CN105806876B - 测试合金热裂倾向性的实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明主要涉及一种测试合金热裂倾向性的实验装置，属于合金铸造性能测试技术和模具设计制造技术领域。主要由热裂模具、连接螺杆、应力传感器、温度传感器与数据采集系统组成。本发明结构简单，设计合理，操作方便，测试效果明显，特别是对于测量热裂倾向性较小的合金更为有效。

Description

测试合金热裂倾向性的实验装置
技术领域
本发明属于合金铸造性能测试技术和模具设计制造技术领域，特别涉及一种测试合金热裂倾向性的实验装置。
背景技术
热裂是铸件在铸造过程中最严重的铸造缺陷之一，一般发生在液相分数较低的凝固最后阶段。合金熔体在凝固过程中，液相逐渐减少，液相呈薄膜状分布在晶间，凝固过程中的凝固收缩应力以及变形时易产生枝晶分离，导致微孔或裂纹的产生，这是导致热裂形成的主要因素。合金的有效结晶温度区间越大，铸件形成热裂的倾向越大。同时，凝固收缩和热收缩所产生的应力和应变也可导致热裂的形成。由于热裂形成过程比较复杂，它包括热传导、热应力、流体以及引起热裂纹产生的其他因素，这些因素包括合金成分、合金的凝固、热力学性质、铸件和铸造工艺参数、铸型的材料以及过程控制参数等等。因此，热裂机理的研究经历了一个非常漫长的过程，铸造工作者提出了大量的热裂机理，如强度理论、液膜理论、凝固收缩补偿理论、晶间搭桥理论等来阐述热裂纹的形成。
近年来，随着对热裂研究的不断深入，研究人员设计开发了一些定性或半定量表征热裂的测试装置，主要有：热裂环法、临界尺寸法以及临界载荷法等。现阶段实验过程中使用的热裂测试装置基本上是利用合金熔体自身的凝固收缩原理来设计的，然而这些装置主要用于研究热裂倾向性较大的合金体系，对于热裂倾向小的合金体系而言，这些装置就很难准确捕获热裂形成过程中的一些相关信息和数据，并且无法判断合金热裂萌生时的临界凝固收缩力。此外，现有的热裂倾向性的测试也未能考察充型速度、凝固压力及杂质元素对合金热裂敏感性的影响。
发明内容
发明目的
为了解决上述存在的问题，本发明提供了一种测试合金热裂倾向性的实验装置，准确测定合金熔体在凝固过程中热裂萌生和扩展时的特征温度和时间以及热裂纹萌生临界凝固收缩力等，特别是对于测量热裂倾向性较小的合金更为有效。
技术方案
一种测试合金热裂倾向性的实验装置，其特征在于：主要由热裂模具、连接螺杆、应力传感器、温度传感器与数据采集系统组成；热裂模具的两端通过石墨环和连接螺杆与应力传感器相连接；热裂模具及应力传感器与底座固定连接；热裂模具和应力传感器分别连接数据采集系统，热裂模具通过温度传感器连接采集系统，数据采集系统连接计算机；热裂模具为“倒T”型，从上到下依次设有浇口杯、空心活动压块、过滤网、上模、下模及底座；上模以中心线对称分为左上模和右上模，左上模内侧设置圆角，右上模内侧无圆角，左上模与右上模构成热裂模具的直浇道，并与下模相连接，上模上端与过滤网、空心活动压块及浇口杯相连接。
在热裂模具的上、下模分型面上开设有测量合金熔体温度的温度传感器插孔；温度传感器位于温度传感器插孔内，并与数据采集系统连接。
热裂模具左上模内侧设置圆角，圆角半径为3-10mm。
浇口杯的下方可设置1-3个空心活动压块，每个空心活动压块的高度为50mm。
浇口杯与空心活动压块之间设置过滤网，空心活动压块与上模之间设置过滤网，过滤网目数为60-200目。
优点及效果
（1）采用差力分析法，即以非热裂端凝固收缩力曲线为基线，可以更加精准地测试出合金热裂萌生及扩展时的凝固温度、固相分数、凝固时间以及临界凝固收缩力等相关信息，特别是对于测量热裂倾向性较小的合金更为有效。
（2）通过调整空心活动压头的数量来调节合金熔体的充型速度及凝固压力，可以研究合金熔体的充型速度和凝固压力对热裂行为的影响。
（3）通过添加过滤网对合金熔体进行净化处理，可以研究杂质元素对合金热裂行为的影响。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是热裂模具俯视图。
附图标记说明：
附图标记说明：
1. 浇口杯，2. 压块，3. 过滤网，4. 左上模，5. 右上模，6. 下模，7. 底座，8. 石墨环，9. 连接螺杆，10. 应力传感器，11. 温度传感器，12. 数据采集系统，13. 计算机，14. 插孔。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
本发明涉及一种测试合金热裂倾向性的实验装置，可在不同的冷却速率下，通过采集并分析合金热裂端和非热裂端的凝固收缩力的差值、凝固温度以及凝固时间之间的关系，准确测定合金熔体在凝固过程中热裂纹萌生和扩展时的特征温度和时间以及热裂纹萌生临界凝固收缩力等，便于研究模具温度、浇注温度、浇注速度及杂质元素对合金热裂倾向性的影响。本发明结构简单，设计合理，操作方便，测试效果明显，特别是对于测量热裂倾向性较小的合金更为有效。
测试合金热裂倾向性的实验装置结构如图1所示，主要由热裂模具、连接螺杆、应力传感器、温度传感器与数据采集系统组成；热裂模具的两端通过石墨环8和连接螺杆9与应力传感器10相连接；热裂模具及应力传感器10与底座7固定连接；热裂模具和应力传感器10分别连接数据采集系统12，热裂模具通过温度传感器11连接采集系统12，数据采集系统12连接计算机13。
热裂模具为“倒T”型，从上到下依次设有浇口杯1、空心活动压块2（垂直的）、过滤网3、上模、下模6及底座7；上模以中心线对称分为左上模4和右上模5（卧式的左、右上模），左上模4内侧设置圆角，右上模5内侧无圆角，左上模4与右上模5构成热裂模具的直浇道，并与下模6相连接，上模上端与过滤网3、空心活动压块2及浇口杯1相连接。
如图2所示，在热裂模具的上、下模分型面上开设有测量合金熔体温度的温度传感器插孔14；温度传感器11位于温度传感器插孔14内，并与数据采集系统12连接。通过数据采集系统12将测得的凝固收缩力及凝固温度结果进行采集，并输入计算机13中用于分析合金的热裂行为。
热裂模具左上模4内侧设置圆角，圆角半径为3-10mm。设置圆角可以减少此处的凝固收缩力集中，减小合金的热裂倾向性，而右上模不设置圆角可以增加凝固收缩力集中，从而产生热裂。通过对比非热裂端与热裂端的凝固收缩力差，能够准确地测试出合金热裂萌生及扩展时的凝固温度、固相分数、凝固时间以及临界凝固收缩力等相关信息；圆角半径设为3-10mm能够确定热裂产生的临界半径值。
浇口杯1的下方设置1-3个空心活动压块2，每个空心活动压块2的高度为50mm。设置1-3个空心活动压块可实现对不同充型速度时合金热裂倾向性的测试。压块高度设为50mm既可以方便对比不同的金属液充型速度和凝固压力，又可以保证金属熔体的过滤效果。
为了测试杂质元素对合金热裂倾向性的影响，在浇口杯1与空心活动压块2之间，及空心活动压块2与上模之间均设置过滤网3，能够对金属熔体进行多层过滤，实现金属熔体的纯净化处理，便于研究杂质元素对合金热裂行为的影响。过滤网目数设置为60-200目，能够保证杂质元素的有效过滤及金属熔体的顺利流动。
本发明工作过程如下：
浇口杯和空心活动压块与金属左、右上模通过定位孔相互定位，在浇口杯与空心活动压块之间，以及空心活动压块与上模之间装配过滤网；左上模和右上模与金属型下模通过定位孔相互定位，左上模与右上模再通过螺栓锁紧装置夹紧，完成模具的整体装配；热裂模具的两端通过石墨环和连接螺杆与应力传感器相连接；热裂模具及应力传感器与底座固定连接；温度传感器插入上下模分型面的插孔中；应力传感器和温度传感器分别连接数据采集系统，数据采集系统连接计算机。金属液由浇口杯注入模具，待金属液冷却凝固后，取出热裂试样，进行表面裂纹宏观观察，并根据采集到的数据，绘制出凝固温度与时间，左右两端凝固收缩力与时间的关系曲线以及左右两端凝固收缩力差值与时间的关系曲线，并分析合金热裂萌生及扩展的相关信息。

