CN103994836A - 脉冲磁致液面振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置 - Google Patents
脉冲磁致液面振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103994836A CN103994836A CN201410210924.4A CN201410210924A CN103994836A CN 103994836 A CN103994836 A CN 103994836A CN 201410210924 A CN201410210924 A CN 201410210924A CN 103994836 A CN103994836 A CN 103994836A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- liquid level
- casting mold
- temperature
- pulse
- mosquito
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
本发明涉及一种脉冲磁致液面振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，属材料加工技术领域。本发明所述装置主要由脉冲电源、蚊香形感应线圈、电热丝、升降杆、陶瓷管和插头组成；电热丝经插头连接220V交流电，蚊香形感应线圈连接脉冲电源，升降杆上放置盛有金属块的铸型；首先电热丝发热使金属块熔化；之后升降杆上升，铸型靠近蚊香形感应线圈，蚊香形感应线圈对金属熔体施加脉冲磁致液面振荡处理；热电偶插入熔体中并固定，测得熔体热历史曲线。相比传统测温方法，本发明省去了浇注过程，能更加稳定、准确地测得熔体热历史曲线，为获得脉冲磁致液面振荡细化金属凝固组织的提供可靠的温度数据。
Description
技术领域
本发明属于材料加工技术领域，特别涉及到一种脉冲磁致液面振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置。
技术背景
控制金属材料的凝固过程和凝固组织一直是材料工作者研究的重点，而晶粒细化可以显著提高铸件性能，是改善金属凝固组织最行之有效的做法之一。在已有的研究中，细化金属凝固组织的方法主要有两类：一是物理细化法，如电磁搅拌、低温浇注、机械振动、超声波细化等；二是化学细化法，如添加长大抑制剂和形核剂等。其中物理场处理技术作为一种经济、环保且潜力巨大的技术为人们所广泛关注，这方面的研究已取得很多成果。
现有外场处理金属凝固组织的技术中，中国专利201010167538.3公开了一种“脉冲磁致液面振荡细化金属凝固组织的方法”，该发明方法将多层蚊香形感应线圈导入超高频或中频磁场，作用于金属熔体的上表面，在表面而非整个熔体内产生磁致振荡，对金属凝固过程产生作用直至凝固结束。该方法实际操作非常简便，且对铸锭凝固组织的细化效果显著。在工业应用中，通过该方法能实现非接触式熔体处理，且方便移动线圈进行批量处理，提高了生产效率，且能避免结晶器或铸型等对磁场的屏蔽效应，可应用于冶金业中的连铸、半连铸及模铸生产，适用于各种金属材料的凝固组织细化，应用前景十分乐观。
而为了进一步探索该方法内在机理，准确测量该方法作用下的熔体温度曲线具有重要科学意义，但是该专利中的装置在具体实施过程中，需要先通过电阻炉将金属块熔化并保温一段时间，再将金属液浇注到铸型中，而将金属液从电阻炉取出到浇注的过程中，人为因素较多，一方面很难保证每次实验中该过程经历的时间和外界环境相同，而这一过程内金属液由于大量散热而导致浇入铸型时温度已有所降低；另一方面是每次实验中浇注方式（浇口的位置、高度及浇速等）和金属液充型的方式也难以保持一致。由于金属液在高温段降温速度很快，这两种不利因素导致不同实验中的实际浇注温度差别较大，且金属液经历的降温过程也会有所差异，并最终影响到实际的凝固组织。另外，传统测温法主要采取如下步骤：待浇注完成后才将热电偶插入熔体中，而当金属液浇入温度较低的铸型后，由于铸型的激冷作用，型壁处会迅速形成凝固壳层，插入温度相对较低的热电偶也会对熔体产生一定激冷作用，这些因素也会导致测得的温度有较大误差。综上所述，使用传统方法一方面测得的温度曲线误差较大，难以得到关键的信息。而本专利的的装置克服了这些问题，能更可靠、准确地测得脉冲磁致液面振荡作用下熔体的热历史曲线。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明的目的是提供一种脉冲磁致液面振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，测量装置简便易行，测得数据更为准确可靠。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明包括：铸型、铸型固定系统、升降杆、滑座、导轨、丝杆、螺母座、电动机、陶瓷管和蚊香形感应线圈等，陶瓷管放置于顶板上，蚊香形感应线圈放置于陶瓷管上，丝杆的上端连接在固定板上，丝杆的下端和电动机的从动件连接，导轨、升降杆和丝杆穿过滑座并处于同一平面，滑座上固定有螺母座，螺母座和丝杆啮合，升降杆的下端固定在滑座上，升降杆的上端连接铸型固定系统，盛有金属熔体的铸型放置于铸型固定系统内，升降杆穿过固定板中心的孔，顶板中心打洞便于铸型穿过，当电动机控制丝杆转动时，螺母座即带着滑座沿导轨上升或下降，使盛有金属熔体的铸型能够在电热丝和陶瓷管内自由升降，控制器连接电热丝和埋入其内部的控温热电偶，可实时监测和控制电热丝的内部温度；且控制器连接电动机，可控制电动机转速，从而调整滑座升降速度。