CN1453577A

CN1453577A - 铸铝合金物理性能级比速测法及其测量仪

Info

Publication number: CN1453577A
Application number: CN 03113224
Authority: CN
Inventors: 戚秀清; 涂明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2003-04-21
Publication date: 2003-11-05

Abstract

本发明公开了一种铸造铝基合金物理性能级比速测法及其测量仪。其主要特征是采用“级比法”，将铝合金按材质性能差异划分为不同的类和级，用标准试棒模事先浇注各级的基准试样和对应的拉力试棒，通过本发明仪器确定基准试样的电参数B₀；借助常规分析获得拉力试棒的物理性能参数。以相同方法按级浇注具有不同电参数的被测试样和对应的拉力试棒，获得不同的诸物理性能参数；将被测试样与基准试样在该仪器上对比得到不同的“级比特征值”Xb。确立Xb与对应拉力试棒诸物理性能参数间的数学模型，再以相同的方法浇注被测试样与同级基准试样进行比较，测出所需物理性能参数。本发明也适用于铸造铝合金、锌合金、铜合金精炼效果、铸铁孕育效果的测试。

Description

铸铝合金物理性能级比速测法及其测量仪

技术领域：

本发明属于铸造合金物理性能定量测定技术领域。具体地说涉及一种用于铸造生产现场，定量测定铝合金或灰铸铁等变质效果、铸态组织、机械性能等物理参数的快速检测方法及其检测装置。

背景技术：

铝合金通过变质处理，可显著地改善其铸态组织，提高机械性能。目前人们对变质处理效果及铸态组织、机械性能的检测仍采用常规理化试验方法，即用金相显微镜观察显微组织，原子吸收光谱分析变质元素的残留量，以确定其变质效果；用拉力机做拉力试验、硬度计打硬度来确定其机械性能。上述常规试验方法只能是事后成品检验，需要较长的时间和大的投资，不能满足生产现场测试需要。为实现生产过程的实时测控，人们长期进行了大量的研究，曾提出有热分析法、比电阻法等及其相应的仪器。热分析法是用热电偶和电位差计记录铝合金凝固过程温度随时间变化的“冷却曲线”T＝f(τ)，根据温度特征值来确定变质元素残留量，进而头判定变质效果。1999年10月在全国铸件质量控制与测试技术第八届年会上北京航空材料研究院王英杰高级工程师发表了《热分析技术在铸造铝合金质量控制中的应用》。然而正如在2001年中国铸造熔炼技术与工业炉研讨会上无锡市宏德铸造技术开发有限公司涂思柏高级工程师等发表的论文《铸造材质性能在线测试技术》中所指出的，由于变质良好区的特征温度范围ΔT小，当硅含量为11.1％时，ΔT＝4°K，当硅含量低于8％时，ΔT＜2°K，在铸造现场很难准确测定，加之如熔炼设备变化，原材料质量、生产工艺以及操作者水平限制等等，致使热分析技术不能满足铸铝生产在线测试需要。上海铸协编写的《简明铸工手册》(第2版黄良余主编，1999年11月第1次印刷)，介绍了比电阻法及其变质测量仪的原理、结构及测试结果。其将变质前、后的试样进行比较，测定由于变质而引起的电导率的变化率，称为“微比电导”Δb值能在5-7分钟内确定变质效果及其它物理性能参数。本发明人曾参与该成果的研制。由于该方法只着眼于变质前后合金电导率的变化值，未能充分考虑到合金成分差异、环境温度变化、以及接触电阻的干扰，特别是后来多种新型长效变质剂的出现，使该方法不能满足生产测控实际需要。比如：稀土、锶等长效变质剂的应用，使得变质前后的Δb值相差不大，导致误判变质效果。因此，如何炉前快速定量、测定铝合金变质效果、显微组织和机械性能至今仍是各国铸造工作者研究的课题。

