CN112098271A - 一种非晶合金熔体流动性测试系统及测试方法 - Google Patents

一种非晶合金熔体流动性测试系统及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种非晶合金熔体流动性测试系统及测试方法，属于块体非晶合金技术领域。本发明的铸型结构能够将熔体准确地注入铸型中，且通过与接触式热电偶测试体系的共同作用，能够获取非晶合金熔体在铸造过程中的平均冷却温度和平均流动速度；同时，通过改变铸型的材质，可以获取非晶合金熔体在不同材质铸型中的流动情况(平均冷却温度和平均流动速度)，为评价非晶合金铸造时熔体的流动性和充型能力提供有用的技术参数。本发明还提供了利用上述技术方案所述的非晶合金熔体流动性测试系统对非晶合金熔体的流动性测试方法，本发明提供的测试方法简单、易操作。

Description

一种非晶合金熔体流动性测试系统及测试方法
技术领域
本发明涉及块体非晶合金技术领域，尤其涉及一种非晶合金熔体流动性测试系统及测试方法。
背景技术
块体非晶合金由于其长程无序而短程有序的特殊结构特征，赋予了该合金高强度(在1800～3000MPa的范围)、高硬度(铸态硬度在HRC55～60的范围)、高断裂韧性(大于60MPa·m-1/2)以及良好的耐磨性能和耐腐蚀性能等优异的物理和化学性能，使块体非晶合金成为具有良好应用前景的新型结构材料。为了避免大气环境的氧化对非晶态结构的影响，块体非晶合金的制备必须在真空环境中进行熔炼，成型加工也必须在真空环境中进行。也就是说，块体非晶合金无法在大气环境中用常规的锻造或焊接方法进行成形加工。虽然，块体非晶合金在过冷液相区具有优良的超塑性特点，但超塑性范围很窄，工艺参数极难控制，而且对设备性能要求也很高。另外，在过冷液相区成形，也极易诱发非晶态的晶化转变，使材料的力学性能发生劣化。综上，利用块体非晶合金熔体的流动性进行真空铸造成型是实现块体非晶合金低成本加工成形的有效技术途径。
利用块体非晶合金熔体的流动性进行真空铸造成型过程中存在以下技术问题：块体非晶合金的形成需要快速冷却，然而快速冷却又不利于浇注过程中合金熔体的流动和充型。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种非晶合金熔体流动性测试系统及方法。本发明提供的非晶合金熔体流动性测试系统能够得到非晶合金熔体在不同材质铸型中的平均流动速度和平均冷却速度，可以直接比较块体非晶合金熔体在不同材质铸型中的流动情况，为评价块体非晶合金铸造时熔体的流动性和充型能力提供有用的技术参数。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种非晶合金熔体流动性测试系统，包括铸型和接触式热电偶测试体系；
所述铸型为圆柱体，所述铸型包括依次叠加设置的底部铸型、中部铸型和顶部铸型；所述顶部铸型的中心设有倒锥型浇注口；所述中部铸型的中心设置有与所述倒锥型浇注口连通的贯穿直浇道；所述底部铸型的上表面有以圆心为起始点的型腔；所述倒锥型浇注口的底端直径与所述贯穿直浇道的直径相同；所述贯穿直浇道与所述型腔连通；
所述接触式热电偶测试体系包括导线顺次连接的热电偶部、温度采集器和计算机；所述热电偶部为3个并联连接的热电偶，分别为第一热电偶、第二热电偶和第三热电偶，所述第一热电偶位于顶部铸型的倒锥型浇注口底端；所述第二热电偶位于中部铸型的贯穿直浇道底端；所述第三电偶位于底部铸型的型腔中。
