RU2680984C1 - Metal melts equilibrium estimating method - Google Patents

Metal melts equilibrium estimating method Download PDF

Info

Publication number
RU2680984C1
RU2680984C1 RU2017146126A RU2017146126A RU2680984C1 RU 2680984 C1 RU2680984 C1 RU 2680984C1 RU 2017146126 A RU2017146126 A RU 2017146126A RU 2017146126 A RU2017146126 A RU 2017146126A RU 2680984 C1 RU2680984 C1 RU 2680984C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
equilibrium
signals
melt
physical properties
temperature
Prior art date
Application number
RU2017146126A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Геннадий Васильевич Тягунов
Владимир Степанович Цепелев
Аркадий Моисеевич Поводатор
Евгений Евгеньевич Барышев
Владимир Викторович Вьюхин
Андрей Геннадьевич Тягунов
Валерий Сергеевич Мушников
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ)
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ)
Priority to RU2017146126A priority Critical patent/RU2680984C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2680984C1 publication Critical patent/RU2680984C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
    • G01N11/16—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by measuring damping effect upon oscillatory body
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
    • G01N11/16—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by measuring damping effect upon oscillatory body
    • G01N11/162—Oscillations being torsional, e.g. produced by rotating bodies
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: invention relates to the technical physics and is intended for the metal alloys, mainly steels, melts physical properties parameters determination, during these dependences determining on the alloy samples by the contactless method based on the cylindrical crucible with a sample torsional vibrations study. Additional scope of application is metallurgy. Proposed is the metal melts equilibrium estimation method, in which the metal alloy sample physical properties thermal-time dependencies in the form of ν(t°)= A= Aand ν(t°)= A= Aare determinedThese signals values are memorized and displayed on the multi-channel display, wherein using the above mentioned characteristics Avalues. At temperature t°, exceeding the sample melting t°>t°temperature t°signals Afrom the memory device output are switched to the division unit inputs, thus receiving the output signal in the form of the Kcoefficient value, representing the Aand AratioEntering it into the storage device, recording the Kcoefficient, and then using as the melt under study structure equilibrium state assessment quantitative characteristic. In addition, obtaining and using the K= A/Acoefficient value less than one K<1.EFFECT: increase in the melt equilibrium estimation reliability and accuracy.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технической физике, а именно, к способам измерения термовременных зависимостей физических свойств веществ, и предназначено для определения параметров физических свойств расплавов металлических сплавов, преимущественно сталей, при определении этих зависимостей у образцов сплавов бесконтактным фотометрическим методом, основанным, в частности, на изучении крутильных колебаний размещенного в электропечи цилиндрического тигля с образцом расплавляемого и охлаждаемого вышеуказанного образца. Дополнительной сферой применения являются металлургия, в том числе разработка и корректировка технологических схем производства сплавов с заданными свойствами.The invention relates to technical physics, and in particular, to methods for measuring the temperature and time dependences of the physical properties of substances, and is intended to determine the parameters of the physical properties of melts of metal alloys, mainly steels, when determining these dependences in alloy samples by the non-contact photometric method, based, in particular, on the study torsional vibrations of a cylindrical crucible placed in an electric furnace with a sample of the melted and cooled above sample. An additional area of application is metallurgy, including the development and adjustment of technological schemes for the production of alloys with desired properties.

Изучение термовременных зависимостей свойств образцов металлических сплавов объемом в единицы см3 позволяет определить их структурно - чувствительные характеристики, проводить прогностический анализ и давать рекомендации для получения сплавов с заданными характеристиками, например, выделять гистерезисные характеристики цикла нагрева и охлаждения, характерные температуры гистерезиса t°г, аномальные t°ан и критические tкp температурные точки. Для исследований металлических расплавов, в частности на основе железа, кобальта, никеля в основном используют способы бесконтактного фотометрического - на базе измерения траектории отраженного от зеркала светового луча - «зайчика», определения параметров расплава, например, вязкости ν(t°) или удельного электросопротивления ρ(t°) изучаемого образца посредством определения параметров крутильных колебаний упругой нити с подвешенным на ней в электропечи тиглем с этим образцом.The study of the temperature-time dependences of the properties of samples of metal alloys with a volume of units of cm 3 allows us to determine their structurally sensitive characteristics, conduct prognostic analysis and make recommendations for producing alloys with specified characteristics, for example, highlight the hysteresis characteristics of the heating and cooling cycles, characteristic hysteresis temperatures t ° g , abnormal t ° an and critical t kp temperature points. For research of metal melts, in particular, based on iron, cobalt, and nickel, non-contact photometric methods are mainly used - based on measuring the trajectory of the light ray reflected from the mirror — a “bunny”, determining melt parameters, for example, viscosity ν (t °) or electrical resistivity ρ (t °) of the studied sample by determining the parameters of torsional vibrations of an elastic thread with a crucible with this sample suspended on it in an electric furnace.

Анализ вида и характеристик термовременных зависимостей - политерм необходим, поскольку они отражают различные физико-химические и структурные параметры данного сплава, в том числе аномалии, скачкообразные структурные изменения или перестройки, происходящие в расплаве, причем такой анализ требует высокой квалификации и опыта экспериментатора. Как правило, расплав является неравновесным, а характер структурных изменений при нагреве жидкого металла не монотонен - см. пат. РФ №2299425, фиг. 4. с. 9 - аналог.An analysis of the type and characteristics of thermal-time dependences - a polytherm is necessary, since they reflect various physicochemical and structural parameters of a given alloy, including anomalies, spasmodic structural changes or rearrangements occurring in a melt, and this analysis requires high qualification and experience of the experimenter. As a rule, the melt is nonequilibrium, and the nature of the structural changes during heating of the liquid metal is not monotonous - see US Pat. RF No. 2299425, FIG. 4. p. 9 - analogue.