发明内容：

本发明的目的是克服上述已有技术的缺点，提供一种炉前快速、定量测定铝基合金变质效果、铸态组织、机械性能等参数的铸造铝基合金物理性能级比速测法及其测量仪。

本铸造铝基合金物理性能级比速测法，它包括下列步骤：

A、将铝合金分为铝硅合金、铝铜合金、铝锌合金、铝硅铜系合金和铝锌铜系合金等6类。每类又分为3-4级，如铝硅合金分为ZL101、ZL102、ZL104等3级。根据变质剂的区别，它们又可分为短效钠变质、长效锶变质和复合变质等3种。

B、分别选定并制作每类每级的基准试样和对应的常规拉力试样，对常规拉力试样进行常规理化分析，测定表征基准试样物理性能的电参量B。。

C、依照同样方法分类分级制作具有不同物理性能的被测试样及对应的常规拉力试样，对常规拉力试样进行常规理化分析，得到不同的常规物理性能参数。将被测试样与同级基准试样在同等条件下进行对比，测定被测试样的电参量Bx。Bo、Bx经放大、显示后依次送到微处理器中，由微处理器计算出被测试样相对于基准试样电参量的变化率X_b＝(B_o-B_x)÷Bx×100，即级比特征值。

D、根据xb和对应的常规物理性能参数的回归分析结果以及有关的经验公式，确立各类各级的显微组织(MT)、变质元素残留量(ε)和机械性能(σb、δ)与Xb间的数学模型。

E、炉前测试时，将被测试样和同类同级的基准试样在同等条件下进行对比，得到Xb，再根据Xb和同级材质的数学模型测出被测试样对应国标拉力试棒的诸物理性能参数结果。

为实现上述方法的测量仪，包括比较器(1)、直流稳压电源(2)、放大及显示器(3)、微处理器(4)、打印机(5)、标样(6)、定时器(7)和试棒模(8)。其特征为所述比较器(1)由几何结构尺寸电路完全相同且与国标拉力试棒尺寸相配套的基准臂C、测量臂A、B组成，基准臂和测量臂均含有四对并排、相互平行且相互绝缘的测试触头(11、12)、(21、22)、(31、32)、(41、42)和两个对称的电卡头01、02。相邻两对触头间相距分别为50-70mm，20-40mm；电夹头01、02内面和与之相邻触头间距离约为10mm，每个触头依靠一个弹簧压紧在触头座03上，其压力可通过螺管04调节。基准臂和测量臂通过各自的电卡头依次串接至一直流稳压电源。

本发明测量仪的电卡头(01)、(02)由有两块刀片对称地固定于弹簧片上，弹簧片固定于绝缘垫块3上，用于夹持和定位试棒两端并通电。刀片上半部刀刃宽为1-2mm，刀刃与竖直方向约成15°角。刀片下端刀尖A、B两点与电卡头底部压板之中点C共园，相距约为120°，直径约为19mm。A、B、C三点对测试棒构成三点、对称式接触。刀片的下半部为一竖直面，与测试棒相分离。

本发明的有效效果是：

本发明实现了铸造铝合金变质效果、铸态组织、机械性能等物理参数的快速、定量检测。与常规理化相比，因本发明采用“级比”方法，将铸铝合金物理性能的检测转化为“级比特征值”Xb的测量，整个测试过程3-5分钟，实现了在线测试目标，满足了生产需要，使传统的常规理化分析由实验室走向炉前，大大提高了工效，同时节约了大量常规理化分析所需的设备、厂房、备件投资和理化专业技术人员。与热分析相比，本发明测试铝合金变质效果的灵敏度提高4-5倍。如ZL101，本发明测试变质良好区间ΔXb＝13-7＝6，而热分析测试相应区间ΔT＜2°K；又如ZL104，ΔXb＝13，而ΔT＝3°K；再如YL113，ΔXb≥20，而ΔT＝4°K等。与比电阻法相比，本发明采用变质前、后分别取样、测试和对比的方法，解决了比电阻法只局限于变质前后直接对比所不能测定的长效变质剂效果的测试。

