脈沖磁致振蕩作用下測(cè)量熔體熱歷史曲線的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種脈沖磁致振蕩作用下測(cè)量熔體內(nèi)部熱歷史曲線的裝置，屬材料加工【技術(shù)領(lǐng)域】。所述裝置由測(cè)溫系統(tǒng)、脈沖電源、感應(yīng)線圈、自制電阻爐、升降系統(tǒng)等組成。鑄型位于電阻爐幾何中心，電阻爐發(fā)熱使鑄型中的金屬塊熔化至預(yù)定溫度；由升降系統(tǒng)將熔體升至感應(yīng)線圈中心；待金屬熔體上升至預(yù)定位置，固定在上部的熱電偶自然插入熔體，溫度采集記錄系統(tǒng)連接熱電偶記錄熔體熱歷史曲線。相比傳統(tǒng)測(cè)溫方法，本發(fā)明不涉及人為操作，避免了中間人為過(guò)程對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，能更加精確地對(duì)比研究脈沖磁致振蕩對(duì)熔體熱歷史曲線的影響。
【專利說(shuō)明】脈沖磁致振蕩作用下測(cè)量熔體熱歷史曲線的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料加工【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及到一種脈沖磁致振蕩作用下測(cè)量熔體內(nèi)部熱歷史曲線的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在材料科學(xué)領(lǐng)域里，細(xì)化金屬凝固組織是提高鑄件性能的重要途徑之一.在已有的研究中，控制金屬凝固過(guò)程以細(xì)化凝固組織的方法主要有兩類:一是物理細(xì)化法，如低溫澆注、電磁攪拌、機(jī)械振動(dòng)、超聲波細(xì)化等；二是化學(xué)細(xì)化法，如添加形核劑和長(zhǎng)大抑制劑等。其中物理場(chǎng)處理技術(shù)作為一種環(huán)保、經(jīng)濟(jì)又具有很大發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)受到了人們的廣泛關(guān)注，這方面的研究已取得了巨大進(jìn)展。
[0003]現(xiàn)有的外場(chǎng)處理金屬凝固組織的技術(shù)中，中國(guó)專利200510030736.4已公開一種“脈沖磁致振蕩細(xì)化金屬凝固組織的方法及其裝置”，該發(fā)明方法通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的電路和彈簧形感應(yīng)線圈構(gòu)成的振蕩發(fā)生裝置，導(dǎo)入超高頻率的脈沖磁場(chǎng)，對(duì)置于感應(yīng)線圈里的金屬熔體表面而非整個(gè)熔體內(nèi)產(chǎn)生磁致振蕩，對(duì)金屬凝固過(guò)程產(chǎn)生作用直至凝固。該專利中的實(shí)施實(shí)例顯示該方法可顯著改變凝固組織形態(tài)，細(xì)化晶粒組織，消除比重偏析，極具應(yīng)用前
[0004]而為了進(jìn)一步研究該方法內(nèi)在機(jī)理，準(zhǔn)確測(cè)量該方法作用下的熔體溫度曲線具有重要的科學(xué)意義，但是該專利中的裝置在具體實(shí)施過(guò)程中，需要先通過(guò)電阻爐將金屬塊熔化并保溫一段時(shí)間，再將金屬液澆注到鑄型中，而將金屬液從電阻爐取出到澆注的過(guò)程中，人為因素較多，一方面很難保證每次實(shí)驗(yàn)中該過(guò)程經(jīng)歷的時(shí)間和外界環(huán)境相同，而這一過(guò)程內(nèi)金屬液由于大量散熱而導(dǎo)致澆入鑄型時(shí)溫度已有所降低；另一方面是每次實(shí)驗(yàn)中澆注方式(澆口的位置、高度及澆速等)和金屬液充型的方式也難以保持一致。由于金屬液在高溫段降溫速度很快，這兩種不利因素導(dǎo)致不同實(shí)驗(yàn)中的實(shí)際澆注溫度差別較大，且金屬液經(jīng)歷的降溫過(guò)程也會(huì)有所差異，最終會(huì)影響到實(shí)際的凝固組織。另外，傳統(tǒng)測(cè)溫法主要采取如下步驟:待澆注完成后才將熱電偶插入熔體中，而當(dāng)金屬液澆入溫度較低的鑄型后，由于鑄型的激冷作用，型壁處會(huì)迅速形成凝固殼層，這一因素導(dǎo)致測(cè)得的溫度會(huì)有較大誤差，且無(wú)法反映型壁處熔體形核、長(zhǎng)大對(duì)熔體溫度的影響，而這一影響對(duì)于認(rèn)識(shí)脈沖磁致振蕩細(xì)化金屬凝固組織的機(jī)理尤為關(guān)鍵。