CN103822936A - 型、芯砂高温性能检测仪及型、芯砂高温性能检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种型、芯砂高温性能检测仪及型、芯砂高温性能检测方法。所述检测仪包括检测模块和数据处理模块，所述检测模块包括可动炉膛高温加热炉和抗压支架总成，以及位移总成、加压系统总成和发气总成中的一个或多个，所述数据处理模块包括电源、传感模块、模数转换模块和输出模块。本发明的型、芯砂高温性能检测方法使用本发明的检测仪实施。

Description

型、芯砂高温性能检测仪及型、芯砂高温性能检测方法

技术领域

本发明涉及材料性能检测领域，特别是涉及铸造造型制芯领域的材料性能检测。 

背景技术

在铸造生产过程中，要用到大量的造型材料和制芯材料，这些材料性能的好坏直接影响铸件产品的质量。目前通常只能对这些材料进行常温性能检测和热性能（230℃）检测。常温性能包括例如常温抗压、常温抗拉、常温抗弯性能，这些指标能够满足常温下的搬运、组装要求。热性能包括例如热态抗压、热态抗拉、热态抗弯等。热性能涉及制芯过程中的性能要求。但在高温金属液体（1000℃以上）进入型腔后，型、芯砂这时的高温性能更为重要。目前国内外检测型、芯砂高温性能的仪器只能单一地检测某一性能，如高温抗压强度、高温扰度、爆裂性等。因此，如果要检测多项性能，则需要使用多套性能检测仪。目前没有能够同时用于检测型、芯砂的多项高温性能的检测仪。并且，这些指标只是单一指标，不能反映和控制型、芯砂的综合性能。也就是说这些单一指标合格，并不表明型、芯砂就一定合格。目前没有一个综合性能的判断指标和检测方法。 

目前，型、芯砂发气量检测方法是用瓷舟装好检测物放入高温的管道中，再将管道塞住。由于管道处于高温状态，检测物进入时处于加热状态，检测物已经产生气体，管道塞住前已泄露产生的气体，造成检测物发气量检测的不准确。 

还有，对于型、芯砂的膨胀量检测，由于粘结物在高温下会分解，超过一定时间会溃散。目前没有令人满意的检测设备。未加粘结剂的散状型芯颗粒状物体的膨胀量检测也没有检测设备和方法。型、芯砂的膨胀量直接影响铸件尺寸精确度。膨胀率越大则膨胀应力越大，容易造成型、芯开裂，从 而造成断芯或脉纹。 

发明内容

针对铸造行业的上述问题，本发明提供一种型、芯砂高温性能检测仪。该检测仪包括检测模块和数据处理模块，所述检测模块包括可动炉膛高温加热炉和抗压支架总成，以及位移总成、加压系统总成和发气总成中的一个或多个；所述数据处理模块包括电源、传感模块、模数转换模块和输出模块； 

其中所述抗压支架总成包括支架底座、固定在支架底座上的纵向支架以及固定在纵向支架上的横向支架，所述横向支架在所述检测模块包括位移总成和/或发气总成时具有用于使位移总成和/或发气总成穿过的孔；所述可动炉膛高温加热炉能够相对于所述抗压支架固定，并且所述可动炉膛高温加热炉具有用于将待测样品加热的纵向炉膛； 

所述位移总成当存在时，包括相对于支架总成固定的样品容器以及相对于支架总成可移动的、穿过横向支架的孔并与数据处理模块的传感模块连接的传动杆； 

所述加压系统总成当存在时，包括将待测样品夹持的两个加压柱以及一个压力产生装置，这两个加压柱中的一个相对于支架总成固定并且另一个加压柱在压力产生装置的驱使下相对于支架总成可移动； 

所述发气总成当存在时，包括可密封的样品容器以及将样品容器的内部空间与数据处理模块的传感模块连接的管道。 

在本发明的型、芯砂高温性能检测仪的一种实施方案中，支架底座是油缸座，该油缸座具有一端与压力产生装置处于流体连通并且另一端朝着可动炉膛高温加热炉的纵向炉膛开放的腔体。 

