CN111458368A - 非晶合金在过冷液相区的软化行为的测量系统及测量方法 - Google Patents

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Abstract

非晶合金在过冷液相区的软化行为的测量系统及测量方法，探测头（1）由转换电路分别连接移动位移传感器（2）和压力传感器（3），移动位移传感器（2）和压力传感器（3）经信息传导转换系统（4）将信号传递到控制系统（5），再由控制系统（5）调控施加于探测头（1）的压力和变形速率。测量方法的步骤为：将探测头1带锥刺的一面放置在非晶块体的中心上，使压头刚好接触探测头1平整的一面；在加热后，非晶块体会出现软化现象，探测头（1）嵌入非晶块体内，由移动位移传感器（2）信息传导转换系统（4）采集反馈到控制系统（5）；由移动位移传感器（2）和压力传感器（3）经信息传导转换系统（4）反馈数据，传输到控制系统（5）。

Description

非晶合金在过冷液相区的软化行为的测量系统及测量方法
技术领域
本发明涉及金属超塑性变形领域，具体涉及非晶合金过冷液相区的软化行为的测量装置。
背景技术
对于非晶合金进行超塑性成形工艺过程中，成形温度和成形速率是重要的影响因素，因此对成形温度和成形速率的实时检测和控制，是调控超塑性成形工艺结果的窗口。控制成形温度体现在过冷液相区温度范围内的成形时的温度，对于检测非晶合金坯料是否进入过冷液相区的方法是依靠测温技术，测温技术主要有两种，分别是红外线测温和热电偶测温。其中采用红外线测温存在以下缺点：1.易受环境因素影响，如：环境温度，测量空间中存在较多尘埃等；2.对于光亮或者抛光的金属表面的测温差距较大；3.只限于测量物体外部温度，不能测量存在障碍物时的温度。采用热电偶测温存在以下缺点：1.信号调理复杂，处理不当就会引入误差，导致精度降低；2.精度低，热电偶测量精度只能达到参考接合点温度的测量精度；3.易受腐蚀，随时间而腐蚀可能会降低精度，且保养维护必不可少。在超塑性成形过程中，往往非晶合金坯料超塑性成形时处在温度场相对复杂，周围环境也较为复杂的环境中，并且在非晶合金坯料周围存在较多遮挡物及存在热腐蚀现象，对于非晶自身来说，非晶合金坯料的光洁度较高，故采用普通的测温技术很难实现对超塑性成形过程中的非晶合金坯料的温度实时准确调控，大大降低了产品质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种非晶合金在过冷液相区的软化行为的测量系统及测量方法。
本发明是非晶合金在过冷液相区的软化行为的测量系统及测量方法，测量系统包括探测头1、移动位移传感器2、压力传感器3、信息传导转换系统4、控制系统5和压力机6，探测头1是一个一个面与非晶合金接触，另一个面与压头接触的零件，与非晶合金接触的面上有一个或一个以上的锥状突起，与压头接触的一面为平面；探测头1由转换电路分别连接移动位移传感器2和压力传感器3，移动位移传感器2和压力传感器3经信息传导转换系统4将信号传递到控制系统5，再由控制系统5调控施加于探测头1的压力和变形速率，实现环形传输控制关系，信息传导转换系统4能够将变形位移量和实时变形压力反馈到控制系统5。
非晶合金在过冷液相区的软化行为的测量方法，采用以上所述非晶合金在过冷液相区的软化行为的测量系统，其步骤为：
步骤（1）将探测头1带锥刺的一面平稳地放置在待超塑性成型的非晶块体的中心上；
步骤（2）驱动压力机，使压头刚好接触探测头1平整的一面；
步骤（3）设置一个预压力，预压力设置在0.1KN左右，由压力传感器3、信息传导转换系统4采集反馈到控制系统5；
步骤（4）持续吹氩气1～2min后开始加热，吹氩气行为持续到实验完成冷却后；
步骤（5）在加热后，非晶块体会出现软化现象，探测头1嵌入非晶块体内，由移动位移传感器2信息传导转换系统4采集反馈到控制系统5；
步骤（6）待控制系统5得到理想数值后，开始进行超塑性成型工艺，由移动位移传感器2和压力传感器3采集，经信息传导转换系统4反馈到控制系统5，即可实时监控超塑性成型的压力和应变速率；并由控制系统5优化超塑性成型的压力和应变速率等控制，提高超塑性成形的产品质量；
步骤（7）冷却成型件，待成型件冷却至室温后，停止吹氩气。