温度测试分析系统由测温热电偶、温度采集记录系统和热电偶固定系统组成，所述测温热电偶的信号输出端与所述温度采集记录系统的信号接收端连接，当蚊香形感应线圈对金属熔体施加脉冲磁致液面振荡时，所述温度采集记录系统实时监控待测的金属熔体内部检测点的温度测量值，并输出温度测量信息。蚊香形感应线圈连接脉冲电源，电热丝通过控制器再经由插头连接220v交流电。铸型位于电热丝内时，电热丝通电发热使金属块熔化；之后升降杆上升，铸型进入陶瓷管内并接近蚊香形感应线圈下方，脉冲电源通过蚊香形感应线圈对金属熔体施加脉冲磁致液面振荡；脉冲磁致液面振荡施加过程中，热电偶插入熔体中并固定，通过温度采集记录系统连续记录在脉冲磁致液面振荡处理工艺中金属熔体内部检测点的温度信息，并绘制金属熔体的热历史曲线。
上述脉冲电源优选的参数为：峰值电流为10-20000A，脉冲宽度为5μs-50ms，作用频率为0.015-2KHz。
作为上述技术方案的改进，通过打有多个孔洞的热电偶固定系统，使测温热电偶的位置、数量和插入深度分别可调。
上述滑座的升降速度最好为1-30cm/s。
上述电热丝外部最好包裹绝热材料，其材料最好采用石棉或混有水玻璃的漂珠，厚度最好为1-70cm。
上述铸型最好采用金属铸型、石墨坩埚、陶瓷坩埚或砂型。
上述铸型固定系统最好采用不锈钢、铜或石墨。
上述陶瓷管的高度最好为5-50cm，厚度最好为0.5-5cm。
上述热电偶固定系统和测温热电偶最好提前放置在蚊香形感应线圈上端，或等铸型上升到预定高度再放置热电偶固定系统和测温热电偶。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：本发明的优点如下：
1.本发明提供了一种脉冲磁致液面振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，省去了浇注步骤，从而避免了每次实验中由于金属液出炉到浇注过程中损失热量，以及浇注和金属液充型的方式难以保持一致而导致的熔体内部温度偏差，从而更准确地测得脉冲磁致液面振荡作用下熔体的热历史曲线；
2. 本发明所提供的装置，避免了铸型对金属液产生激冷作用而形成的凝固壳层导致的熔体内部温度偏差，能更准确地测得脉冲磁致液面振荡作用下熔体的热历史曲线。
附图说明
图1为一种脉冲磁致液面振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置结构示意图。
图中：1.顶板，2.电热丝，3.绝热材料，4.控温热电偶，5.固定板，6.导轨，7.控制器，8.插头，9.陶瓷管，10.蚊香形感应线圈，11.热电偶固定系统，12.测温热电偶，13.温度采集记录系统，14.脉冲电源，15.铸型，16.金属熔体，17. 铸型固定系统，18.升降杆，19.螺母座，20.滑座，21.丝杆，22.电动机。
图2为使用该装置所测得的脉冲磁致液面振荡处理下Al-4.5%Cu合金熔体轴线上不同深度三点的热历史曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：测量脉冲磁致液面振荡处理下Al-4.5%Cu合金熔体轴线上不同深度三点的热历史曲线。
包括：铸型15、铸型固定系统17、升降杆18、滑座20、导轨6、丝杆21、螺母座19、电动机22、陶瓷管9和蚊香形感应线圈10等，陶瓷管9放置于顶板1上，蚊香形感应线圈10放置于陶瓷管9上，盛有金属熔体16的铸型15放置于铸型固定系统17内，丝杆21的上端连接在固定板5上，丝杆21的下端和电动机22的从动件连接，导轨6、升降杆18和丝杆21穿过滑座20并处于同一平面，滑座20上固定有螺母座19，螺母座19和丝杆21啮合，升降杆18的下端固定在滑座20上，升降杆18的上端连接铸型固定系统17，盛有金属熔体16的铸型15放置于铸型固定系统17内，升降杆18穿过固定板5中心的孔，顶板1中心打洞便于铸型15穿过，控制器7连接电热丝2和埋入其内部的控温热电偶4，且控制器7连接电动机22，可控制电动机22转速，进而调整滑座20升降速度。温度测试分析系统由测温热电偶12、温度采集记录系统13和热电偶固定系统11组成，所述测温热电偶12的信号输出端与所述温度采集记录系统13的信号接收端连接，蚊香形感应线圈10连接脉冲电源14，电热丝2通过控制器7再经由插头8连接220v交流电，当蚊香形感应线圈10对金属熔体16施加脉冲磁致液面振荡时，温度采集记录系统13实时监控待测的金属熔体16内部检测点的温度测量值，并输出温度测量信息。
所使用的蚊香形感应线圈匝数为13，层数为2，包裹电热丝的绝热材料为石棉，厚度为25cm，陶瓷管高度为30cm，厚度为2cm，铸型采用石墨坩埚，规格为Φ50×Φ70×85，脉冲电源参数为脉冲电流为10-20000A，脉冲宽度为5μs-50ms，作用频率为0.015-2KHz。
利用本发明及其专用装置，完成了针对Al-4.5%Cu合金所做的实验，其实验情况及结果叙述如下：
