本发明专利技术公开了一种用于重力铸造合金临界凝固系数检测的装置和方法，该装置包括设备支撑座、安装在设备支撑座上的带有倾转功能的温控加热电炉、电机、多通道温度采集设备、与多通道温度采集设备相连的铠装热电偶、放置在温控加热电炉中的坩埚、高电压信号计时器。首先，采用差示扫描量热法检测出被测合金凝固过程中温度与固相率关系；其次，将坩埚预热到100-250℃，固定好铠装热电偶，再将过热100-120℃的合金液浇注到坩埚中，待合金液冷却3-8秒后倾倒出坩埚中可流动合金，获得倾倒合金时刻所对应的可流动合金的温度，进而确定出该合金的固相率，所得固相率即为临界凝固系数。采用该装置和方法具有操作简便、结果可靠的特点。
【技术实现步骤摘要】
:本专利技术属于合金铸造
，具体的说就是提供，采用本专利技术能够快速、准确的测试出合金的临界凝固系数，以便有效地预测该种合金的补缩行为。
技术介绍
:铸造是现代工业的基础，铸件生产能力的高低直接影响着整个国家的工业水平，而铸造合金的充型和凝固是铸造工艺的根本技术问题。充型及凝固过程难以用肉眼观察和准确检测，给人们对铸造过程的了解带来很大困难。为了定量的描述出合金在凝固过程中的流动行为及补缩特性，人为的定义了合金临界凝固系数的概念。合金临界凝固系数是指合金在充型过程中尽管随着温度降低有部分固相析出，但在一定程度上仍然具有流动能力，当固相量增大到一定量时，该合金不再具有流动性，合金不再具有流动性时所对应的固相分数即为临界凝固系数。Journal of materials processing technology 杂志 2008 年第 197 卷第 I 期中((Investigat1n of critical liquid fract1n factor in nodular iron castings bycomputer simulat1n)) 一文指出，随着液态合金凝固分数增加，合金的流动能力逐渐降低，当液相分数降低到一个临界值时，合金不再具有流动性，通常将该液相分数的临界点称为临界液相分数(critical liquid fract1n，简称CLF因子)。在铸造模拟软件中，也常采用该临界液相分数对应的固相分数为临界固相分数，本专利申请中采用合金的临界固相分数来表示合金临界凝固系数。采用差示扫描量热分析法(DSC)可以检测出合金固、液相线区间温度与固相率之间的函数关系。《金属科学与工艺》期刊1998年第7卷第I期《二元固溶体型合金凝固过程中固相分数的变化规律》总结了前人在合金固相分数计算方面的研究工作，指出了所用计算式的适用范围，并提出了具有更好适用性的合金固相分数-温度(fs_T)函数。铸造过程数值模拟技术在铸造工艺优化和铸件产品质量控制方面具有广泛的应用，迫切需要准确的基础物理数据以确保数值计算的准确性。作为反映铸件补缩行为的一个重要物理参量，合金临界凝固系数的准确程度直接影响铸造过程数值分析过程中对凝固收缩行为、铸造缺陷预测的准确性。由于合金临界凝固系数受合金类型、浇注温度、成形压力及铸型情况等因素影响，因此必须采用合适的实验方法检测合金的临界凝固系数该参数。但到目前为止，还没有发现关于合金临界凝固系数测试的检测装置和方法，迫切需要开发新的检测装置和方法以获得该参数，以满足铸造工艺数值化设计和工艺优化的要求。
技术实现思路
:本专利技术的目的在于提供，采用该装置和方法可以快速、准确的检测出合金临界凝固系数，而且具有工艺控制简单、操作方便的特点。本专利技术的技术方案如下:一种用于重力铸造合金临界凝固系数检测的装置，包括设备支撑座(I)、安装在设备支撑座(I)上的带有倾转功能的温控加热电炉(2)、电机(3)、多通道温度采集设备(4)、与多通道温度采集设备相连的铠装热电偶￠-9)、用于固定铠装热电偶位置的升降固定装置(5)、高电压信号计时器(14)、放置在温控加热电炉⑵中的坩祸(15)、与坩祸(15)相连接的控温热电偶(16)、加热电炉温度控制装置(17);所述坩祸中盛装合金熔体。所述坩祸(15)放置于温控电阻加热炉(2)中，坩祸底部固定测温热电偶(16)，通过温控电阻加热炉(2)对坩祸(15)及其内盛装的合金加热和控温。所述铠装热电偶(6-9)为直径为0.5mm的铠装热电偶，均匀布置于坩祸内从坩祸中心到壁面的径向方向上，铠装热电偶(6-9)头部置于距离坩祸(15)底部三分之二坩祸高度的位置上。所述高电压信号计时器(14)分别电机(3)和坩祸(15)中的合金，高电压计时器记录操作时间并控制倾转台的倾转。