Для подобных сплавов монотонность сохраняется лишь до определенных аномальных температур t°ан, при этом интервал температур от температуры ликвидуса tL до аномальных температур t°ан отражает термическую устойчивость первичной неравновесной структуры расплава, образующейся после плавления шихты. Например, интенсивное увеличение одного из физических свойств - удельного электросопротивления ρ(t°), начинается от t°ан и продолжается по сложной кривой до температуры гистерезиса t°г, но устойчивое состояние формирующейся равновесной структуры расплава достигается лишь при нагреве до критических температур tкp.Температурный интервал между t°ан и температурой гистерезиса t°г характеризует интенсивность перестройки структуры расплава в равновесное состояние, т.е. Δt°ип = t°r - t°ан. Поскольку температурный интервал Δt°ип зависит от качественного и количественного состава сплавов, он может существенно отличаться у различных сплавов, как и физические свойства этих сплавов, например вязкость ν(t°) или удельное электросопротивление ρ(t°). При этом вид температурных зависимостей - политерм ν(t°) или ρ(t°) при охлаждении свидетельствует о сохранении равновесного состояния вплоть до температур кристаллизации. Под равновесным состоянием следует понимать - см. Еланский Г.Н., Еланский Д.Г. «Строение и свойства металлических расплавов», М., МГВИ, 2006, с. 180-181, такой режим существования атомарной системы, при котором ее интегральные показатели, такие как взаимное расположение атомов и свойства, характеризуются неизменностью и незначительными колебаниями основных параметров относительно среднего значения, а обобщенная структура системы неизменна во времени и пространстве. Равновесность металлического расплава позволяет, в частности, при прочих равных условиях, расширить стабильный температурный участок Δt° значений физических свойств этого сплава. Это позволяет снизить требования в металлургическом производстве, в частности к температурным режимам как при выплавке, так и обработке, например, при ковке нагретого изделия - см. Б.А. Баум и др. «Равновесные и неравновесные состояния металлических расплавов», в кн. «Фундаментальные исследования физикохимии металлических расплавов», М., ИКЦ «Академкнига», 2002, с. 214-217.For such alloys, monotonicity is preserved only up to certain anomalous temperatures t ° an , while the temperature range from liquidus temperature t L to anomalous temperatures t ° an reflects the thermal stability of the primary nonequilibrium structure of the melt formed after melting of the charge. For example, an intensive increase in one of the physical properties - electrical resistivity ρ (t °), starts from t ° an and continues along a complex curve to a hysteresis temperature t ° g , but a stable state of the formed equilibrium melt structure is achieved only when heated to critical temperatures t kp . The temperature interval between t ° an and hysteresis temperature t ° g characterizes the intensity of the restructuring of the melt structure into an equilibrium state, i.e. Δt ° un = t ° r - t ° an . Since the temperature range Δt ° un depends on the qualitative and quantitative composition of the alloys, it can differ significantly among different alloys, as well as the physical properties of these alloys, for example, viscosity ν (t °) or electrical resistivity ρ (t °). In this case, the form of the temperature dependences - polytherm ν (t °) or ρ (t °) upon cooling indicates the preservation of the equilibrium state up to crystallization temperatures. Under the equilibrium state should be understood - see Elansky G.N., Elansky D.G. “The structure and properties of metal melts”, M., MGVI, 2006, p. 180-181, such a mode of existence of an atomic system in which its integral indicators, such as the mutual arrangement of atoms and properties, are characterized by the immutability and slight fluctuations of the main parameters relative to the average value, and the generalized structure of the system is unchanged in time and space. The equilibrium of the metal melt allows, in particular, ceteris paribus, to expand the stable temperature region Δt ° values of the physical properties of this alloy. This allows you to reduce the requirements in metallurgical production, in particular to temperature conditions both during smelting and processing, for example, when forging a heated product - see B.A. Baum et al. "Equilibrium and nonequilibrium states of metal melts", in the book. "Fundamental studies of the physical chemistry of metal melts", Moscow, ICC "Akademkniga", 2002, p. 214-217.

Известен фотометрический способ определения вязкости ν(t°) или электросопротивления ρ(t°) расплава путем регистрации амплитудно-временных параметров траектории светового луча, отраженного от зеркала, закрепленного на закручиваемой упругой нити, на которой подвешен тигель с расплавом, а в конечном итоге - измерения параметров затухания крутильных колебаний и определения декремента затухания δ тигля с расплавом, после выключения принудительного закручивания упругой нити на определенный угол. Используют вычисленное значение декремента затухания δ, для чего измеряют амплитуды затухающих колебаний и число колебаний ni между ними - см. С.И. Филиппов и др. «Физико-химические методы исследования металлургических процессов», М., Металлургия, 1968, с. 242, 243, 246-251, - аналог. Основой вычисления вязкости ν является ее связь с декрементом затухания δ: ν ~ δ2 - см. формулу XVI-37, вышеуказанное С.И. Филиппов …, с. 248 - аналог.A known photometric method for determining the viscosity ν (t °) or electrical resistance ρ (t °) of a melt by recording the amplitude-time parameters of the trajectory of a light beam reflected from a mirror mounted on a twisted elastic filament, on which a crucible with a melt is suspended, and ultimately measuring the attenuation parameters of torsional vibrations and determining the attenuation decrement δ of the crucible with the melt, after turning off the forced twisting of the elastic thread at a certain angle. The calculated value of the damping decrement δ is used, for which the amplitudes of the damped oscillations and the number of oscillations n i between them are measured - see S.I. Filippov et al. “Physico-chemical methods for the study of metallurgical processes”, M., Metallurgy, 1968, p. 242, 243, 246-251, - analogue. The basis for calculating the viscosity ν is its relationship with the damping decrement δ: ν ~ δ 2 - see formula XVI-37, S.I. Filippov ..., p. 248 is an analog.