在本发明的型、芯砂高温性能检测仪的一种实施方案中，抗压支架总成还包括下托盘，该下托盘包括托盘面和活塞，所述活塞插入油缸座的腔体中并可在压力产生装置的驱使下移动。 

在本发明的型、芯砂高温性能检测仪的一种实施方案中，所述可动炉膛高温加热炉在其炉壁中具有围绕纵向炉膛的加热元件。 

在本发明的型、芯砂高温性能检测仪的一种实施方案中，所述数据处理模块的传感模块包括压力传感器和位移传感器。 

在本发明的型、芯砂高温性能检测仪的一种实施方案中，所述抗压支架总成的横向支架是一组可替换的横向支架，其中包括不具有中心孔的横向支架以及具有不同大小的中心孔的横向支架。 

在本发明的型、芯砂高温性能检测仪的一种实施方案中，所述位移总成的样品容器可以为石英、碳化硅、三氧化二铝等耐温外套，所述传动杆可以为石英、碳化硅、三氧化二铝等耐温杆。另外，所述加压系统总成的两个加压柱可以为石英、碳化硅、三氧化二铝等耐温柱。 

在本发明的型、芯砂高温性能检测仪的一种实施方案中，所述位移总成的样品容器用于容纳标准试样或者散状颗粒试样。在用于容纳散状颗粒试样的情况下，在所述样品容器中还设置有具有装料孔的装料座，当传动杆插入该装料座的装料孔中时，装料孔的内壁与传动杆的外壁之间具有0.5-2mm的间隙。 