优选地，所述型腔的形状为螺旋线形型腔、圆柱形型腔、矩形板状型腔、圆盘状型腔或圆环状型腔。
优选地，所述型腔的形状为螺旋线形型腔时，所述螺旋线形型腔的圆形截面直径为8mm。
优选地，以所述型腔的形状轨迹计，所述第三热电偶距离型腔起始点的距离为58mm。
优选地，所述铸型的材质为HM1耐热模具钢、WX-4高纯石墨或T1工业紫铜。
优选地，所述顶部铸型、中部铸型和底部铸型通过定位销和定位孔连接定位；所述顶部铸型和中部铸型由两个半圆柱组成。
优选地，还包括真空非自耗电弧炉，所述真空非自耗电弧炉附带有可翻转式水冷铜坩埚；所述铸型位于所述真空非自耗电弧炉的底座中心的模具垫上；所述接触式热电偶测试体系中的温度采集器和计算机位于所述真空非自耗电弧炉的外部。
优选地，所述可翻转式水冷铜坩埚包括坩埚本体和坩埚手柄；所述坩埚本体位于所述真空非自耗电弧炉炉腔的中心，所述坩埚手柄穿过所述真空非自耗电弧炉的炉体。
本发明还提供了利用上述技术方案所述的非晶合金熔体流动性测试系统对非晶合金熔体的流动性进行测试的方法，包括以下步骤：
(1)提供非晶合金熔体；将所述非晶合金熔体浇注至铸型中；通过接触式热电偶测试体系获取铸造过程中熔体在铸型不同位置的温度及熔体通过时间，得到非晶合金熔体在第二热电偶和第三热电偶之间的平均流动速度和平均冷却速度；
改变铸型的材质，重复步骤(1)，得到非晶合金熔体在不同材质铸型中在第二热电偶和第三热电偶之间的平均流动速度和平均冷却速度。
优选地，所述非晶合金熔体为ZrTiCuNiBe系列非晶合金熔体。
本发明提供了一种非晶合金熔体流动性测试系统，包括铸型和接触式热电偶测试体系；所述铸型为圆柱体，所述铸型包括依次叠加设置的底部铸型、中部铸型和顶部铸型；所述顶部铸型的中心设有倒锥型浇注口；所述中部铸型的中心设置有与所述倒锥型浇注口连通的贯穿直浇道；所述底部铸型的上表面有以圆心为起始点的型腔；所述倒锥型浇注口的底端直径与所述贯穿直浇道的直径相同；所述贯穿直浇道与所述型腔连通；所述接触式热电偶测试体系包括导线顺次连接的热电偶部、温度采集器和计算机；所述热电偶部为3个并联连接的热电偶，分别为第一热电偶、第二热电偶和第三热电偶，所述第一热电偶位于顶部铸型的倒锥型浇注口底端；所述第二热电偶位于中部铸型的贯穿直浇道底端；所述第三电偶位于底部铸型的型腔中。
本发明的铸型结构能够将熔体准确地注入铸型中，且通过与接触式热电偶测试体系的共同作用，能够获取非晶合金熔体在铸造过程中的平均冷却温度和平均流动速度，具体地，第一热电偶能够获取熔体到达贯穿直浇道位置的浇铸温度，再通过第二热电偶和第三热电偶测到的合金熔体的温度和及熔体流过第二热电偶和第三热电偶的时间，获得合金熔体的平均冷却速度和平均流速；同时，通过改变铸型的材质，可以获取非晶合金熔体在不同材质铸型中的流动情况(平均冷却温度和平均流动速度)，为评价非晶合金铸造时熔体的流动性和充型能力提供有用的技术参数。
进一步地，本发明提供的非晶合金熔体流动性测试系统中部铸型的顶部铸型和中部铸型的圆柱分别由两个半圆柱所组成；且顶部铸型、中部铸型和底部铸型之间通过定位销和定位孔连接定位；铸型的这种结构可以方便取出试样。另外，铸型可重复使用。
本发明还提供了利用上述技术方案所述的非晶合金熔体流动性测试系统对非晶合金熔体的流动性进行测试的方法，本发明提供的方法简单、易操作。
附图说明