将3540克Al-4.5%Cu合金块置入石墨坩埚内，操作控制器使升降杆升到陶瓷管上端，移开蚊香形感应线圈，将石墨坩埚放在铸型固定系统上，控制石墨坩埚降到电热丝内部，并将蚊香形感应线圈放回陶瓷管上，操作控制器，设定升温程序，通过交流电源对电热丝导入大小为10-60A、频率为20-500HZ的交变电流， 25分钟后电热丝的温度达到660℃并保温十分钟，使石墨坩埚内的合金块熔化且温度和电热丝相当，之后操作控制器使石墨坩埚以12cm/s的速度上升至陶瓷管内的预定高度，使固定在蚊香形感应线圈上的三只测温热电偶插入熔体之中，实时监控熔体轴线上深度不同的三点（分别距离液面13cm、8cm和4cm）的温度。并通过脉冲电源对蚊香形感应线圈导入参数为5KiHz，10hiA，40biμs（本专利中Ki、hi、bi均为设备参数，不随实验条件的改变而改变）的脉冲电流，从而对蚊香形感应线圈下的金属熔体实施脉冲磁致液面振荡处理，通过温度采集记录系统获得合金熔体内部各点的温度及其实时变化，测得更准确可靠的脉冲磁致液面振荡处理下Al-4.5%Cu合金熔体轴向不同深度三点的温度-时间曲线，如图2所示。
Claims (10)
1.一种脉冲磁致液面振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，包括：铸型（15）、铸型固定系统（17）、升降杆（18）、滑座（20）、导轨（6-1、6-2）、丝杆（21）、螺母座（19）、电动机（22）、陶瓷管（9）和蚊香形感应线圈（10），其特征在于，所述陶瓷管（9）放置于顶板（1）上，所述蚊香形感应线圈（10）放置于陶瓷管（9）上，所述丝杆（21）的上端连接在固定板（5）上，所述丝杆（21）的下端和电动机（22）的从动件连接，导轨（6-1、6-2）、升降杆（18）和丝杆（21）穿过滑座（20）并处于同一平面，滑座（20）上固定有螺母座（19），螺母座（19）和丝杆（21）啮合，升降杆（18）的下端固定在滑座（20）上，升降杆（18）的上端连接铸型固定系统（17），盛有金属熔体（16）的铸型（15）放置于铸型固定系统（17）内，升降杆（18）穿过固定板（5）中心的孔，顶板（1）中心打洞便于铸型（15）穿过，当电动机（22）控制丝杆（21）转动时，螺母座（19）即带着滑座（20）沿导轨（6-1、6-2）上升或下降，使盛有金属熔体（16）的铸型（15）能够在电热丝（2）和陶瓷管（9）内自由升降。
2.根据权利要求书1所述的脉冲磁致液面振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，其特征在于，蚊香形感应线圈（10）连接脉冲电源（14），电热丝（2）通过控制器（7）再经由插头（8）连接220v交流电；脉冲电源（14）参数为：峰值电流为10-20000A，脉冲宽度为5μs-50ms，作用频率为0.015-2KHz。
3.根据权利要求书2所述的脉冲磁致液面振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，其特征在于，控制器（7）连接电热丝（2）和埋入其内部的控温热电偶（4），实时监测和控制电热丝（2）的内部温度；且控制器（7）连接电动机（22），能控制电动机（22）转速，从而调整滑座（20）升降速度。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的脉冲磁致液面振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，其特征在于，所述温度测试分析系统由测温热电偶（12）、温度采集记录系统（13）和热电偶固定系统（11）构成，所述测温热电偶（12）的信号输出端与所述温度采集记录系统（13）的信号接收端连接，当蚊香形感应线圈（10）对金属熔体（16）施加脉冲磁致液面振荡时，所述温度采集记录系统（13）实时监控待测的金属熔体（16）内部检测点的温度测量值，并输出温度测量信息。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述的脉冲磁致液面振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，其特征在于，所述滑座（20）的升降速度为1-30cm/s。
6.根据权利要求1～3中任意一项所述的脉冲磁致液面振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，其特征在于，所述电热丝（2）外部包裹绝热材料（3）,其材料采用石棉或混有水玻璃的漂珠，厚度为1-70cm。
7.根据权利要求1～3中任意一项所述的脉冲磁致液面振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，其特征在于，其特征在于，所述铸型（15）采用金属铸型、石墨坩埚、陶瓷坩埚或砂型。
8.根据权利要求1～3中任意一项所述的脉冲磁致液面振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，其特征在于，所述铸型固定系统（17）采用不锈钢、铜或石墨。
9.根据权利要求1～3中任意一项所述的脉冲磁致液面振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，其特征在于，所述陶瓷管（9）的高度为5-50cm，厚度为0.5-5cm。
