的参数如下： R, 轧辊半径 金属的变形抗力 轧辊和轧件间的摩擦力 轧件的张力轧制压力由平均单位压力和接触面积求得，见下式：Pr=pbL式中，Pr 为轧制总压力，p为单位轧制压力，b为接触区的平均宽度，Lp为接触弧的水平投影长度。接触弧的水平投影长度用下式计算：式中，R 为轧辊半径，h0 为轧件轧前高度，hf 为轧件轧后高度轧制过程中，考虑到塑性条件，单位轧制压力应等于材料的屈服应力。假设轧制过程中轧件宽度不变，则单位轧制压力可用初始屈服应力（室温低速拉伸试验下测定的屈服极限） 0 表示。如果轧件宽度发
6、生变化，则不能使用初始屈服应力表示单位轧制压力。因此轧制总压力的计算公式为：一般认为，轧制是平面变形压缩过程，此过程中摩擦力的分布是不均匀的。因此，平均单位压力见下式：式中，将等式代入轧制总压力计算公式，可得：系数的出现是因为如果轧制条件是平面变形条件，即无宽展轧制，则变形应力必须使用平面变形条件下的变形应力。3、 实验内容 通过选择不同的参数观察轧制压力的变化，总结出轧制压力的影响因素。4、实验步骤 （1）当辊子直径为400，轧件轧前厚度为102，轧件轧后厚度为82，变形区的宽度为800，摩擦系数为0.25，平均变形抗力为150Mpa是，轧制压力为12.15MN。如下图所示：（2）当辊子直径
7、为450，轧件轧前厚度为102，轧件轧后厚度为82，变形区的宽度为800，摩擦系数为0.25，平均变形抗力为150Mpa是，轧制压力为12.99MN。如下图所示：（3）当辊子直径为550，轧件轧前厚度为110，轧件轧后厚度为80，变形区的宽度为820，摩擦系数为0.25，平均变形抗力为150Mpa是，轧制压力为18.80MN。如下图所示：5、实验结果从上图可知道，先设置好参数，得出最大咬入角，再设置变形区的宽度和平均的平面变形抗力而得到轧制压力。以上三种不同参数的条件下得到的轧制压力分别为下表所示：辊子直径（）轧前厚度（）轧后厚度（）变形区宽度（）摩擦系数平均平面变形抗力(Mp)轧制压力(MN
8、)1400102828000.2515012.152450102828000.2515012.993550110808200.2515018.86、讨论分析（1）轧辊半径增大，轧制压力增大（2）压下量增大，轧制压力增大（3）摩擦系数增大，轧制压力增大三、能耗模拟实验1、实验目的（1）了解轧制能量的主要消耗形式（2）掌握轧制能耗的计算方法（3）分析能量消耗与各轧制参数的关系2、相关理论知识背景轧制时能量的消耗用于传动轧辊的扭矩和带钢的张力。轧制能量的消耗主要表现以下几种形式： 金属的变形功 轧辊轴承的摩擦力矩 能量传送过程中的损失 电动机、发电机等电器设备中的电损失轧制能耗可用下式表示：W=2M
9、t式中 Mt为轧辊的扭矩，因此欲求轧制能耗必须先对轧辊的扭矩进行计算。轧制压力沿接触弧的分布是不均匀的压力的总和。我们可以假设这些力的集合集中作用在接触弧的某一点上（此点到轧辊中心线的距离称为力臂），这时的难点就是力臂a以及力臂a与接触弧水平投影长度 Lp的比值的估算。见下式：=a/Lp一般热轧时约为0.5，冷轧时约为0.45。扭矩 Mt等于轧制总压力与力臂的乘积。因为轧制时有两个工作辊，因此扭矩表示为：Mt=2Pa在一个工作辊旋转一周过程中，事先假设的集中作用在接触弧一点（力臂为a）的轧制压力P也做功一周，即2Pa。因为有两个旋转的工作辊，所以所做的功为：Work = 4Pa功率的定义为做功