Прототипом является способ, при котором определяют термовременные зависимости физических свойств, например вязкости ν(t°i), расплава изучаемого образца металлического сплава при его нагреве ν(t°i)нагр и охлаждении ν(t°i)охл, с получением значений физических свойств в виде электрических сигналов ν(t°i) нагр = Ai нагр = Amin и ν(t°i)охл = Ai охл = Amax, значения этих сигналов Amax и Amin при заданной температуре запоминают и отображают на многоканальном дисплее - см. пат РФ №2498267 - прототип.The prototype is a method in which define termovremennye depending on physical properties such as viscosity ν (t ° i), the melt of the test sample of a metal alloy during heating ν (t ° i) heating and cooling ν (t ° i) OHL, to obtain the physical value properties in the form of electrical signals ν (t ° i ) load = A i load = A min and ν (t ° i ) cool = A i cool = A max , the values of these signals A max and A min at a given temperature are stored and displayed on multi-channel display - see RF Pat. No. 2498267 - prototype.

Недостатками вышеуказанных аналогов и прототипа при осуществлении оценки равновесности металлических расплавов изучаемых сплавов, являются недостаточность, неоднозначность и субъективность качественной оценки равновесности при отсутствии ее количественной оценки. Вследствие этого затруднены возможности анализа значений физических свойств образцов изучаемого сплава, в частности при различных термовременных режимах нагрева и охлаждения расплавов. Кроме того, не обеспечена возможность осуществления данной оценки персоналом невысокой квалификации, например студентами. В конечном итоге, не обеспечена наглядность, достоверность и точность оценки равновесности металлических расплавов при изучении термовременных зависимостей свойств образцов изучаемых сплавов.The disadvantages of the above analogues and prototype when assessing the equilibrium of metal melts of the studied alloys are the insufficiency, ambiguity and subjectivity of a qualitative assessment of equilibrium in the absence of a quantitative assessment. As a result of this, it is difficult to analyze the values of the physical properties of the samples of the studied alloy, in particular, under various thermal and thermal conditions of heating and cooling of the melts. In addition, it is not possible to carry out this assessment by unskilled personnel, such as students. Ultimately, the clarity, reliability and accuracy of assessing the equilibrium of metal melts in the study of the thermal and temporal dependences of the properties of samples of the studied alloys are not ensured.

Задачей предлагаемого способа является обеспечение возможности получения количественной оценки равновесности металлических расплавов, а также обеспечение возможности корректировки на ее основе режимов плавки и обработки изделий из изучаемого сплава, уменьшение субъективности оценки равновесности металлических расплавов, повышение точности этой оценки, и кроме того, обеспечение возможности ее осуществления персоналом невысокой квалификации, например студентами. В конечном итоге, это обеспечит возможность повышения наглядности, достоверности и точности оценки равновесности металлических расплавов образцов изучаемых сплавов.The objective of the proposed method is to provide the possibility of obtaining a quantitative assessment of the equilibrium of metal melts, as well as providing the possibility of adjusting on its basis the modes of melting and processing of products from the studied alloy, reducing the subjectivity of assessing the equilibrium of metal melts, increasing the accuracy of this assessment, and in addition, ensuring the possibility of its implementation unskilled staff, such as students. Ultimately, this will provide an opportunity to increase the visibility, reliability and accuracy of assessing the equilibrium of metal melts of samples of the studied alloys.

При осуществлении заявляемого способа решается проблема отсутствия способа данного назначения и, соответственно достигается технический результат, который заключается в реализации заявляемого способа.When implementing the proposed method, the problem of the lack of a method for this purpose is solved and, accordingly, a technical result is achieved, which consists in the implementation of the proposed method.

Указанная проблема решается с помощью предлагаемого способа оценки равновесности металлических расплавов.This problem is solved using the proposed method for assessing the equilibrium of metal melts.