图1为本发明提供的铸型的结构分解示意图，其中，14-1为底部铸型，14-1-1为型腔，14-1-2为定位销，14-2为中部铸型，14-2-1为贯穿直浇道，14-2-2为定位孔，14-3为顶部铸型，14-3-1为倒锥形浇注口；
图2为本发明提供的接触式热电偶测试体系示意图，其中，8为温度采集器，9为计算机，10为导线，12为热电偶部，12-1为第一热电偶，12-2为第二热电偶，12-3为第三热电偶；
图3为热电偶在铸型上的分布图；
图4为本发明提供的非晶合金熔体流动性测试系统的示意图，其中，1-底盘，2-非自耗电极，3-合金熔体，4-坩埚本体，5-密封法兰，6-陶瓷密封接线柱，7-坩埚手柄，8-温度采集器，9-计算机，10-导线，11-动密封装置，12-热电偶，13-模具垫，14-铸型，15-炉体，16-真空通道；
图5为实施例1～3所得块体非晶合金流动性试样的实物图；
图6为实施例1～3所得块体非晶合金流动性试样的XRD图谱；
图7为实施例1～3所得块体非晶合金流动性试样的DSC曲线图；
图8为实施例4所用型腔结果示意图；
图9为实施例4所得块体非晶合金流动性试样的实物图；
图10为实施4所得块体非晶合金流动性试样的XRD谱图。
具体实施方式
本发明提供了一种非晶合金熔体流动性测试系统，包括铸型和接触式热电偶测试体系；
所述铸型为圆柱体，所述铸型包括依次叠加设置的底部铸型、中部铸型和顶部铸型；所述顶部铸型的中心设有倒锥型浇注口；所述中部铸型的中心设置有与所述倒锥型浇注口连通的贯穿直浇道；所述底部铸型的上表面有以圆心为起始点的型腔；所述倒锥型浇注口的底端直径与所述贯穿直浇道的直径相同；所述贯穿直浇道与所述型腔连通；
所述接触式热电偶测试体系包括导线顺次连接的热电偶部、温度采集器和计算机；所述热电偶部为3个并联连接的热电偶，分别为第一热电偶、第二热电偶和第三热电偶，所述第一热电偶位于顶部铸型的倒锥型浇注口底端；所述第二热电偶位于中部铸型的贯穿直浇道底端；所述第三电偶位于底部铸型的型腔中。
本发明提供的非晶合金熔体流动性测试系统包括铸型，所述铸型为圆柱体，所述圆柱体铸型的直径优选为120mm，高度优选为80mm；所述铸型的材质优选为HM1耐热模具钢、WX-4高纯石墨或T1工业紫铜。。
图1为本发明提供的铸型的结构分解示意图，下面结合图1来详细描述所述铸型的结构。在本发明中，所述铸型包括依次叠加设置的底部铸型14-1、中部铸型14-2和顶部铸型14-3；所述底部铸型的厚度优选为40mm；所述中部铸型的厚度优选为10mm；所述顶部铸型的厚度优选为30mm。
在本发明中，所述顶部铸型14-3的中心设有倒锥型浇注口14-3-1；所述倒锥型浇注口的顶端直径优选为40mm，所述倒锥型浇铸口的底端直径优选为8mm。在本发明中，所述顶部铸型优选由两个半圆柱组成。
在本发明中，所述中部铸型14-2的中心设置有与所述倒锥型浇注口连通的贯穿直浇道14-2-1；所述贯穿直浇道的直径与所述倒锥型浇注口的底端直径相同。在本发明中，所述中部铸型优选由两个半圆柱组成。
在本发明中，所述底部铸型14-1的上表面有以圆心为起始点的型腔14-1-1；所述贯穿直浇道与所述型腔连通。在本发明中，所述型腔的形状优选为螺旋线形型腔、圆柱形型腔、矩形板状型腔、圆盘状型腔或圆环状型腔；在本发明的具体实施例中所述型腔的形状进一步优选为螺旋线形型腔，所述螺旋线形型腔的圆形截面直径优选为8mm。
在本发明中，所述顶部铸型14-3、中部铸型14-2和底部铸型14-1通过定位销14-1-2和定位孔14-2-2连接定位。