Claims (5)

1.一种测试合金热裂倾向性的实验装置，其特征在于：主要由热裂模具、连接螺杆、应力传感器、温度传感器与数据采集系统组成；热裂模具的两端通过石墨环（8）和连接螺杆（9）与应力传感器（10）相连接；热裂模具及应力传感器（10）与底座（7）固定连接；热裂模具和应力传感器（10）分别连接数据采集系统（12），热裂模具通过温度传感器（11）连接数据采集系统（12），数据采集系统（12）连接计算机（13）；热裂模具为“倒T”型，从上到下依次设有浇口杯（1）、空心活动压块（2）、过滤网（3）、上模、下模（6）及底座（7）；上模以中心线对称分为左上模（4）和右上模（5），左上模（4）内侧转角部位设置为圆角，右上模（5）内侧转角部位设置为无圆角，左上模（4）与右上模（5）构成热裂模具的直浇道，并与下模（6）相连接，上模上端与过滤网（3）、空心活动压块（2）及浇口杯（1）相连接。
2.根据权利要求1所述的测试合金热裂倾向性的实验装置，其特征在于：在热裂模具的上、下模分型面上开设有测量合金熔体温度的温度传感器插孔（14）；温度传感器（11）位于温度传感器插孔（14）内，并与数据采集系统（12）连接。
3.根据权利要求1所述的测试合金热裂倾向性的实验装置，其特征在于：热裂模具左上模（4）内侧设置圆角，圆角半径为3mm-10mm。
4.根据权利要求1所述的测试合金热裂倾向性的实验装置，其特征在于：浇口杯（1）的下方可设置1-3个空心活动压块（2），每个空心活动压块（2）的高度为50mm。
5.根据权利要求1所述的测试合金热裂倾向性的实验装置，其特征在于：浇口杯（1）与空心活动压块（2）之间设置过滤网（3），空心活动压块（2）与上模之间设置过滤网（3），过滤网目数为60-200目。
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