本发明的有益效果为：本发明提出的用于测量非晶合金在过冷液相区的软化行为的系统及测量方法，其特征在于，能实时准确测量到非晶合金的软化行为，为在过冷液相区进行超塑性成形提供信号指导；本发明主要是为弥补红外线测温和热电偶测温的不足之处而研究开发的一种新型的用于超塑性成型中预测非晶合金是否进入在过冷液相区，主要用于环境复杂、被测物体光亮、存在障碍物、变形受力以及存在腐蚀的诸多情况下。
附图说明
图1 是测量非晶合金软化工艺流程图，图2 是测量系统的结构框图，图3 是探测头的仰视图，图4是图3中A-A向剖视图，图5是探测头工作状态示意图。
具体实施方式
如图1〜图5所示，本发明是非晶合金在过冷液相区的软化行为的测量系统及测量方法，测量系统包括探测头1、移动位移传感器2、压力传感器3、信息传导转换系统4、控制系统5和压力机6，探测头1是一个一个面与非晶合金接触，另一个面与压头接触的零件，与非晶合金接触的面上有一个或一个以上的锥状突起，与压头接触的一面为平面；探测头1由转换电路分别连接移动位移传感器2和压力传感器3，移动位移传感器2和压力传感器3经信息传导转换系统4将信号传递到控制系统5，再由控制系统5调控施加于探测头1的压力和变形速率，实现环形传输控制关系，信息传导转换系统4能够将变形位移量和实时变形压力反馈到控制系统5。
如图3、图4、图5所示，探测头1是一个连接压头与非晶合金料的部件，它的一个面与非晶合金接触，另一个面与压头接触的零件，与非晶合金接触的面为一个或一个以上的锥状突起，与压头接触的面为平面。
探测头1的小尖锥用于判断非晶合金的软化程度，当非晶合金的温度进入过冷液相区，非晶合金发生软化，在预设的压应力作用下小锥尖将不断陷入、最后全部嵌入非晶合金坯料中，小锥尖的底座平面与非晶合金上平面接触。
探测头1的前端面上设置一个或一个以上小尖锥，锥尖角度为15º～60°。
非晶合金在过冷液相区的软化行为的测量方法，采用图1~图5所示的非晶合金在过冷液相区的软化行为的测量系统，其步骤为：
步骤（1）将探测头1带锥刺的一面平稳地放置在待超塑性成型的非晶块体的中心上；
步骤（2）驱动压力机，使压头刚好接触探测头1平整的一面；
步骤（3）设置一个预压力，预压力设置在0.1KN左右，由压力传感器3、信息传导转换系统4采集反馈到控制系统5；
步骤（4）持续吹氩气1～2min后开始加热，吹氩气行为持续到实验完成冷却后；
步骤（5）在加热后，非晶块体会出现软化现象，探测头1嵌入非晶块体内，由移动位移传感器2信息传导转换系统4采集反馈到控制系统5；
步骤（6）待控制系统5得到理想数值后，开始进行超塑性成型工艺，由移动位移传感器2和压力传感器3采集，经信息传导转换系统4反馈到控制系统5，即可实时监控超塑性成型的压力和应变速率；并由控制系统5优化超塑性成型的压力和应变速率等控制，提高超塑性成形的产品质量；
步骤（7）冷却成型件，待成型件冷却至室温后，停止吹氩气。
以上所述的非晶合金在过冷液相区的软化行为的测量方法，控制系统5根据信息传导转换系统4反馈的应力和应变信息，判定非晶合金料是否发生软化，间接估计非晶合金的温度是否进入过冷液相区。
以上所述的非晶合金在过冷液相区的软化行为的测量方法，预先给非晶合金坯料施加一个预压力，预应力的大小根据非晶合金在过冷液相区发生软化并具有超塑性时的应力确定。
以上所述的非晶合金在过冷液相区的软化行为的测量方法，非晶合金的加热过程被置于真空环境或气氛保护环境。
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1：用于测量非晶合金在过冷液相区的软化行为的系统及测量方法，由探测头1、移动位移传感器2、压力传感器3、信息传导转换系统4及控制系统5等五部分组成，探测头1是一个一个面与非晶合金接触，另一个面与压头接触的零件，与非晶合金接触的面上设计了3个锥角为60°的突起，与压头接触的通常设计为平面。移动位移传感器2用于实时监测和记录探测头的速率和位移；压力传感器3用于实时监测探测头实时承受非晶合金坯料对于压力机施加的反作用力；信息传导转换系统4用于将移动位移传感器2和压力传感器3反馈的信息进行转换和整理，并传输到控制系统5；控制系统5根据反馈的信息，判定非晶合金料块的温度是否进入过冷液相区，是否发生软化，是否具备超塑性成型性能。预先给非晶合金坯料施加一个预压力，随后开始对非晶合金坯料进行加热，进入过冷液相区后非晶合金坯料会出现软化现象而具有超塑性。探测头1会根据不同的预压力和坯料不同的软化程度，探测头1会嵌入非晶合金坯料中不同深度，由移动位移传感器2和压力传感器3经信息传导转换系统4反馈数据，传输到控制系统5，用于确定和优化超塑性成型的变形温度和变形速率等控制，提高超塑性成形的产品质量。