綜上所述，使用傳統(tǒng)方法一方面測(cè)得的溫度曲線誤差較大，另一方面難以獲得一些關(guān)鍵信息。而本專利的的裝置克服了這些問(wèn)題，能更可靠、準(zhǔn)確地測(cè)得脈沖磁致振蕩處理下熔體內(nèi)部的溫度曲線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的是提供一種脈沖磁致振蕩作用下測(cè)量熔體內(nèi)部熱歷史曲線的裝置，測(cè)量裝置簡(jiǎn)便易行，測(cè)得數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確可靠。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
本發(fā)明包括:脈沖電源、電動(dòng)機(jī)、絲桿、彈簧形感應(yīng)線圈、電阻爐、升降桿、溫度采集記錄系統(tǒng)等；電阻爐連接220v交流電，感應(yīng)線圈連接脈沖電源，升降桿上放置盛有金屬塊的鑄型；鑄型位于電阻爐內(nèi)時(shí)，電阻爐發(fā)熱使金屬塊熔化；之后升降桿上升，鑄型進(jìn)入感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈對(duì)金屬熔體施加脈沖磁致振蕩；脈沖磁致振蕩施加過(guò)程中，熱電偶插入熔體中并固定，通過(guò)溫度采集記錄系統(tǒng)連續(xù)記錄在脈沖磁致振蕩處理工藝中的金屬熔體內(nèi)部的金屬熔體的溫度信息，并繪制金屬熔體的溫度變化曲線。
[0007]—種脈沖磁致振蕩作用下測(cè)量熔體熱歷史曲線的裝置，包括:鑄型(14)、鑄型固定裝置(16)、升降桿(17)、滑座(19)、導(dǎo)軌(6-1、6-2)、絲桿(20)、螺母座(18)和電動(dòng)機(jī)(21)，盛有金屬熔體(15)的鑄型(14)放置于鑄型固定裝置(16)內(nèi)，其特征在于，所述絲桿
(20)的上端連接在固定板(5)上，所述絲桿(20)的下端和電動(dòng)機(jī)(21)的從動(dòng)件連接，導(dǎo)軌(6-1、6-2)、升降桿(17)和絲桿(20)穿過(guò)滑座(19)并位于同一平面，滑座(19)上固定有螺母座(18)，螺母座(18)和絲桿(20)嚙合，升降桿(17)的下端固定在滑座(19)上，升降桿
(17)的上端連接鑄型固定裝置(16)，升降桿(17)穿過(guò)固定板(5)中心的孔，頂板(I)中心打洞便于鑄型穿過(guò)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)(21)控制絲桿(20)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺母座(18)即帶著滑座(19)沿兩導(dǎo)軌(6-1、6-2)上升或下降，使盛有金屬熔體(15)的鑄型(14)可以在電阻爐(2)和感應(yīng)線圈(9)內(nèi)自由升降。
[0008]所述的脈沖磁致振蕩作用下測(cè)量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，感應(yīng)線圈(9 )連接脈沖電源(13 )，電阻爐(2 )通過(guò)控制器(7 )再經(jīng)由插座(8 )連接220V交流電；脈沖電源(13)參數(shù)為:峰值電流為10— 20000A，脈沖寬度為5μ s—50ms，作用頻率為0.015—2KHz。
[0009]所述的脈沖磁致振蕩作用下測(cè)量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，控制器(7)連接電阻爐(2)和埋入其內(nèi)部的控溫?zé)犭娕?4)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制電阻爐(2)的內(nèi)部溫度；且控制器(7 )連接電動(dòng)機(jī)(21)，可控制電動(dòng)機(jī)(21)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)整滑座(19 )升降速度。