10.根据权利要求1～3中任意一项所述的脉冲磁致液面振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，其特征在于，所述热电偶固定系统（11）和测温热电偶（12）提前放置在蚊香形感应线圈（10）上端，或等铸型（15）上升到预定高度后再放置热电偶固定系统（11）和测温热电偶（12）。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410210924.4A CN103994836A (zh) | 2014-05-19 | 2014-05-19 | 脉冲磁致液面振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410210924.4A CN103994836A (zh) | 2014-05-19 | 2014-05-19 | 脉冲磁致液面振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103994836A true CN103994836A (zh) | 2014-08-20 |
Family
ID=51309063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410210924.4A Pending CN103994836A (zh) | 2014-05-19 | 2014-05-19 | 脉冲磁致液面振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103994836A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113447153A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-09-28 | 哈尔滨工业大学 | 一种冷坩埚定向凝固过程中温度测量装置及测量方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070169915A1 (en) * | 2006-01-25 | 2007-07-26 | Dardik Irving I | Method of axial porosity elimination and refinement of the crystalline structure of continuous ingots and castings |
| CN101075287A (zh) * | 2007-06-26 | 2007-11-21 | 上海大学 | 连铸坯凝固组织生长过程的物理模拟方法及其装置 |
| CN101199989A (zh) * | 2007-10-17 | 2008-06-18 | 江苏大学 | 异频复合电磁场下连续铸造颗粒增强金属基复合材料的方法 |
| CN101717901A (zh) * | 2009-12-22 | 2010-06-02 | 上海大学 | 脉冲磁场条件下非晶薄带热处理工艺与装置 |
| CN101717905A (zh) * | 2009-12-04 | 2010-06-02 | 江苏大学 | 脉冲磁场下制备高性能铝基复合材料的方法和装置 |
| CN101920333A (zh) * | 2010-05-06 | 2010-12-22 | 上海大学 | 脉冲磁致液面振荡细化金属凝固组织的方法 |
| CN103586442A (zh) * | 2013-11-20 | 2014-02-19 | 上海大学 | 在脉冲磁致振荡处理工艺中连续测量金属熔体温度的装置 |
| CN103658609A (zh) * | 2013-12-09 | 2014-03-26 | 上海大学 | 脉冲电流和液面脉冲磁致振荡复合细化金属凝固组织方法 |
-
2014
- 2014-05-19 CN CN201410210924.4A patent/CN103994836A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070169915A1 (en) * | 2006-01-25 | 2007-07-26 | Dardik Irving I | Method of axial porosity elimination and refinement of the crystalline structure of continuous ingots and castings |
| CN101075287A (zh) * | 2007-06-26 | 2007-11-21 | 上海大学 | 连铸坯凝固组织生长过程的物理模拟方法及其装置 |
| CN101199989A (zh) * | 2007-10-17 | 2008-06-18 | 江苏大学 | 异频复合电磁场下连续铸造颗粒增强金属基复合材料的方法 |
| CN101717905A (zh) * | 2009-12-04 | 2010-06-02 | 江苏大学 | 脉冲磁场下制备高性能铝基复合材料的方法和装置 |
| CN101717901A (zh) * | 2009-12-22 | 2010-06-02 | 上海大学 | 脉冲磁场条件下非晶薄带热处理工艺与装置 |