附图说明：

附图1是本发明的测量仪结构示意图。

附图2为本发明的测量仪中比较器的结构示意图。

附图3为本发明的测量仪中电夹头的结构示意图。

具体实施方式：

以下分别以ZL104、ZL101铝合金钠盐变质和YL113锶变质的测试为实例，其测试方法为：

实施例一：ZL104的测试：

1、事先校验仪器的可靠性：将ZL104基准试棒和校验试棒分别嵌入基准臂C和测量臂A、B中，接通电源予热整机15分钟后，测试并打印校验试棒的测试报告，并与随机配带的校验参数校对。2、确定仪器工作正常后用标准试棒模浇注试样(2根)并用定时器控制工艺.时间。3、取下二根校验试棒、嵌入被测试棒(一模二根)4、测试并打印测试报告。测试结束。整个操作过程约5分钟(包括取样时间)。

当打印结果xb大于13-18时为变质良好(4级)；当xb大于18-26时为变质优良(5级)；当xb大于26时属过变质(6级)。实施例二：ZL101的测试：

1、事先校验仪器的可靠性：将ZL104基准试样和校验试棒分别嵌入基准臂C和测量臂A、B中，接通电源，予热15分钟后，测试并打印校验试棒的测试报告，并与随机配带的校验参数校对。2、确定仪器工作正常后用ZL101基准试样更换ZL104基准试样，其余不变，并继续预热，等待取样测试。3、用标准试棒模取样，并用定时器控制工艺时间。4、取下二根校验试棒，嵌入被测试棒。检验Bo值。5、测试并打印测试报告。

当打印xb值大于7-9时，变质良好，当xb值大于9-13时；变质优良，当xb大于13时属过变质。实施例三：YL113锶变质的测试：

操作步骤同例2、其中第二步用YL113基准试样更换ZL101基准试样。第3步用标准试棒模对变质前的合金液取样，并按第4、5部打印出未变质试棒的参数(设为Xo)。然后根据打出Xo的大小确定变质剂的加入量。变质处理后再浇注一模试样，打印出测试报告(设为Xb)。

当打印xb大于20-30时为变质良，当X₀大于30时为变质优(锶变质无过变质区)此时，X₀与Xb(变质前、后)的差异大小不作为变质效果的判定，只供熔剂加入量的依据。既避免了比电阻法的不足，又利于节约熔剂，提高生产效率。

以下结合附图及实施例进一步描述本发明的测量仪。

参见附图一、其包括：比较器1、直接稳压电源2、放大及显示器3、微处理器4、打印机5、标样6、定时器7和取样模8，用定时器7控制取样模8取样，试样置于比较器1上与标样6比较，比较信号送到放大及显示器，经放大及显示后送至微处理器4进行分析、计算所需物理参数并由打印机5打出测试报告单。其中比较器4构成一次仪表，如图中左边虚线框；直流稳压电源2、放大及显示器3和微处理器4置于二次仪表内，如图中右边虚线框。一次仪表和二次仪表间用电缆线相连通。

附图二是比较器示意图。如图所示，其由几何结构尺寸、电路均相同的基准臂C和测量臂A、B组成(图中只画出A)，其几何结构尺寸和国标拉力试棒尺寸配套。基准臂和测量臂均含有四对并排，相互平行且相互绝缘的测试触头(11，12)、(21，22)、(31，32)、(41、42)和两个对称的电夹头01、02。四对触头间距离分别约为60mm、30mm；电夹头01、02内面和与之相邻触头间的距离约为10mm。每个触头依靠一个弹簧压紧在触头座03上，其压力可通过螺管04调节。基准臂和测量臂通过各自的电夹头依次串接至一直流稳压电源，用于比较被测试样与标样。

附图三是电夹头示意图。如图所示：两块刀片1和2对称地固定在弹簧片上，弹簧片固定于绝缘垫块3上，用于夹持和定位试棒两端并通电。刀片上半部刀刃宽为1-2mm，与竖直方向间的夹角约为15°，刀尖a、b与电夹头底部压板4之点C成园，相距约为120°，直径约为19mm，刀片的下半部为一竖直面，不和试棒接触。