1. Способ оценки равновесности металлических расплавов, при котором определяют термовременные зависимости физических свойств, например вязкости ν(t°i), расплава изучаемого образца металлического сплава при его нагреве ν(t°i)нагр и охлаждении ν(t°i)охл, с получением значений физических свойств в виде электрических сигналов ν(t°i)нагр = Ai нагр = Amin и ν(t°i)охл = Ai охл = Amax, значения этих сигналов Amax и Amin запоминают и отображают на многоканальном дисплее, отличается тем, что используют значения Ai вышеуказанных характеристик, например вязкости ν(t°i), при одной и той же температуре t°i, превышающей температуру t°пл плавления t°i>t°пл вышеотмеченного образца, электрические сигналы Ai с выхода запоминающего устройства коммутируют на входы блока деления, при этом получают выходной сигнал блока деления в виде величины коэффициента Кi, представляющего собой отношение сигналов Amax и Amin, вводят его в запоминающее устройство, запоминают величину коэффициента Кi и отображают на вышеуказанном дисплее, после чего используют ее в качестве количественной характеристики оценки равновесного состояния структуры изучаемого расплава.1. A method of estimating the equilibrium metal melts, wherein the determined termovremennye dependence of physical properties such as viscosity ν (t ° i), the molten metal alloy test sample during heating ν (t ° i) heating and cooling ν (t ° i) OHL, with obtaining the values of physical properties in the form of electrical signals ν (t ° i ) load = A i load = A min and ν (t ° i ) cool = A i cool = A max , the values of these signals A max and A min are stored and displayed on a multi-channel display, characterized in that they use the values of A i of the above characteristics, for example viscous ν (t ° i ), at the same temperature t ° i , exceeding the melting temperature t ° pl melting t ° i > t ° pl of the above-mentioned sample, the electrical signals A i from the output of the storage device are switched to the inputs of the division unit, while receive the output signal of the division unit in the form of the coefficient K i , which is the ratio of the signals A max and A min , enter it into the storage device, store the value of the coefficient K i and display it on the above display, after which it is used as a quantitative characteristic of the estimate spring state of the structure of the studied melt.

2. Способ по п. 1, отличается тем, что получают и используют преимущественно величину коэффициента Кi = Amin/Amax меньше единицы Кi<1.2. The method according to claim 1, characterized in that the coefficient K i = A min / A max is less than one K i <1 is obtained and used.

Таким образом, при реализации заявляемого способа достигается получение количественной оценки равновесности металлических расплавов в виде коэффициента равновесности Кн = Кi = Amin/Amax образца изучаемого расплава и обеспечение возможности анализа значений коэффициента Кн, в частности при различных термовременных режимах обработки изучаемого расплава и корректировки режимов плавки. Также уменьшается субъективность оценки равновесности расплава, повышается наглядность, достоверность и точность оценки равновесности расплава, а также обеспечивается возможность получения данной оценки персоналом невысокой квалификации, в том числе студентами.Thus, when implementing the proposed method, it is possible to obtain a quantitative estimate of the equilibrium of metal melts in the form of an equilibrium coefficient K n = K i = A min / A max of the sample of the studied melt and to provide the possibility of analyzing the values of the coefficient K n , in particular, at different thermal-time processing modes of the studied melt and adjusting the melting modes. Also, the subjectivity of the assessment of the equilibrium of the melt decreases, the visibility, reliability and accuracy of the assessment of the equilibrium of the melt increases, and it is also possible to obtain this assessment by unskilled personnel, including students.

Предлагаемый способ оценки равновесности металлических расплавов поясняется чертежами:The proposed method for assessing the equilibrium of metal melts is illustrated by the drawings:

- на фиг. 1. - блок-схема устройства оценки равновесности металлических расплавов;- in FIG. 1. - block diagram of a device for assessing the equilibrium of metal melts;

- на фиг. 2. - определение коэффициента равновесности Кн по температурной зависимости одного из металлических расплавов.- in FIG. 2. - determination of the equilibrium coefficient K n the temperature dependence of one of the metal melts.

Устройство для оценки равновесности металлических расплавов - см. фиг. 1, содержит лабораторную фотометрическую установку 1, выполненную с возможностью сигнализации, наблюдения и запоминания посредством компьютера с дисплеем 2 и запоминающим устройством 3, шины данных и управляющих электрических сигналов 4, блока сигнализации 5, в состав которой входят электропечь (на схеме не показано), шина синхронизации 6, блок деления 7, коммутатор 8.Device for assessing the equilibrium of metal melts - see FIG. 1, contains a laboratory photometric installation 1, configured to signal, monitor and store by means of a computer with a display 2 and memory 3, a data bus and control electrical signals 4, an alarm unit 5, which includes an electric furnace (not shown in the diagram), synchronization bus 6, division unit 7, switch 8.