[0010]所述溫度測(cè)試分析系統(tǒng)由測(cè)溫?zé)犭娕?11-1、11-2)、溫度采集記錄系統(tǒng)(12)和熱電偶固定裝置(10)構(gòu)成，所述測(cè)溫?zé)犭娕?11-1、11-2)的信號(hào)輸出端與所述溫度采集記錄系統(tǒng)(12)的信號(hào)接收端連接，當(dāng)彈簧形感應(yīng)線圈(9)對(duì)金屬熔體(15)施加脈沖磁致振蕩時(shí)，所述溫度采集記錄系統(tǒng)(12)實(shí)時(shí)監(jiān)控待測(cè)的金屬熔體(15)內(nèi)部檢測(cè)位置的溫度測(cè)量值，并輸出溫度測(cè)量值信息。
[0011]所述滑座(19)的升降速度為2_20cm/s。所述固定板(5)及其中心孔洞、頂板(I)及其中心孔洞的形狀為圓形或方形。所述電阻爐(2)外部包裹絕熱材料(3)。所述絕熱材料(3)為石棉。所述絕熱材料(3)的厚度為2 — 60cm。所述鑄型裝置(14)可采用金屬鑄型、石墨坩堝、陶瓷坩堝或砂型。所述鑄型固定裝置(16)采用不銹鋼或石墨。所述熱電偶固定裝置(10)和測(cè)溫?zé)犭娕?11-1、11-2)提前放置在感應(yīng)線圈(9)上端，或等鑄型(14)上升到預(yù)定高度再放置熱電偶固定裝置(10)和測(cè)溫?zé)犭娕?11-1、11_2)。
[0012]上述熱電偶固定裝置和測(cè)溫?zé)犭娕甲詈锰崆胺胖迷诟袘?yīng)線圈上端，或等鑄型上升到預(yù)定高度再放置熱電偶固定裝置，將測(cè)溫?zé)犭娕疾迦肴垠w。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn):
1.本發(fā)明提供了一種脈沖磁致振蕩作用下測(cè)量熔體內(nèi)部熱歷史曲線的裝置，省去了澆注步驟，避免了每次實(shí)驗(yàn)中由于金屬液出爐到澆注過(guò)程中損失熱量，以及澆注和金屬液充型的方式難以保持一致而導(dǎo)致的熔體內(nèi)部溫度偏差，從而更準(zhǔn)確地測(cè)得脈沖磁致振蕩處理下金屬熔體溫度曲線；
2.本發(fā)明所提供的裝置，避免了鑄型對(duì)金屬液產(chǎn)生激冷作用形成凝固殼層而導(dǎo)致的熔體內(nèi)部溫度偏差，能更準(zhǔn)確地測(cè)得脈沖磁致振蕩處理下熔體的溫度曲線；
3.本發(fā)明克服了傳統(tǒng)測(cè)溫法測(cè)得的溫度曲線誤差較大且難以重復(fù)這一缺點(diǎn)，從而為研究脈沖磁致振蕩細(xì)化金屬凝固組織的機(jī)理提供更加準(zhǔn)確的溫度數(shù)據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為一種脈沖磁致振蕩作用下測(cè)量熔體內(nèi)部熱歷史曲線的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中:1.頂板，2.電阻爐，3.絕熱材料，4.控溫?zé)犭娕迹?.固定板，6.導(dǎo)軌，7.控制器，8.插座，9.彈簧形感應(yīng)線圈，10.熱電偶固定裝置，11.測(cè)溫?zé)犭娕迹?2.溫度采集記錄系統(tǒng)，13.脈沖電源，14.鑄型裝置，15.金屬熔體，16.鑄型固定裝置，17.升降桿，18.螺母座，19.滑座，20.絲桿，21.電動(dòng)機(jī)。
[0016]圖2為使用該裝置所測(cè)得的脈沖磁致振蕩處理下純鋁熔體中心處與靠近型壁處的溫度曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā) 明保護(hù)的范圍。
[0018]實(shí)施例:測(cè)量脈沖磁致振蕩處理下純鋁熔體的溫度曲線。
[0019]包括控制器7、脈沖電源13、電動(dòng)機(jī)21、絲桿20、彈簧形感應(yīng)線圈9、電阻爐9、升降桿17、溫度采集記錄系統(tǒng)12等構(gòu)成，測(cè)量熔體溫度的熱電偶11-1、11_2的信號(hào)輸出端與溫度采集記錄系統(tǒng)12的信號(hào)接收端連接，測(cè)量電阻爐2內(nèi)部溫度的熱電偶4信號(hào)輸出端與控制器7的信號(hào)接收端連接，電阻爐2通過(guò)控制器7再經(jīng)由插頭8連接220v交流電，彈簧形感應(yīng)線圈9連接脈沖電源13，電動(dòng)機(jī)21和絲桿20以及控制器7連接，當(dāng)鑄型14上升至感應(yīng)線圈9內(nèi)部后，插入測(cè)溫?zé)犭娕?1-1、11-2，溫度采集記錄系統(tǒng)12實(shí)時(shí)監(jiān)控待測(cè)的金屬熔體15內(nèi)部檢測(cè)位置的溫度測(cè)量值，并輸出溫度測(cè)量值信息。