如图1所示，非晶合金超塑性成形工艺流程图。
如图3、图4所示，探测头的结构示意图，探测头采用热作模具钢成形。
如图3、图4所示，探测头的具体尺寸为：总高度8mm；圆盘直径为20mm，高5mm，3个锥状突起的锥尖角度为60°，高度为3mm，以120°均匀分布于直径为10mm的同心圆盘上。
如图5所示，探测头工作状态示意图，3个锥状突起（已嵌入坯料中），并设定0.1KN预压力。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.非晶合金在过冷液相区的软化行为的测量系统，包括探测头（1）、移动位移传感器（2）、压力传感器（3）、信息传导转换系统（4）、控制系统（5）和压力机（6），其特征在于，探测头（1）是一个一个面与非晶合金接触，另一个面与压头接触的零件，与非晶合金接触的面上有一个或一个以上的锥状突起，与压头接触的一面为平面；探测头（1）由转换电路分别连接移动位移传感器（2）和压力传感器（3），移动位移传感器（2）和压力传感器（3）经信息传导转换系统（4）将信号传递到控制系统（5），再由控制系统（5）调控施加于探测头（1）的压力和变形速率，实现环形传输控制关系，信息传导转换系统（4）能够将变形位移量和实时变形压力反馈到控制系统（5）。
2.根据权利要求1所述的非晶合金在过冷液相区的软化行为的测量系统，其特征在于，探测头（1）是一个连接压头与非晶合金料的部件，它的一个面与非晶合金接触，另一个面与压头接触的零件，与非晶合金接触的面为一个或一个以上的锥状突起，与压头接触的面为平面。
3.根据权利要求1所述的非晶合金在过冷液相区的软化行为的测量系统，其特征在于，探测头（1）的小尖锥用于判断非晶合金的软化程度，当非晶合金的温度进入过冷液相区，非晶合金发生软化，在预设的压应力作用下小锥尖将不断陷入、最后全部嵌入非晶合金坯料中，小锥尖的底座平面与非晶合金上平面接触。
4.根据权利要求1所述的非晶合金在过冷液相区的软化行为的测量系统，其特征在于，探测头（1）的前端面上设置一个或一个以上小尖锥，锥尖角度为15º～60°。
5.非晶合金在过冷液相区的软化行为的测量方法，其特征在于，其步骤为：
步骤（1）将探测头1带锥刺的一面平稳地放置在待超塑性成型的非晶块体的中心上；
步骤（2）驱动压力机，使压头刚好接触探测头1平整的一面；
步骤（3）设置一个预压力，预压力设置在0.1KN左右，由压力传感器（3）、信息传导转换系统（4）采集反馈到控制系统（5）；
步骤（4）持续吹氩气1～2min后开始加热，吹氩气行为持续到实验完成冷却后；
步骤（5）在加热后，非晶块体会出现软化现象，探测头（1）嵌入非晶块体内，由移动位移传感器（2）信息传导转换系统（4）采集反馈到控制系统（5）；
步骤（6）待控制系统（5）得到理想数值后，开始进行超塑性成型工艺，由移动位移传感器（2）和压力传感器（3）采集，经信息传导转换系统（4）反馈到控制系统（5），即可实时监控超塑性成型的压力和应变速率；并由控制系统（5）优化超塑性成型的压力和应变速率等控制，提高超塑性成形的产品质量；
步骤（7）冷却成型件，待成型件冷却至室温后，停止吹氩气。
6.根据权利要求1所述的非晶合金在过冷液相区的软化行为的测量方法，其特征在于，控制系统（5）根据信息传导转换系统（4）反馈的应力和应变信息，判定非晶合金料是否发生软化，间接估计非晶合金的温度是否进入过冷液相区。
7.根据权利要求1所述的非晶合金在过冷液相区的软化行为的测量方法，其特征在于，预先给非晶合金坯料施加一个预压力，预应力的大小根据非晶合金在过冷液相区发生软化并具有超塑性时的应力确定。
8.根据权利要求1所述的非晶合金在过冷液相区的软化行为的测量方法，其特征在于，非晶合金的加热过程被置于真空环境或气氛保护环境。
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