| CN101920333A (zh) * | 2010-05-06 | 2010-12-22 | 上海大学 | 脉冲磁致液面振荡细化金属凝固组织的方法 |
| CN103586442A (zh) * | 2013-11-20 | 2014-02-19 | 上海大学 | 在脉冲磁致振荡处理工艺中连续测量金属熔体温度的装置 |
| CN103658609A (zh) * | 2013-12-09 | 2014-03-26 | 上海大学 | 脉冲电流和液面脉冲磁致振荡复合细化金属凝固组织方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 邱辉等: "低压脉冲磁场制备Al-4.5Cu半固态坯料的研究", 《铸造技术》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113447153A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-09-28 | 哈尔滨工业大学 | 一种冷坩埚定向凝固过程中温度测量装置及测量方法 |
| CN113447153B (zh) * | 2021-06-28 | 2024-04-19 | 哈尔滨工业大学 | 一种冷坩埚定向凝固过程中温度测量装置及测量方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101075287B (zh) | 连铸坯凝固组织生长过程的物理模拟方法及其装置 | |
| CN104959577B (zh) | 模拟大铸锭缓冷条件下凝固组织生长的方法和熔铸实验装置 | |
| CN105290380B (zh) | 一种定向凝固叶片浇注系统用内置挡板的设计方法 | |
| CN105772654B (zh) | 固液态金属搅拌混合方法 | |
| CN109396400B (zh) | 一种大型复杂薄壁细晶铸件一体化成型方法和装置 | |
| CN105598372A (zh) | 一种近液相线浇注的铝合金熔模铸造方法及熔模铸造装置 | |
| CN103586442B (zh) | 在脉冲磁致振荡处理工艺中连续测量金属熔体温度的装置 | |
| CN103962523B (zh) | 一种模拟薄带连铸工艺过程的方法和装置 | |
| CN105970119A (zh) | 一种提高合金熔体非晶形成能力的工艺方法 | |
| Yang et al. | Heat transfer and macrostructure formation of Nb containing TiAl alloy directionally solidified by square cold crucible | |
| CN105177715A (zh) | 控制杂晶形成的方法 | |
| CN103008623A (zh) | 利用强磁场细化晶粒的方法及其专用金属凝固铸造装置 | |
| CN107622726A (zh) | 一种电脉冲作用下连铸结晶器内保护渣结晶与传热行为的模拟装置及方法 | |
| CN101722291A (zh) | 凝固组织水平生长过程的模拟方法及装置 | |
| CN105964990A (zh) | 一种外加磁场控制雀斑缺陷的定向凝固方法 | |
| CN106756254B (zh) | 一种获得复杂精密细晶铸件的制备方法 | |
| EP3542924A1 (en) | Continuous precision forming device and process for amorphous alloy or composite material thereof | |
| CN104745843A (zh) | 一种自动化合金流变浆料制备及流变成型的装置和方法 | |
| CN104439203A (zh) | 磁热复合控制复杂精密或薄壁铸件细晶铸造方法及装置 | |
| Tang et al. | Effects of annulus gap on flow and temperature field in electromagnetic direct chill casting process | |
| CN103994836A (zh) | 脉冲磁致液面振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置 | |
| JP2010149173A (ja) | 遠心鋳造装置および遠心鋳造方法 | |
| CN203972802U (zh) | 一种连铸坯凝固处理装置 | |
| Golenkov | Improvement of internal quality of continuously cast slabs by introducing consumable vibrating macrocoolers in a mold | |
| US9574826B2 (en) | Crucible and dual frequency control method for semi-liquid metal processing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140820 |