Устройство выполняют на следующих элементах: лабораторную фотометрическую установку 1 выполняют в виде устройства с электропечью для изучения термовременных зависимостей физических свойств веществ, например кинематической вязкости расплавов ν(t°), которое соединяют шиной данных и управляющих электрических сигналов 4 с компьютером с дисплеем 2 и запоминающим устройством 3, а также блоком сигнализации 5, и выполняют по известной схеме - см. пат. РФ №121587 - полезная модель. Шину данных и управляющих электрических сигналов 4 выполняют в виде многопроводного шлейфа, например USB-кабеля. Шину синхронизации 6 выполняют в виде витой пары или USB кабеля в случае реализации в дискретном виде блока деления 7 и коммутатора 8, либо компьютерной подпрограммы при их виртуальном исполнении. Блок деления 7 может быть выполнен с возможностью установки регулируемого порога. Блок деления 7 выполняют, предпочтительно, в виде виртуального блока, но может он быть выполнен как дискретное устройство. Например, для получения отношения двух электрических сигналов 9 и 10 в аналоговом виде, каждый из которых отображен на дисплее компьютера 2 в виде значения экспериментально определенного физического свойства, например вязкости ν(t°)1 и ν(t°)2, их подают одновременно на соответствующие два входа блока деления 7. В этом варианте блок деления 7 выполнен в виде схемы вычислителя отношения на микросхеме фирмы Analog Devices AD534 - см. Р. Граф, В. Шиитс «Энциклопедия электронных схем», т. 6, кн. 5, М., 2003, с. 117-118. Блок деления 7 может быть выполнен в виде калькулятора, который включают в режиме арифметического деления, например в режиме процентных вычислений. При этом в него вручную вводят вышеуказанные числовые значения вязкости ν(t°)1 и ν(t°)2. На дисплее калькулятора фиксируется величина вычисленного коэффициента равновесности Кн. В случае цифровых сигналов 9 и 10, которые отражают значения ν(t°)1 и ν(t°)2, блок деления 7 выполнен в виде стандартного электронно-счетного частотомера, например, Ч3-63, Ф5137, Protec U 3000А, включенного, предпочтительно, в типовом режиме измерения отношения частот fi = ϕ[(ν(t°)i]. На его дисплее зафиксирована цифровая величина коэффициента равновесности Кн, равная отношению, например, частот импульсов f1 и f2, однозначно связанных с значениями вязкости ν(t°)1 и ν(t°)2 образца изучаемого расплава fi = ϕ[(ν(t°)i]. Вариантом реализации блока деления 7 является портативный частотомер на дискретных элементах и одной микросхеме фирмы Intersil ICM7216A - см. сайт http://www.intersil.com. Также вариантом реализации блока деления 7 является микроконтроллер с программой расчета отношения подаваемых на его входы цифровых сигналов 9 и 10, например STM32 фирмы STMicroelectronics. Коммутатор 8 выполнен, предпочтительно, в виртуальном виде, либо представляет собой дискретный элемент в виде микросхемы 4-канального коммутатора К561КТ3 - см. В.Л. Шило «Популярные цифровые микросхемы», Справочник, М., Радио и связь, 1987, с. 225-226. Он может использовать один открытый канал в случае последовательной передачи данных из вышеуказанной установки 1, посредством запоминающего устройства 3 компьютера с дисплеем 2, на один вход блока деления 7. Однако предпочтительно четное число открытых каналов, например два, в случае параллельной передачи этих же сигналов 9 и 10 раздельно на два входа блока деления 7.The device is performed on the following elements: laboratory photometric installation 1 is performed in the form of a device with an electric furnace for studying the thermal and temporal dependences of the physical properties of substances, for example, the kinematic viscosity of melts ν (t °), which is connected by a data bus and control electric signals 4 to a computer with display 2 and memory the device 3, as well as the alarm unit 5, and perform according to the known scheme - see US Pat. RF №121587 - utility model. The data bus and control electrical signals 4 are in the form of a multi-wire cable, for example a USB cable. The synchronization bus 6 is made in the form of a twisted pair cable or USB cable in the case of a discrete implementation of the division unit 7 and the switch 8, or a computer routine in their virtual execution. The division unit 7 may be configured to set an adjustable threshold. The division unit 7 is preferably performed in the form of a virtual unit, but it can be implemented as a discrete device. For example, to obtain the ratio of two electrical signals 9 and 10 in analog form, each of which is displayed on the display of computer 2 as a value of an experimentally determined physical property, for example, viscosity ν (t °) 1 and ν (t °) 2 , they are fed simultaneously to the corresponding two inputs of division block 7. In this embodiment, division block 7 is made in the form of a ratio calculator circuit on an Analog Devices AD534 microcircuit - see R. Graf, W. Shiits “Encyclopedia of Electronic Circuits”, vol. 6, vol. 5, M., 2003, p. 117-118. The division unit 7 can be made in the form of a calculator, which is included in the arithmetic division mode, for example, in the percentage calculation mode. At the same time, the above numerical values of viscosity ν (t °) 1 and ν (t °) 2 are manually entered into it. The calculator displays the value of the calculated equilibrium coefficient K n . In the case of digital signals 9 and 10, which reflect the values ν (t °) 1 and ν (t °) 2 , the division unit 7 is made in the form of a standard electronically counted frequency meter, for example, Ch3-63, Ф5137, Protec U 3000А, included , preferably, in a typical mode of measuring the ratio of frequencies f i = ϕ [(ν (t °) i ]. On its display is fixed a digital value of the equilibrium coefficient K n equal to the ratio, for example, of the pulse frequencies f 1 and f 2 , uniquely associated with values of viscosity ν (t °) 1 and ν (t °) 2 of the sample of the studied melt f i = ϕ [(ν (t °) i ]. The implementation of the division block 7 is Intersil ICM7216A, a discrete-frequency rotational frequency meter and one microcircuit, see http://www.intersil.com Alternatively, the division unit 7 is a microcontroller with a program for calculating the ratio of digital signals 9 and 10 supplied to its inputs, for example, STM32 STMicroelectronics. Switch 8 is preferably made in virtual form or is a discrete element in the form of a microchip of a 4-channel K561KT3 switch - see V.L. Shilo "Popular digital microcircuits", Reference, M., Radio and communications, 1987, p. 225-226. He can use one open channel in the case of serial data transmission from the above installation 1, by means of a computer memory 3 with a display 2, to one input of the division unit 7. However, an even number of open channels, for example, two, is preferred in case of parallel transmission of the same signals 9 and 10 separately for two inputs of division block 7.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.The proposed method is as follows.