本发明的另一主题在于一种型、芯砂高温性能检测方法，该方法使用以上所述的型、芯砂高温性能检测仪实施，该方法包括如下步骤： 

1.1将可动炉膛高温加热炉的炉膛加热到预定温度，或随机升温， 

1.2将容纳有待测样品的样品容器在炉膛中相对于支架总成固定，使传动杆的一端与试样接触并且另一端与位移传感器连接， 

1.3通过数据处理模块采集、处理并输出样品的膨胀数据，计算出膨胀量、膨胀速度、溃散时间； 

和/或 

2.1将可动炉膛高温加热炉的炉膛加热到预定温度，或随机升温， 

2.2在炉膛内将待测样品夹持在两个加压柱之间，这两个加压柱中的一个相对于支架总成固定并且另一个加压柱在压力产生装置的驱使下相对于支架总成可移动， 

2.3通过压力产生装置在两个加压柱的一个上施加预定压力， 

2.4记录样品从开始受热到溃散所经历的时间，将该时间记为“耐热时间”； 

和/或 

3.1将样品加入可密封的（如试管等）样品容器中，将样品容器密封并通过管道与数据处理模块的传感模块连接， 

3.2将可动炉膛高温加热炉的炉膛加热到预定温度， 

3.3将样品容器插入炉膛中， 

3.4通过数据处理模块采集、处理并输出样品的发气数据，计算出发气量、发气速度、发气压力。 

此外，本发明的型、芯砂高温性能检测方法还可以包括如下步骤： 

4.1将可动炉膛高温加热炉的炉膛加热到预定温度， 

4.2在炉膛内将待测样品夹持在两个加压柱之间，这两个加压柱中的一个相对于支架总成固定并且另一个加压柱在压力产生装置的驱使下相对于支架总成可移动， 

4.3将样品在炉膛中加热预定的时间， 

4.4通过压力产生装置在两个加压柱的一个上施加渐增的压力，直至样品溃散， 

4.5读取加压过程中的峰值压力，将该压力记为“抗压强度”。 

在本发明的型、芯砂高温性能检测方法的一种实施方案中，所述预定压力为0.01-1Mpa，优选0.05-0.5Mpa。 

在本发明的型、芯砂高温性能检测方法的一种实施方案中，所述预定温度为500℃至1500℃。 

在本发明的型、芯砂高温性能检测方法的一种实施方案中，所述样品为底面直径或边长3至30毫米、高度5-50毫米的圆柱体或多边形柱体。 

在本发明的型、芯砂高温性能检测方法的一种实施方案中，所述样品由一种砂或多种砂制成，所述砂可以选自石英砂、铬矿砂、锆砂、镁砂、陶粒 及人造砂。 

根据本发明的型、芯砂高温性能检测仪和型、芯砂高温性能检测方法具有如下优点： 

1.本发明的型、芯砂高温性能检测仪可用于检测多项型、芯砂高温性能指标，且结构简单，成本低廉； 

2.本发明的型、芯砂高温性能检测仪和检测方法可用于检测“耐热时间”，该指标能够更准确地反映型、芯砂在高温铸造过程中的性能； 

3.本发明的型、芯砂高温性能检测仪和检测方法测得的发气数据比现有技术的检测仪和检测方法得到的数据更准确； 

4.本发明的型、芯砂高温性能检测仪和检测方法可用于准确检测散状型芯颗粒物的膨胀数据。 

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的型、芯砂高温性能检测仪的立体图； 

图2是根据本发明一个实施例的型、芯砂高温性能检测仪在用于测试膨胀率时的检测模块的纵向剖面图； 

图3是根据本发明一个实施例的型、芯砂高温性能检测仪在用于测试耐热时间时的检测模块的纵向剖面图； 

图4是根据本发明一个实施例的型、芯砂高温性能检测仪在用于测试发气量时的检测模块的纵向剖面图； 

图5是根据本发明一个实施例的型、芯砂高温性能检测仪在用于测试散状颗粒膨胀率时的检测模块的纵向剖面图； 

图6是根据本发明一个实施例的型、芯砂高温性能检测仪的数据处理模块的工作流程图； 

图7是采用根据本发明一个实施例的型、芯砂高温性能检测仪测试膨胀率和溃散时间所得到的结果图； 

图8是采用根据本发明一个实施例的型、芯砂高温性能检测仪测试发气量所得到的结果图。 

具体实施方式

下面参照附图对本发明的实施方案进行更详细的说明。 

图1是根据本发明一个实施例的型、芯砂高温性能检测仪的立体图。在该实施例中，本发明的型、芯砂高温性能检测仪包括电脑1、主机2、可动炉膛高温加热炉3、位移总成4、抗压支架总成5和加压系统6。其中电脑1和主机1组成数据处理模块，可动炉膛高温加热炉3、位移总成4、抗压支架总成5和加压系统6组成检测模块。在本发明的其它实施例中，上述位移总成4可以替换为加压系统总成或发气总成，或者替换为位移总成、加压系统总成和发气总成中的两个或三个。 

图2是根据本发明一个实施例的型、芯砂高温性能检测仪在用于测试膨胀率时的检测模块的纵向剖面图。在该实施例中，检测模块包括可动炉膛高温加热炉和位移总成，所述可动炉膛高温加热炉具有用于加热待测样品（标准试样106）的活动炉膛107，该活动炉膛能够相对于支架总成102固定。所述位移总成包括相对于支架总成102固定的样品容器（石英支架104）以及相对于支架总成102可移动的、穿过横向支架的孔并与数据处理模块的传感模块（位移传感器101）连接的传动杆103。所述可动炉膛高温加热炉在其炉壁中具有围绕活动炉膛107的加热元件105。所述抗压支架总成还包括下托盘108，该下托盘108包括托盘面和活塞，所述活塞插入油缸座109的腔体中（图中未示出）并可在压力产生装置的驱使下移动。在该实施例中，不需要通过下托盘向上施加压力。 