所述试棒模8为金属模，系标准试棒模。基准试棒和被测试棒均用之浇注，试棒冷却工艺时间由定时器控制。

所述的标样6包括基准试棒一组和校验试棒2根。基准试棒是在严格工艺控制下制作的ZL101、ZL104、ZL102、ZL201、ZL301、ZL401、YL113等的基准。其物理性能电参数均为已知，校验试棒为某一级铝合金试棒如：ZL104，其物理性能电参数也是已知的，供校验仪器用。根据所用变质剂的种类，大致可分为钠盐变质、锶变质和复合变质等3种。

所述打印机5为微型μpa 7针打印机，直接打印出被测试样的变质度Xb、对应的国标拉力试棒抗拉强度σb(Mpa)、表面硬度HB、延伸率δ(％)、金相等级MT(100X)、变质剂残留量ε(ppM)等诸物理性能参数。

所述的直流稳压电源2，由+24V电源和限流网络组成。所述的定时器7系浇注试棒严格控制工艺时间的定时、报警装置，试样浇注毕，即启动定时器计时，第一次鸣叫(同时绿灯闪亮。后同)开模，第二次鸣叫入水冷却，第三次鸣叫取出、切下测试样，揩干，即可进行测量。所述的放大、显示器3，为一直流放大器及数字表，置于二次仪表内。其对拾取的信号进行放大、整形、显示。

本发明所述的速测方法及其测量仪，也同样适用于铸造铝合金、锌合金、铜合金精炼效果、铸铁孕育效果的测试。

Claims

1、铸造铝基合金物理性能级比速测法，其包括下列步骤：

A、将铝合金分为铝硅合金、铝镁合金、铝铜合金、铝锌合金、铝硅铜系合金和铝锌铜系合金等6类。每类又分为3-4级，如铝硅合金分为ZL101、ZL102、ZL104等3级。根据变质剂的区别、它们又分为短效钠变质、长效锶变质和复合变质等3种。

B、分别选定并制作每类每一级的基准试样和对应的常规拉力试样，对常规拉力试样进行常规理化分析，测定表征基准试样物理性能的电参量B₀。

D、根据xb和对应的常规物理性能参数的回归分析结果以及有关的经验公式，确立各类各级的显微组织(MT)、变质元素残留量(ε)、机械性能(σb、δ)与Xb间的数学模型。

E、炉前测试时，将被测试样和同类同级的基准试样在同等条件下进行对比，得到Xb，再根据Xb和同级材质的数学模型测出测试样对应国标拉力试棒的诸物理性能参数结果。

2、实现上述方法的测量仪包括：比较器(1)、直流稳压电源(2)、放大显示器(3)、微处理器(4)、打印机(5)、标样(6)、定时器(7)、试棒模(8)等。其特征为所述比较器(1)，由几何结构尺寸、电路均相同的基准臂C和测量臂A、B组成，其几何结构尺寸和国标拉力试棒尺寸配套。基准臂和测量臂均含有四对并排，相互平行且相互绝缘的测试触头(11，12)、(21，22)、(31、32)、(41、42)和两个对称的电夹头01、02。相邻两电触头间距离分别为50-70mm。20-40mm；电夹头01、02内面和与之相邻触头间的距离约为10mm。每个触头依靠一个弹簧压紧在触头座(03)上，其压力可通过螺管(04)调节。基准臂和测量臂通过各自的电夹头依次串接至一直流稳压电源。

3、本发明权利要求2所述的测量仪，其特征为测量仪的电夹头(01)、(02)由两块刀片对称地固定在弹簧片上，弹簧片固定于绝缘垫块3上，用于夹持和定位试棒两端并通电。刀片上半部刀刃宽为1-2mm，与竖直方向间的夹角约为15°，刀尖a、b与电卡头底部压板4之中点C成园，相距约为120°，直径约为19mm，刀片的下半部为一竖直面，和试棒相分离。