Приготовленный образец сплава массой несколько десятков граммов размещают в тигле, который подвешивают в зоне нагрева электропечи (на схеме не показано) вышеуказанной установки 1. В течение нескольких часов осуществляют эксперимент по определению физических свойств образца, например, вязкости ν(t°), в диапазоне температур от расплавления t°пл до критической температуры t°к. Затем рассчитывают, посредством компьютера 2 с запоминающим устройством 3, величины вязкости νi. Значения результатов, в виде термовременных зависимостей или политерм, декремента затухания δ крутильных колебаний тигля с расплавом и рассчитанной на этой основе вязкости ν(t°), представляют и запоминают в виде кластера электрических сигналов в запоминающем устройстве 3 компьютера 2. Выбирают два значения физических свойств расплава, например, вязкости ν(t°)1 и ν(t°)2 при одной и той же температуре t°i, превышающей температуру плавления t°пл расплава на ветвях нагрева ν(t°)1 и охлаждения ν(t°)2, например, на +(10-100)°С : t°i = t°пл + (10…100)°С При данной температуре t°i практически заканчивается структурный переход сплава из твердого состояния в жидкое при нагреве. Электрические сигналы, соответствующие величинам вязкости ν(t°)1 и ν(t°)2, из компьютера 2 подают на коммутатор 8. В зависимости от значений синхронизационных сигналов, поступающих из компьютера 2 на синхронизационный вход коммутатора 8, сигналы Ai, отражающие величину вязкости ν(t°)1 и ν(t°)2 поступают на один из входов при последовательной передаче данных, либо, преимущественно, раздельно на два входа блока деления 7 в виде электрических сигналов A1 9 и А2 10. На выходе блока деления 7 получают электрический сигнал 11, например, в виде отношения напряжений A1 9 и А2 10, который представляют в виде безразмерного коэффициента равновесности Кi = К11 = Кн, равного отношению А1 9 и А2 10, эквивалентному ν(t°)1 и ν(t°)2 образца изучаемого расплава:The prepared alloy sample weighing several tens of grams is placed in a crucible, which is suspended in the electric furnace heating zone (not shown in the diagram) of the above installation 1. For several hours, an experiment is carried out to determine the physical properties of the sample, for example, viscosity ν (t °), in the range temperatures from melting t ° pl to critical temperature t ° k . Then, by means of computer 2 with memory 3, the viscosity ν i is calculated. The values of the results, in the form of thermal-time dependences or polytherms, damping decrement δ of torsional vibrations of a crucible with a melt and viscosity ν (t °) calculated on this basis, are represented and stored in the form of a cluster of electrical signals in memory 3 of computer 2. Two values of physical properties are selected of a melt, for example, of viscosity ν (t °) 1 and ν (t °) 2 at the same temperature t ° i exceeding the melting point t ° m of the melt on the heating branches ν (t °) 1 and cooling ν (t ° ) 2, for example, + (10-100) ° C: t ° i = t ° pl + (10 ... 100) ° C. When given second temperature t ° i practically finishes alloy structural transition from solid to liquid when heated. Electrical signals corresponding to the viscosity values ν (t °) 1 and ν (t °) 2 are supplied from computer 2 to switch 8. Depending on the values of the synchronization signals coming from computer 2 to the synchronization input of switch 8, the signals A i reflecting the viscosity ν (t °) 1 and ν (t °) 2 are fed to one of the inputs during serial data transmission, or, mainly, separately to two inputs of the division unit 7 in the form of electrical signals A 1 9 and A 2 10. At the output block division 7 receive an electrical signal 11, for example, in the form of a ratio of arresters A 1 9 and A 2 10 which are in the form of the dimensionless equilibrium coefficient K i = K 11 = K n, equal to the ratio A 1 9 and A 2 10 equivalent ν (t °) 1 and ν (t °) 2 sample studied melt:

Figure 00000001
Figure 00000001

При этом Кн = Кi≤1. Однако, чем ближе получают значение коэффициента Кн = Кi = Amin / Amax к предельному теоретическому значению Кн = Кi = 1, тем полагают более равновесным состояние структуры изучаемого образца.Moreover, K n = K i ≤1. However, the closer the coefficient value K n = K i = A min / A max is obtained to the theoretical limit value K n = K i = 1, the more equilibrium the state of the structure of the studied sample is considered.

Этот коэффициент Кн, в виде электрического сигнала 11 подают в компьютер 2, отображают на его дисплее и сохраняют в запоминающим устройстве 3.This coefficient K n , in the form of an electrical signal 11 is supplied to the computer 2, displayed on its display and stored in the storage device 3.

Кроме того, после накопления массива данных по значениям коэффициента равновесности Кн,, полученным, например за 10-20 экспериментов, возможно осуществление выбора, например, посредством блока деления 7, заданного порогового значения Кнпор. коэффициента Кн для данного сплава, сохранение его в виде электрического сигнала Uпор. в запоминающим устройстве 3 и блоке сигнализации 5 для оповещения экспериментатора об изменении коэффициента равновесности Кн, полученного в текущем эксперименте, например, до уровня ниже порогового Кн пор..In addition, after the accumulation of an array of data on the values of the equilibrium coefficient K n, obtained, for example, in 10–20 experiments, it is possible to make a choice, for example, by means of division block 7, of a predetermined threshold value K np . coefficient K n for a given alloy, its preservation in the form of an electric signal U then. in the storage device 3 and the signaling unit 5 for notifying the experimenter about a change in the equilibrium coefficient K n obtained in the current experiment, for example, to a level below the threshold K n pore. .