在本发明中，所述顶部铸型和中部铸型由两个半圆柱组成；且顶部铸型、中部铸型和底部铸型之间通过定位销和定位孔连接定位；铸型的这种结构可以方便取出试样。另外，铸型可重复使用。
本发明提供的非晶合金熔体流动性测试系统包括接触式热电偶测试体系；图2为本发明提供的接触式热电偶测试体系示意图，下面结合图2详细描述接触式热电偶测试体系的结构。在本发明中，所述接触式热电偶测试体系包括导线10顺次连接的热电偶部12、温度采集器8和计算机9；所述热电偶部12为3个并联连接的热电偶，分别为第一热电偶12-1、第二热电偶12-2和第三热电偶12-3，所述第一热电偶位于顶部铸型的倒锥型浇注口底端；所述第二热电偶位于中部铸型的贯穿直浇道底端；所述第三电偶位于底部铸型的型腔中。在本发明的具体实施例中，当型腔的形状优选为螺旋线形型腔时，以所述型腔的形状轨迹计，所述第三热电偶距离型腔起始点的距离优选为58mm。在本发明中，所述热电偶在铸型上的分布图如图3所示。
本发明的铸型结构能够将熔体准确地注入铸型中，且通过与接触式热电偶测试体系的共同作用，能够获取获取非晶合金熔体在铸造过程中的平均冷却温度和平均流动速度；同时，通过改变铸型的材质，可以获取非晶合金熔体在不同材质铸型中的流动情况(平均冷却温度和平均流动速度)，为评价非晶合金铸造时熔体的流动性和充型能力提供有用的技术参数。
在本发明中，所述非晶合金熔体流动性测试系统优选还包括真空非自耗电弧炉。在本发明中，当所述非晶合金熔体流动性测试系统包括真空非自耗电弧炉时，所述非晶合金熔体流动性测试系统的结构示意图如图4所示。下面结合图4对所述真空非自耗电弧炉和非晶合金熔体流动性测试系统进行介绍。
在本发明中，所述真空非自耗电弧炉包括底盘1、非自耗电极2、位于底座中心的模具垫13、炉体15和真空通道16；所述真空非自耗电弧炉附带有可翻转式水冷铜坩埚；述可翻转式水冷铜坩埚包括坩埚本体4和坩埚手柄7；所述坩埚本体4位于所述真空非自耗电弧炉炉腔的中心；所述坩埚本体与铸型上表面的距离优选为100mm；所述坩埚手柄7穿过所述真空非自耗电弧炉的炉体15；所述坩埚手柄7在穿过所述真空非自耗电弧炉的炉体15时，优选通过设置在真空非自耗电弧炉的炉体15上的动密封装置11进行密封保护。在本发明中，所述可翻转式水冷坩埚优选配备有循环冷却水系统。
在本发明中，所述铸型优选位于所述真空非自耗电弧炉的底座中心的模具垫上。
在本发明中，所述接触式热电偶测试体系中的温度采集器和计算机优选位于所述真空非自耗电弧炉的外部；所述导线10在穿过真空非自耗电弧炉炉体时优选通过保护装置，所述保护装置包括设置在所述真空非自耗电弧炉炉体上的密封法兰5和陶瓷密封接线柱6。
本发明采用真空非自耗电弧炉作为非晶合金的熔融容器，保证了非晶合金熔体的充分熔融。
本发明还提供了利用上述技术方案所述的非晶合金熔体流动性测试系统对非晶合金熔体的流动性进行测试的方法，包括以下步骤：
(1)提供非晶合金熔体；将所述非晶合金熔体浇注至铸型中；通过接触式热电偶测试体系获取铸造过程中熔体在铸型不同位置的温度及熔体通过时间，得到非晶合金熔体在第二热电偶和第三热电偶之间的平均流动速度和平均冷却速度；
改变铸型的材质，重复步骤(1)，得到非晶合金熔体在不同材质铸型中在第二热电偶和第三热电偶之间的平均流动速度和平均冷却速度。