图3是根据本发明一个实施例的型、芯砂高温性能检测仪在用于测试耐热时间时的检测模块的纵向剖面图。在该实施例中，检测模块包括可动炉膛高温加热炉和加压系统总成，所述可动炉膛高温加热炉具有用于加热待测样品（标准试样207）的活动炉膛205，该活动炉膛能够相对于支架总成201用固定螺栓204固定。所述可动炉膛高温加热炉在其炉壁中具有围绕活动炉 膛205的加热元件206。所述加压系统总成包括将待测样品（标准试样207）夹持的两个加压柱203、208以及一个压力产生装置，这两个加压柱中的一个（上加压柱203）相对于支架总成（上横梁202）固定并且另一个加压柱（下加压柱208）在压力产生装置的驱使下相对于支架总成可移动。所述抗压支架总成还包括下托盘，该下托盘包括托盘面和活塞209，所述活塞209插入油缸座210的腔体中并可在压力产生装置的驱使下移动。 

图4是根据本发明一个实施例的型、芯砂高温性能检测仪在用于测试发气量时的检测模块的纵向剖面图。在该实施例中，检测模块包括可动炉膛高温加热炉和发气总成，所述可动炉膛高温加热炉具有用于加热待测样品（测量物307）的活动炉膛308，该活动炉膛能够相对于支架总成304固定。所述发气总成包括可密封的样品容器（石英试管306）以及将样品容器的内部空间与数据处理模块的传感模块（压力传感器301）连接的管道（软管302）。在该实施例中，软管302通过快接插头303与石英试管306连接。所述可动炉膛高温加热炉在其炉壁中具有围绕活动炉膛308的加热元件305。所述抗压支架总成还包括下托盘309，该下托盘309包括托盘面和活塞，所述活塞插入油缸座310的腔体中（图中未示出）并可在压力产生装置的驱使下移动。在该实施例中，不需要通过下托盘向上施加压力。 

图5是根据本发明一个实施例的型、芯砂高温性能检测仪在用于测试散状颗粒膨胀率时的检测模块的纵向剖面图。在该实施例中，检测模块包括可动炉膛高温加热炉和位移总成，所述可动炉膛高温加热炉具有用于加热待测样品（散装颗粒试样410）的活动炉膛407，该活动炉膛能够相对于支架总成402固定。所述位移总成包括相对于支架总成402固定的样品容器（石英支架404）以及相对于支架总成402可移动的、穿过横向支架的孔并与数据处理模块的传感模块（位移传感器401）连接的传动杆403。在该实施例中，在样品容器中设置有具有装料孔的装料座406，该装料孔的内径略大于传动杆403的直径。在传动杆403插入装料孔中后，装料孔的内壁和传动杆403的外壁之间优选具有0.5-2mm、更优选1mm的间隙。所述可动炉膛高温加热炉在其炉壁中具有围绕活动炉膛407的加热元件405。所述抗压支架总成还包括下托盘408，该下托盘408包括托盘面和活塞，所述活塞插入油缸座409 的腔体中（图中未示出）并可在压力产生装置的驱使下移动。在该实施例中，不需要通过下托盘向上施加压力。 

图6是根据本发明一个实施例的型、芯砂高温性能检测仪的数据处理模块的工作流程图。传感器（位移传感器或压力传感器）将采集的模拟信号输入主机中进行数据转换，在电脑中输出曲线并由此得到待测性能的数值（耐热时间、抗压强度、膨胀率、膨胀速度、溃散时间、发气量、发气压力、发气速度、散状砂膨胀率等）。 

实施例 

实施例1（制备标准样品） 

在该实施例中，制备在高温性能测试中使用的标准样品。 

将制样机（型号JT-ZY-1，生产厂家：北京佳田铸物科技有限公司）的制样时间设置为5分钟，加热至236℃。打开上盖，将制样模具放入，倒入覆膜砂（自制，配方：酚醛树脂2重量%，石英砂98重量%，固化剂（乌铬托品的1:2水溶液，树脂量的15重量%），刮平，盖上上盖。时间到后取出，自然冷却。得到的样品为底面直径12mm、长度20mm的圆柱形。 

实施例2（测试膨胀率和溃散时间） 

按照图2所示安装本发明的测试仪，将炉膛加热到1000℃。将实施例1中制备的标准样品放入石英支架内，将活动石英传动杆压在样品上。打开电脑位移软件，将可动的高温炉膛上移，罩住试样。显示、记录膨胀曲线。计算出膨胀量、膨胀速度、溃散时间。 