Пример. При изучении термовременных зависимостей вязкости образца расплава одной из сталей, определяем величины ν(t°)1=6,5⋅107 м2/с; ν(t°)2=7,5⋅107 м2/с. При сигналах A1 9 = Amax и А2 10 = Amin, представленных, например, в виде однополярных аналоговых уровней напряжения А1 = U9 = ψ{ν(t°)1} = +6,5 В; А2 = U10 = ψ{ν(t°)2} = +7,5 В, получаем электрический сигнал U11 11 на выходе блока деления 7 в виде отношения Кн=Amin/Amax=U9/U10 в соответствии с формулой (1), Кн = 6,5В/7,5 В = 0,87. Это отношение и является величиной коэффициента равновесности Кн = 0,87.Example. When studying the temperature and time dependences of the viscosity of a melt sample of one of the steels, we determine the quantities ν (t °) 1 = 6.5⋅10 7 m 2 / s; ν (t °) 2 = 7.5⋅10 7 m 2 / s. With signals A 1 9 = A max and A 2 10 = A min , presented, for example, in the form of unipolar analog voltage levels, A 1 = U 9 = ψ {ν (t °) 1 } = +6.5 V; And 2 = U 10 = ψ {ν (t °) 2 } = +7.5 V, we obtain an electric signal U 11 11 at the output of the division unit 7 in the form of the ratio K n = A min / A max = U 9 / U 10 in accordance with formula (1), K n = 6.5V / 7.5 V = 0.87. This ratio is the value of the equilibrium coefficient K n = 0.87.

Если в результате термовременной обработки расплава этого сплава коэффициент равновесности Кн возрастет до значений, более близких к единице, это будет свидетельствовать об уменьшении степени неравновесности расплава, и в конечном итоге, повышении качества сплава. Например, в этом случае для одного из жаропрочных сплавов 52Н вблизи температуры сплава ti = + 950°С было определено расширение температурного диапазона Δt°ст с 20°С до 200°С для стабильных значений физических свойств. Увеличение этого диапазона Δt°ст у образца изучаемого сплава ведет к снижению технологических, энергетических и экономических затрат, например при ковке.If, as a result of the thermal treatment of the melt of this alloy, the equilibrium coefficient K n increases to values closer to unity, this will indicate a decrease in the degree of nonequilibrium of the melt, and ultimately, an increase in the quality of the alloy. For example, in this case, for one of the heat-resistant 52N alloys near the alloy temperature t i = + 950 ° C, the expansion of the temperature range Δt ° c from 20 ° C to 200 ° C was determined for stable values of physical properties. Increasing this range Δt ° art have studied alloy sample leads to a reduction process, energy and economic cost, such as forging.

Отличительные признаки предлагаемого способа обеспечивают возможность получения количественной оценки равновесности металлических расплавов в виде коэффициента равновесности Кн. Это обеспечивает дополнительную информацию о расплавах и корректировку на ее основе режимов плавки и обработки сплава. Уменьшается субъективность оценки равновесности металлических расплавов, возрастает точность этой оценки, а также обеспечивается возможность ее осуществления персоналом невысокой квалификации, например студентами. В конечном итоге, возрастает наглядность, достоверность и точность оценки равновесности металлических расплавов.Distinctive features of the proposed method provide the opportunity to obtain a quantitative assessment of the equilibrium of metal melts in the form of an equilibrium coefficient K n This provides additional information about the melts and the adjustment based on it of the melting and processing of the alloy. The subjectivity of assessing the equilibrium of metal melts decreases, the accuracy of this assessment increases, and the possibility of its implementation by low-skilled personnel, for example, students, is also provided. Ultimately, the visibility, reliability and accuracy of assessing the equilibrium of metal melts increases.

Claims (2)

1. Способ оценки равновесности металлических расплавов, при котором определяют термовременные зависимости физических свойств, например вязкости ν(to i), расплава изучаемого образца металлического сплава при его нагреве ν(to i)нагр и охлаждении ν(to i)охл, с получением значений физических свойств в виде электрических сигналов ν(to i)нагр = Ai нагр = Amin и ν(to i)охл = Ai охл = Amax, значения этих сигналов Amax и Amin запоминают и отображают на многоканальном дисплее, отличается тем, что используют значения А вышеуказанных характеристик, например вязкости ν(to i), при одной и той же температуре to i, превышающей температуру to пл плавления to i > to пл вышеотмеченного образца, электрические сигналы Ai с выхода запоминающего устройства коммутируют на входы блока деления, при этом получают выходной сигнал блока деления в виде величины коэффициента Кi, представляющего собой отношение сигналов Amax и Amin, вводят его в запоминающее устройство, запоминают величину коэффициента Кi и отображают на вышеуказанном дисплее, после чего используют ее в качестве количественной характеристики оценки равновесного состояния структуры изучаемого расплава.1. A method of estimating the equilibrium metal melts, wherein the determined termovremennye dependence of physical properties such as viscosity ν (t o i), the molten metal alloy test sample during heating ν (t o i) heating and cooling ν (t o i) OHL, with obtaining the values of physical properties in the form of electrical signals ν (t o i ) load = A i load = A min and ν (t o i ) cool = A i cool = A max , the values of these signals A max and A min are stored and displayed on a multi-channel display, characterized in that they use the values A of the above characteristics, for example STI ν (t o i), at the same temperature t o i, higher than the temperature t o mp melting t o i> t o mp The above-mentioned sample, the electrical signals A i from the output of the memory commute with the inputs of the divider, wherein receive the output signal of the division unit in the form of the coefficient K i , which is the ratio of the signals A max and A min , enter it into the storage device, store the value of the coefficient K i and display it on the above display, after which it is used as a quantitative characteristic of the estimate spring state of the structure of the studied melt. 2. Способ по п. 1 отличается тем, что получают и используют преимущественно величину коэффициента Кi = Amin/Amax меньше единицы Кi < 1.2. The method according to claim 1 is characterized in that the coefficient K i = A min / A max is less than one K i <1 is obtained and used.
RU2017146126A 2017-12-26 2017-12-26 Metal melts equilibrium estimating method RU2680984C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017146126A RU2680984C1 (en) 2017-12-26 2017-12-26 Metal melts equilibrium estimating method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017146126A RU2680984C1 (en) 2017-12-26 2017-12-26 Metal melts equilibrium estimating method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2680984C1 true RU2680984C1 (en) 2019-03-01