在本发明中，所述非晶合金熔体优选为ZrTiCuNiBe系列非晶合金熔体；所述ZrTiCuNiBe系列非晶合金优选包括以下质量百分含量的原子：Zr 38～55％、Ti 9～14％、Cu 8～13％、Ni 9～11％、Be 18～24％。
在本发明中，当熔体首次流经三个热电偶时，热电偶的温度会突然升高，此时的温度即为熔体经过该热电偶放置位置的温度；对于熔体首次经过热电偶的时间优选通过ADAM模块的数据采集系统获得。
在本发明中，所述第一热电偶测量的温度为非晶合金熔体到达贯穿直浇道位置的浇注温度和时间；优选通过第二热电偶和第三热电偶测到的合金熔体的温度、熔体首次经过第二热电偶和第三热电偶的时间，获得合金熔体的平均冷却速度和平均流速。
在本发明中，所述平均流动速度是指合金熔体在流经第二热电偶和第三热电偶之间的平均流速，具体计算方法为：用第二热电偶和第三热电偶之间的型腔形状距离，除以熔体首次流到第三热电偶和第二热电偶的时间差；所述平均冷却速度是指合金熔体在流经第二热电偶和第三热电偶之间的平均冷却速度，具体计算方法为：用第二热电偶和第三热电偶之间温度差，除以熔体首次流到第三热电偶和第二热电偶的时间差。
在本发明中，当所述非晶合金熔体流动性测试系统中包括附带有可翻转式水冷铜坩埚的真空非自耗电弧炉时，利用所述的非晶合金熔体流动性测试系统对非晶合金熔体的流动性进行测试的方法，包括以下步骤：
(1)将非晶合金置于坩埚本体中进行熔融处理，得到非晶合金熔体；翻转坩埚手柄，将所述非晶合金熔体浇注至铸型中；通过接触式热电偶测试体系获取铸造过程中熔体在铸型不同位置的温度及熔体通过时间，得到非晶合金熔体在第二热电偶和第三热电偶之间的平均流动速度和平均冷却速度；
改变铸型的材质，重复步骤(1)，得到非晶合金熔体在不同材质铸型中在第二热电偶和第三热电偶之间的平均流动速度和平均冷却速度。
在本发明中，所述熔融处理优选在保护气氛下进行；所述保护气氛优选为氩气；所述熔融处理的压力优选为0.05MPa。在本发明中，所述熔融处理的压力的获取过程优选包括以下步骤：
先启动机械真空泵，并打开机械真空泵与真空非自耗电弧炉炉体之间的隔断阀门进行抽真空至5×10-2mbar，再启动真空分子泵继续抽真空，当真空非自耗电弧炉炉体内的真空度抽至6×10-5mbar时，关闭真空机械泵及真空分子泵与真空非自耗电弧炉炉体之间的隔断阀门，然后充入氩气至熔融处理压力，进行惰性气氛保护。
在本发明中，所述熔融处理的具体操作优选包括：
当真空非自耗电弧炉充完氩气后，接通电源，先将电流调至50A时对放置在真空非自耗电弧炉中可翻转式水冷铜坩埚中的非晶合金锭进行引弧，引弧后电流以100A/s的速度增加至250A。
熔融处理结束后，本发明优选还包括将真空非自耗电弧炉的电流调至零时关闭电源。
本发明提供的方法简单、易操作，且能够准确获得非晶合金熔体在浇铸过程中的平均冷却速度和平均流动速度，为评价非晶合金铸造时熔体的流动性和充型能力提供有用的技术参数。
下面结合实施例对本发明提供的非晶合金熔体流动性测试系统及测试方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)安装测试系统：采用附带有可翻转式水冷铜坩埚的真空非自耗电弧炉，打开真空非自耗电弧炉的底座，将HM1耐热模具钢制造的铸型放置在底座的模具垫上，然后将铸型上的热电偶导线夹在炉体内的陶瓷密封接线柱上，所述热电偶在铸型上的分布图如图3所示；所述型腔为螺旋线形型腔；所述螺旋线形型腔的圆形截面直径为8mm；合上底座并用螺栓将底座与炉体紧固；所述底部铸型的厚度为40mm，中部铸型的厚度为10mm，顶部铸型的厚度为30mm；所述贯穿直浇道的直径为8mm；所述倒锥形浇注口的顶端直径为40mm，底端直径为8mm；