得到的结果如图7所示，其中纵坐标为膨胀率。测得的膨胀率为1.2529%，溃散时间为92秒。 

实施例3（测试高温抗压强度） 

按照图3所示安装本发明的测试仪，将炉膛加热到1000℃。将实施例1中制备的标准样品放在上下石英柱之间。将可动的高温炉膛移入，罩住试样，加热60秒。快速摇动压力产生装置的液压强度仪手柄直至试样溃散。从压力 表中读出压力峰值，并作为抗压强度值记录。测得的抗压强度为0.25MPa。 

实施例4（测试耐热时间） 

按照图3所示安装本发明的测试仪，将炉膛加热到1000℃。将实施例1中制备的标准样品放入上下石英柱之间，在下石英柱上施加0.17MPa的压力，打开电脑，显示加压曲线。将可动的高温炉膛移入，罩住试样，开始计时，直到试样烧坏溃散。测得耐热时间为75秒。 

实施例5（测试发气量） 

按照图4所示安装本发明的测试仪，将炉膛加热到850℃。将覆膜砂（配方同实施例1）称量1g，倒入试管中并插入快接插头。开启电脑，打开发气软件。将试管插入高温炉膛中。显示、记录发气曲线。计算出发气量、发气速度、发气压力。测试时间为180秒。 

得到的结果如图8所示，其中纵坐标为发气量。测得的发气量为15.1250ml，最大发气速度为1.0313ml/s，平均发气速度为0.2010ml/s。 

实施例6（测试散状颗粒物膨胀率） 

按照图5所示安装本发明的测试仪，将炉膛加热到1000℃。将散石英砂放入石英测量座内，将活动石英传动杆压在试样上。打开电脑位移软件，将可动的高温炉膛上移，罩住装料座。显示、记录膨胀曲线。计算出膨胀量、膨胀速度。测得的膨胀率为2.55%。 

附图标记 

1           电脑 

2           主机 

3           可动炉膛高温加热炉 

4           位移总成 

5           抗压支架总成 

6           加压系统 

101         位移传感器 

102         支架 

103         传动杆 

104         石英支架 

105         加热元件 

106         标准试样 

107         活动炉膛 

108         下托盘 

109         油缸座 

201         支架 

202         上横梁 

203         上石英柱 

204         固定螺栓 

205         活动炉膛 

206         加热元件 

207         标准样品 

208         下石英柱 

209         活塞 

210         油缸座 

301         压力传感器 

302         软管 

303         快插接头 

304         支架 

305         加热元件 

306         石英试管 

307         测量物 

308         活动炉膛 

309         下托盘 

310         油缸座 

401         位移传感器 

402         支架 

403         传动杆 

404         石英支架 

405         加热元件 

406         散装颗粒装料座 

407         活动炉膛 

408         下托盘 

409         油缸座 

410         散装颗粒试样 。

Claims (14)

1.一种型、芯砂高温性能检测仪，其包括检测模块和数据处理模块，

所述检测模块包括可动炉膛高温加热炉和抗压支架总成，以及位移总成、加压系统总成和发气总成中的一个或多个；

所述数据处理模块包括电源、传感模块、模数转换模块和输出模块；

其中所述抗压支架总成包括支架底座、固定在支架底座上的纵向支架以及固定在纵向支架上的横向支架，所述横向支架在所述检测模块包括位移总成和/或发气总成时具有用于使位移总成和/或发气总成穿过的孔；所述可动炉膛高温加热炉能够相对于所述抗压支架固定，并且所述可动炉膛高温加热炉具有用于将待测样品加热的纵向炉膛；

所述位移总成当存在时，包括相对于支架总成固定的样品容器以及相对于支架总成可移动的、穿过横向支架的孔并与数据处理模块的传感模块连接的传动杆；

所述加压系统总成当存在时，包括将待测样品夹持的两个加压柱以及一个压力产生装置，这两个加压柱中的一个相对于支架总成固定并且另一个加压柱在压力产生装置的驱使下相对于支架总成可移动；