Family

ID=65632614

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017146126A RU2680984C1 (en) 2017-12-26 2017-12-26 Metal melts equilibrium estimating method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2680984C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56122933A (en) * 1980-02-29 1981-09-26 San Ei Chem Ind Ltd Precise measuring method for interfacial viscosity
US5868027A (en) * 1996-09-30 1999-02-09 Mississippi State University Measurement of viscosity of a melt in a plasma centrifugal furnace
RU2299425C1 (en) * 2005-12-08 2007-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ" Method for the non-contact measurement of the electric resistance of the metallic solid sample or its smelt by the method of the rotating magnetic field and the device for its realization
RU2366925C1 (en) * 2008-02-18 2009-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет УГТУ-УПИ" Method for non-contact measurement of metal melts viscosity and device for its realisation
RU2498267C1 (en) * 2012-04-26 2013-11-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Rapid diagnostics method of homogeneity of high-temperature molten metals
RU2531064C2 (en) * 2012-12-05 2014-10-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Method and apparatus for investigating parameters of molten mass

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56122933A (en) * 1980-02-29 1981-09-26 San Ei Chem Ind Ltd Precise measuring method for interfacial viscosity
US5868027A (en) * 1996-09-30 1999-02-09 Mississippi State University Measurement of viscosity of a melt in a plasma centrifugal furnace
RU2299425C1 (en) * 2005-12-08 2007-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ" Method for the non-contact measurement of the electric resistance of the metallic solid sample or its smelt by the method of the rotating magnetic field and the device for its realization
RU2366925C1 (en) * 2008-02-18 2009-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет УГТУ-УПИ" Method for non-contact measurement of metal melts viscosity and device for its realisation
RU2498267C1 (en) * 2012-04-26 2013-11-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Rapid diagnostics method of homogeneity of high-temperature molten metals
RU2531064C2 (en) * 2012-12-05 2014-10-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Method and apparatus for investigating parameters of molten mass

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Schawe Analysis of non-isothermal crystallization during cooling and reorganization during heating of isotactic polypropylene by fast scanning DSC
Hecksher et al. Physical aging of molecular glasses studied by a device allowing for rapid thermal equilibration
US20130275096A1 (en) Solder Joint Fatigue Life Prediction Method
Küchemann et al. Ultrafast heating of metallic glasses reveals disordering of the amorphous structure
US20230002851A1 (en) Method and its application for regulating heat treatment derived from in-situ collection of information
RU2680984C1 (en) Metal melts equilibrium estimating method
Pavlasek et al. Hysteresis effects and strain-induced homogeneity effects in base metal thermocouples
Yu et al. Effect of the misorientation angle and anisotropy strength on the initial planar instability dynamics during solidification in a molten pool
CN106092375B (en) The method of calibration and tester of airborne equipment surface temperature sensor
RU182131U1 (en) The device for assessing the equilibrium of metal melts
RU2498267C1 (en) Rapid diagnostics method of homogeneity of high-temperature molten metals
CN108872740B (en) Method for calibrating and predicting ignition temperature rise of exposed bridge wire of electric explosion device under steady state
Kato et al. Avoiding error of determining the martensite finish temperature due to thermal inertia in differential scanning calorimetry: model and experiment of Ni–Ti and Cu–Al–Ni shape memory alloys
RU101192U1 (en) DEVICE FOR MEASURING KINEMATIC MELT VISCOSITY
JP2016136125A (en) Thermal analysis data processing method and thermal analysis device
RU104721U1 (en) DEVICE FOR RESEARCH OF HIGH-TEMPERATURE METAL MELTS
RU2795262C1 (en) Method for determining microheterogeneity of a melt of a sample of a multicomponent metal alloy
Merzlyakov et al. Frequency and temperature amplitude dependence of complex heat capacity in the melting region of polymers
RU2583343C1 (en) Method for determining intensity of structural adjustment of melts of high-temperature alloys
RU2450257C1 (en) Method of analysing high-temperature metal melts and apparatus for realising said method
Martin Computational Seebeck coefficient measurement simulations
Wang et al. Study of the mechanism of the internal friction peak in a Cu36Zr48Al8Ag8 bulk metallic glass
Chinh et al. A possible stabilizing effect of work hardening on the tensile performance of superplastic materials
Janssens et al. RheoDSC: design and validation of a new hybrid measurement technique
RU131179U1 (en) MEASUREMENT COMPARISON DEVICE

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191227