(2)装料：将50克Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5合金成分的母合金锭，放入可翻转式水冷铜坩埚的坩埚本体中，合炉后开启可翻转式水冷铜坩埚的循环冷却水系统并进行抽真空；
(3)抽真空：合炉后，先启动真空机械泵，并打开机械真空泵与炉体之间的隔断阀门进行抽真空至5×10-2mbar时，再启动真空分子泵继续抽真空，当炉体内的真空度抽至6×10-5mbar时，关闭机械真空泵及真空分子泵与炉体之间的隔断阀门，然后充入氩气至0.05MPa(误差控制在0～0.003MPa内)进行惰性气氛保护。
(4)熔炼和浇注：当真空非自耗电弧炉充完氩气后，接通电源，先将电流调至50A时对放置在真空非自耗电弧炉中可进行翻转浇注的水冷铜坩埚中的50克母合金锭进行引弧，引弧后以100A/s的速度将电流加至250A，在电流增加过程中，母合金锭逐渐熔化，当合金完全熔化后继续熔炼1分钟，然后迅速将电流调至零时关闭电源，同时快速翻转可翻转式水冷铜坩埚，将合金熔体浇注到铸型中(合金熔炼和浇注需要两人配合完成)，即可得到块体非晶合金流动性试样。
实施例2
实施例2的流动性测试过程与实施例1基本相同，不同之处在于实施例2所使用的铸型是用WX-4高纯石墨制造的。其实施过程为重复实施例1的操作，即可以得到块体非晶合金流动性试样。
实施例3
实施例3的流动性测试过程与实施例1基本相同，不同之处在于实施例3所使用的铸型是用T1工业紫铜制造的。其实施过程为重复实施例的操作，即可以得到块体非晶合金流动性试样。
实施例1～3所得块体非晶合金流动性试样的实物图如图5所示。
表1为实施例1～3中块体非晶合金熔体在不同时刻对应的温度、流动速度和流动长度结果。
表1实施例1～3中块体非晶合金熔体在不同时刻对应的温度、流动速度和流动长度
Figure BDA0002689255180000101
表1中，将合金熔体首次经过图3中第一热电偶、第二热电偶和第三热电偶的时间分别定义为t1、t2和t3，对应的温度分别定义为T1、T2和T3，K2-3为第二热电偶和第三热电偶之间合金熔体的平均冷却速度，V2-3为第二热电偶和第三热电偶之间合金熔体的平均流动速度，L2-3为第二热电偶和第三热电偶之间合金熔体的流动长度，L为合金熔体在螺旋线形铸型中的流动长度。
从表1和图5可以看出：在相同浇注温度的条件下，不同材质的铸型，对块体非晶合金熔体的流动长度、流动速度和冷却速度均产生一定的影响。在三种材质的铸型中，工业紫铜铸型的导热能力最强，其冷却速度也最大；高纯石墨铸型的导热能力次之，其冷却速度则有所减小；耐热模具钢铸型的导热能力最差，其冷却速度也最小。但充型速度和流动长度则与冷却速度相反，理论上充型速度和流动长度应该是：耐热模具钢铸型>高纯石墨铸型>工业紫铜铸型。但在实验发现，充型速度最快与流动长度最长的是高纯石墨模具，这是因为石墨铸型具有自润滑的特性，合金熔体在高纯石墨铸型中的流动阻力最小，所以显示其流动速度和流动长度都最大。
图6为实施例1～3所得块体非晶合金流动性试样的XRD图谱，图7为实施例1～3所得块体非晶合金流动性试样的DSC曲线图，实施例1～3所得块体非晶合金流动性试样的热力学特征参数如表2所示。