所述发气总成当存在时，包括可密封的样品容器以及将样品容器的内部空间与数据处理模块的传感模块连接的管道。

2.权利要求1的型、芯砂高温性能检测仪，其特征在于，所述支架底座是油缸座，该油缸座具有一端与压力产生装置处于流体连通并且另一端朝着可动炉膛高温加热炉的纵向炉膛开放的腔体。

3.权利要求2的型、芯砂高温性能检测仪，其特征在于，所述抗压支架总成还包括下托盘，该下托盘包括托盘面和活塞，所述活塞插入油缸座的腔体中并可在压力产生装置的驱使下移动。

4.权利要求1的型、芯砂高温性能检测仪，其特征在于，所述可动炉膛高温加热炉在其炉壁中具有围绕纵向炉膛的加热元件。

5.权利要求1的型、芯砂高温性能检测仪，其特征在于，所述数据处理模块的传感模块包括压力传感器和位移传感器。

6.权利要求1的型、芯砂高温性能检测仪，其特征在于，所述抗压支架总成的横向支架是一组可替换的横向支架，其中包括不具有中心孔的横向支架以及具有不同大小的中心孔的横向支架。

7.权利要求1的型、芯砂高温性能检测仪，其特征在于，所述位移总成的样品容器为石英、碳化硅或三氧化二铝制成的耐温外套，所述传动杆为石英、碳化硅或三氧化二铝制成的耐温杆。

8.权利要求1的型、芯砂高温性能检测仪，其特征在于，所述加压系统总成的两个加压柱为石英、碳化硅或三氧化二铝制成的耐温柱。

9.权利要求1的型、芯砂高温性能检测仪，其特征在于，所述位移总成的样品容器用于容纳标准试样。

10.权利要求1的型、芯砂高温性能检测仪，其特征在于，所述位移总成的样品容器用于容纳散状颗粒试样，在所述样品容器中还设置有具有装料孔的装料座，当传动杆插入该装料座的装料孔中时，装料孔的内壁与传动杆的外壁之间具有0.5-2mm的间隙。

11.一种型、芯砂高温性能检测方法，该方法使用权利要求1-10之一所述的型、芯砂高温性能检测仪实施，该方法包括如下步骤：

1.1将可动炉膛高温加热炉的炉膛加热到预定温度，或随机升温，

1.2将容纳有待测样品的样品容器在炉膛中相对于支架总成固定，使传动杆的一端与试样接触并且另一端与位移传感器连接，

1.3通过数据处理模块采集、处理并输出样品的膨胀数据，计算出膨胀量、膨胀速度、溃散时间；

和/或

2.1将可动炉膛高温加热炉的炉膛加热到预定温度，或随机升温，

2.2在炉膛内将待测样品夹持在两个加压柱之间，这两个加压柱中的一个相对于支架总成固定并且另一个加压柱在压力产生装置的驱使下相对于支架总成可移动，

2.3通过压力产生装置在两个加压柱的一个上施加预定压力，

2.4记录样品从开始受热到溃散所经历的时间，将该时间记为“耐热时间”；

和/或

3.1将样品加入可密封的样品容器中，将样品容器密封并通过管道与数据处理模块的传感模块连接，

3.2将可动炉膛高温加热炉的炉膛加热到预定温度，

3.3将样品容器插入炉膛中，

3.4通过数据处理模块采集、处理并输出样品的发气数据，计算出发气量、发气速度、发气压力。

12.权利要求11的型、芯砂高温性能检测方法，其特征在于，所述预定压力为0.01-1Mpa。

13.权利要求11的型、芯砂高温性能检测方法，其特征在于，所述预定温度为500℃至1500℃。

14.权利要求11的型、芯砂高温性能检测方法，其特征在于，所述样品为底面直径或边长3至30毫米、高度5-50毫米的圆柱体或多边形柱体。

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