所述高电压信号计时器(14)在坩祸(15)内腔顶部设置有连接导线(11、12)，并通过电机连接线(13)与电机(3)相联。—种用于重力铸造合金临界凝固系数检测的方法，首先，采用差示扫描量热法检测出被测金属凝固过程中温度与固相率的关系；然后，将放置于温控加热电炉⑵中的坩祸(15)预热到100-250°C并保温，调节并固定热电偶在坩祸中的径向分布和高度位置，并连接好铠装热电偶(6-9)与多通道温度采集设备(4);其次，将过热100-120°C的合金液浇注到坩祸(15)中，待金属液冷却3-8秒后，倾倒出坩祸心部未凝固金属液，待坩祸中剩余金属冷却后取出铸件，并从高电压信号计时器(14)读取合金液凝固时间；然后，在记录的温度数据中获取移除金属液时刻铸锭(18)沿径向的温度分布，获得移除合金液时刻铠装热电偶(6-9)头部高度位置上沿铸锭(18)径向的温度分布；最后，沿热电偶顶部位置切断铸锭(18)，并测量出该位置处铸锭(18)内环直径，根据该时刻的温度分布确定出移除金属液时刻的铸件内环所对应的温度值，进而由已知金属凝固过程中温度与固相率的关系确定出具有流动能力合金的固相率，所确定出的固相率即为该合金的临界凝固系数。所述方法中选用的坩祸(15)顶部内直径50mm，底部内直径为30mm，内高度为105mmo所述方法中铠装热电偶(6-9)头部位于距离坩祸(15)底部70mm之间的位置，且铠装热电偶(6-9)沿坩祸(15)径向方向从坩祸(15)心部均匀布置至坩祸(15)内壁。本专利技术中，首先要采用差示扫描量热法检测出合金凝固过程中温度与合金固相率之间的定量关系；其次，控制坩祸形状和温度，将坩祸温度控制在100-250°C，确保合金液在坩祸中从壁面向心部的顺序凝固；然后，将过热100-120°C的合金液浇注到坩祸中，记录下金属液凝固过程中温度变化曲线，在检测温度过程中采用高精度热电偶，测量坩祸中合金液凝固过程中温度随时间的变化，并获得不同时刻温度沿径向的温度分布；再次，将待测金属液冷却时间控制在3-8秒，通过高电压信号计时器控制合金凝固时间，当到达预设合金凝固时间时旋转试验平台立即倾倒剩余流动金属，最终获得中空的铸锭；最后，测量出所获得铸锭在热电偶头部位置高度上截面的内径尺寸，并根据剩余合金液体倾倒时刻沿径向的温度分布，获得剩余合金液倾倒时刻内环处的温度，并根据差示扫描量热法检测的该合金温度与合金固相率之间的定量关系，获得具有流动性的合金对应的固相率，所获得固相率即为该合金的临界凝固分数。本专利技术的有益效果在于:1.采用的检测方法根据重力铸造条件下的合金流动原理，建立顺序凝固条件，并准确测量合金熔体温度场，所测合金临界凝固系数准确度高。2.采用该装置及方法检测合金临界凝固系数具有设备简单、操作方便的特点。【附图说明】:图1为测量合金临界凝固系数的装置示意图，图2为铸锭结构示意图。其中:1为设备支撑座；2为带有倾转功能的温控加热电炉；3为电机；4为保温多通道温度采集设备；5为铸锭测温热电偶固定升降装置；6为铠装热电偶I ;7为铠装热电偶2;8为铠装热电偶3 ;9为铠装热电偶4 ;10为坩祸盖板；11为信号连接线I ;12为信号连接线2 ; 13为电机连接线3 ; 14为高电压信号计时型计时器；15为坩祸；16为坩祸测温热电偶；17为电阻炉温度控制装置；18为所获得的铸锭。【具体实施方式】:下面结合实施例对本专利技术作进一本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于重力铸造合金临界凝固系数检测的装置，其特征在于：包括设备支撑座、安装在设备支撑座上的带有倾转功能的温控加热电炉、电机、多通道温度采集设备、与多通道温度采集设备相连的铠装热电偶、用于固定铠装热电偶位置的升降固定装置、放置在温控加热电炉中的坩埚、所述坩埚中盛装合金熔体、连接电机和熔体的高电压信号计时器、与坩埚相连接的控温热电偶、与温控加热炉相连接的温度控制装置。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王开，张峰华，李莎，丁蓉蓉，杨大壮，赵建华，谢卫东，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85
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