表2实施例1～3所得块体非晶合金流动性试样的热力学特征参数
Figure BDA0002689255180000102
表2中：Tg为玻璃转变温度，Tx为晶化温度，Tm为合金熔点，ΔTx为过冷液相区宽度，Trg为约化玻璃转变温度。
从图6可以看出：虽然在三种铸型中获得的流动性试样的XRD图谱都呈现典型的非晶态结构特征的谱线，但是在耐热模具钢铸型和高纯石墨铸型流动性试样的XRD衍射图谱的2θ＝29°附近，都出现了微弱的晶化衍射峰，并且耐热模具钢铸型的流动性试样的晶化衍射峰强度大于高纯石墨铸型的，这说明不同材料的铸型对非晶合金的形成产生了一定的影响，这种影响主要是来自铸型冷却速率的作用。铸型材质对Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5块体非晶合金形成能力的影响，在图7的DSC曲线上也可以得到证明。在耐热模具钢铸型和高纯石墨铸型中流动性试样的DSC曲线中的熔化峰右侧大约在975K温度附近，出现了一个微小的吸热峰，见图7中虚线所示位置，表明此时非晶合金熔体中有晶相熔化所引起的吸热，但由于合金熔体中的晶化相含量很低，因此，只能观察到微弱的熔化吸热峰。另外，由于耐热模具钢铸型、高纯石墨铸型和工业紫铜铸型的冷却能力不同，导致Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5块体非晶合金的玻璃转变温度向低温方向发生微小的偏移，对应的约化玻璃转变温度Trg分别为：0.635、0.672和0.674。
综合图6的XRD图谱和图7的DSC曲线分析结果可知：由于耐热模具钢铸型和高纯石墨铸型对Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5块体非晶合金形成能力具有一定的影响。
为了保证用重力铸造获得的Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5块体非晶合金铸件的非晶态结构，本发明选用工业紫铜铸型进行了铸造成形试验。
实施例4
(1)安装测试系统：采用附带有可翻转式水冷铜坩埚的真空非自耗电弧炉，打开真空非自耗电弧炉的底座，将工业紫铜铸型放置在底座的模具垫上，然后将铸型上的热电偶导线夹在炉体内的陶瓷密封接线柱上，所述型腔结构如图8所示；合上底座并用螺栓将底座与炉体紧固；
(2)装料：将780g Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5合金成分的母合金锭，放入真空非自耗电弧炉中可翻转式水冷铜坩埚的坩埚本体中，合炉后开启可翻转式水冷铜坩埚的循环冷却水系统并进行抽真空；
(3)抽真空：合炉后，抽真空至2.3×10-2Par，关闭真空泵，然后充入氩气至0.05MPa(误差控制在0～0.003MPa内)进行惰性气氛保护；
(4)熔炼和浇注：当真空非自耗电弧炉充完氩气后，接通电源，首先将功率加至10kW后保持10min，继续加载功率至12.5kW保持5mim，最后加载功率至15kW；此时Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5母合金锭已经熔化；用红外测温仪测试熔融合金的温度，当温度达到850℃时切断电源，迅速翻转坩埚手柄，将熔融的Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5合金熔体浇注到铸型中(合金熔炼和浇注需要两人配合完成)，即可得到块体非晶合金流动性试样。