10、的速率，用单位时间内做功的量表示，例如 1 W = 1 J s1， 因此，一对工作辊转动频率为N赫兹（s1）（即每秒旋转N周）时的功率为：W = 4aPN3、实验内容 通过设置各轧制参数然后轧制，观察轧制能耗的变化。4、实验步骤（1）设置轧制参数：辊子直径为400，轧件轧前厚度为102，轧件轧后厚度为80，变形区的宽度为800，摩擦系数为0.25，平均的平面变形抗力为150MPa，其图如下：（2）设置轧制参数：辊子直径为450，轧件轧前厚度为102，轧件轧后厚度为72，变形区的宽度为800，摩擦系数为0.28，平均的平面变形抗力为150MPa，其图如下：(3) 设置轧制参数：辊子直径为520，
11、轧件轧前厚度为102，轧件轧后厚度为72，变形区的宽度为800，摩擦系数为0.25，平均的平面变形抗力为200MPa，其图如下：5、实验结果通过先设置正确的参数，再轧件，得到轧制能耗。如下表所示：辊子直径（）轧前厚度（）轧后厚度（）变形区宽度（）摩擦系数平均平面变形抗力(MN)轧制能耗（MW）1400102808000.251500.752450102728000.281501.093520102728000.252001.446、讨论分析在保证轧件能顺利咬入的前提下，选择不同的参数观察能耗的变化。我们知道能耗的主要表现形式为：金属的变形功、轧辊轴承的摩擦力矩及能量传送过程中的损失等。所以，从
12、上面的实验结果中，可以知道：（1）、轧辊的直径相同的情况下，摩擦系数越大，轧制能耗越大。（2）、摩擦系数相同的情况下，轧辊的直径越大，轧制能耗越大。 通过模拟可以了解在不同的轧辊直径和摩擦系数的情况下的轧制能耗的变化，但仍有一些缺陷，那就是为了保证是最大咬入角，压下量的取值是一定的。在设置好其他参数的情况下，通过改变压下量来调节咬入角，从而轧制得到轧制能耗。2实验二 金属材料力学性能综合测试一、试样的准备1、实验目的（1）准备“虚拟”的试样，以进行抗拉强度、冲击韧性和硬度测试（2）了解钢板的性能沿长度方向、横向、厚度方向上的变化（3）掌握识别每个试样的方法2、相关理论知识背景 （1）为了确定钢
13、材的性能和它的显微组织，从轧制后的钢材上取样时，重要的是必须认识到钢材的性能沿长度方向、横向、厚度方向上会发生变化，这是由于产品的不同部分经历了不同程度和不同方向的变形，而且不同的冷却速度可能也不同。（2）不同类型的钢是为不同应用生产的，生产时必须满足特定的成份要求和工艺条件，这样才能获得所需的显微结构、机械性能和功能。钢是铁（Fe）和碳（C）组成的合金，在钢中加入其它各种元素也会影响钢的机械性能（和电磁性能）。在钢的加热和冷却过程中，碳和其它元素的相互作用会改变铁显示的结晶结构。这些结晶结构的变化发生在钢的加工和生产过程中，并使钢的显微结构发生变化，从而改变某种钢的机械性能。（3）钢中的碳含
14、量最高可1.5%，钢的显微结构和原子结构会随着碳含量和温度的变化而变化。通过改变钢中碳和合金元素的含量、改变机械加工方法和热处理方法，可获得各种强度级别的钢材，强度范围从120 MPa到3000 MPa以上。3、实验内容从轧制后一定长度的厚钢板上切取一块试样，然后将其切成所需的大小，并加工成所需的试样；也必须能够识别每个试样，以便在进行试验时，知道它在原钢板上所处的方向。4、实验步骤（1）先注册，以便后来登陆steeluniversity.org可以把联系和模拟的结果保存起来。（2）确定需要有多少个拉伸、硬度和夏比测试试样和这些试样的方向，并检查所输入的数值，如下图所示：（2）在厚板上选择准备切割的区域，满足定位