所得块体非晶合金流动性试样的实物图如图9所示。
图10为所得块体非晶合金流动性试样的XRD谱图，从图10可以看出：所得铸件为非晶态结构，由此证明本发明提供的系统的测试方法是可行的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种非晶合金熔体流动性测试系统，其特征在于，包括铸型和接触式热电偶测试体系；
所述铸型为圆柱体，所述铸型包括依次叠加设置的底部铸型、中部铸型和顶部铸型；所述顶部铸型的中心设有倒锥型浇注口；所述中部铸型的中心设置有与所述倒锥型浇注口连通的贯穿直浇道；所述底部铸型的上表面有以圆心为起始点的型腔；所述倒锥型浇注口的底端直径与所述贯穿直浇道的直径相同；所述贯穿直浇道与所述型腔连通；
所述接触式热电偶测试体系包括导线顺次连接的热电偶部、温度采集器和计算机；所述热电偶部为3个并联连接的热电偶，分别为第一热电偶、第二热电偶和第三热电偶，所述第一热电偶位于顶部铸型的倒锥型浇注口底端；所述第二热电偶位于中部铸型的贯穿直浇道底端；所述第三电偶位于底部铸型的型腔中。
2.根据权利要求1所述的非晶合金熔体流动性测试系统，其特征在于，所述型腔的形状为螺旋线形型腔、圆柱形型腔、矩形板状型腔、圆盘状型腔或圆环状型腔。
3.根据权利要求2所述的非晶合金熔体流动性测试系统，其特征在于，所述型腔的形状为螺旋线形型腔时，所述螺旋线形型腔的圆形截面直径为8mm。
4.根据权利要求3所述的非晶合金熔体流动性测试系统，其特征在于，以所述型腔的形状轨迹计，所述第三热电偶距离型腔起始点的距离为58mm。
5.根据权利要求1所述的非晶合金熔体流动性测试系统，其特征在于，所述铸型的材质为HM1耐热模具钢、WX-4高纯石墨或T1工业紫铜。
6.根据权利要求1所述的非晶合金熔体流动性测试系统，其特征在于，所述顶部铸型、中部铸型和底部铸型通过定位销和定位孔连接定位；所述顶部铸型和中部铸型由两个半圆柱组成。
7.根据权利要求1所述的非晶合金熔体流动性测试系统，其特征在于，还包括真空非自耗电弧炉，所述真空非自耗电弧炉附带有可翻转式水冷铜坩埚；所述铸型位于所述真空非自耗电弧炉的底座中心的模具垫上；所述接触式热电偶测试体系中的温度采集器和计算机位于所述真空非自耗电弧炉的外部。
8.根据权利要求7所述的非晶合金熔体流动性测试系统，其特征在于，所述可翻转式水冷铜坩埚包括坩埚本体和坩埚手柄；所述坩埚本体位于所述真空非自耗电弧炉炉腔的中心，所述坩埚手柄穿过所述真空非自耗电弧炉的炉体。
9.利用权利要求1～6任一项所述的非晶合金熔体流动性测试系统对非晶合金熔体的流动性进行测试的方法，包括以下步骤：
(1)提供非晶合金熔体；将所述非晶合金熔体浇注至铸型中；通过接触式热电偶测试体系获取铸造过程中熔体在铸型不同位置的温度及熔体通过时间，得到非晶合金熔体在第二热电偶和第三热电偶之间的平均流动速度和平均冷却速度；
改变铸型的材质，重复步骤(1)，得到非晶合金熔体在不同材质铸型中在第二热电偶和第三热电偶之间的平均流动速度和平均冷却速度。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述非晶合金熔体为ZrTiCuNiBe系列非晶合金熔体。
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