[0020]所使用的彈簧形感應(yīng)線圈匝數(shù)為11，層數(shù)為2，包裹電阻爐的絕熱材料為石棉，厚度為20cm，鑄型選用石墨粘土坩堝，規(guī)格為Φ50ΧΦ70Χ85 ;脈沖電源參數(shù)為脈沖電流為10— 20000A，脈沖寬度為5 μ s— 50ms，作用頻率為0.015 — 2KHz。
[0021]利用本發(fā)明及其專用裝置，完成了針對(duì)純鋁所做的實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)情況及結(jié)果敘述如下:
將500克工業(yè)純鋁(純度99.7%)塊置入石墨粘土坩堝內(nèi)，操作控制器使升降桿升到彈簧形感應(yīng)線圈上端，將石墨粘土坩堝放在鑄型固定裝置上，控制石墨粘土坩堝降到電阻爐內(nèi)部，操作控制器，設(shè)定升溫程序使電阻爐開始發(fā)熱，20分鐘后電阻爐到達(dá)實(shí)驗(yàn)溫度并保溫十分鐘，使石墨粘土坩堝內(nèi)的鋁塊熔化到預(yù)定溫度，之后操作升降系統(tǒng)使石墨粘土坩堝以lOcm/s的速度上升至感應(yīng)線圈內(nèi)的預(yù)定高度，使已固定的測(cè)溫?zé)犭娕甲匀徊迦肴垠w之中，并通過(guò)脈沖電源對(duì)感應(yīng)線圈導(dǎo)入?yún)?shù)為^iHzjhiAjObi μ s (本專利中H匕均為設(shè)備參數(shù)，不隨實(shí)驗(yàn)條件的改變而改變)的脈沖電流，從而對(duì)感應(yīng)線圈內(nèi)的金屬熔體實(shí)施脈沖磁致振蕩處理，通過(guò)溫度采集記錄系統(tǒng)獲得純鋁熔體內(nèi)部各點(diǎn)的溫度及其實(shí)時(shí)變化，測(cè)得更準(zhǔn)確可靠的脈沖磁致振蕩處理下純鋁熔體中心和型壁處的溫度一時(shí)間曲線，如圖2所
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【權(quán)利要求】
1.一種脈沖磁致振蕩作用下測(cè)量熔體熱歷史曲線的裝置，包括:鑄型(14)、鑄型固定裝置(16)、升降桿(17)、滑座(19)、導(dǎo)軌(6-1、6-2)、絲桿(20)、螺母座(18)和電動(dòng)機(jī)(21)，盛有金屬熔體(15)的鑄型(14)放置于鑄型固定裝置(16)內(nèi)，其特征在于，所述絲桿(20)的上端連接在固定板(5 )上，所述絲桿(20 )的下端和電動(dòng)機(jī)(21)的從動(dòng)件連接，導(dǎo)軌(6-1、6-2)、升降桿(17)和絲桿(20)穿過(guò)滑座(19)并位于同一平面，滑座(19)上固定有螺母座(18)，螺母座(18)和絲桿(20)嚙合，升降桿(17)的下端固定在滑座(19)上，升降桿(17)的上端連接鑄型固定裝置(16)，升降桿(17)穿過(guò)固定板(5)中心的孔，頂板(1)中心打洞便于鑄型穿過(guò)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)(21)控制絲桿(20)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺母座(18)即帶著滑座(19)沿兩導(dǎo)軌(6-1、6-2)上升或下降，使盛有金屬熔體(15)的鑄型(14)可以在電阻爐(2)和感應(yīng)線圈(9)內(nèi)自由升降。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的脈沖磁致振蕩作用下測(cè)量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，感應(yīng)線圈(9)連接脈沖電源(13)，電阻爐(2)通過(guò)控制器(7)再經(jīng)由插座(8)連接220v交流電；脈沖電源(13)參數(shù)為:峰值電流為10—20000A，脈沖寬度為5μ s—50ms，作用頻率為0.015—2KHz0
3.根據(jù)權(quán)利要求書2所述的脈沖磁致振蕩作用下測(cè)量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，控制器(7)連接電阻爐(2)和埋入其內(nèi)部的控溫?zé)犭娕?4)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制電阻爐(2 )的內(nèi)部溫度；且控制器(7 )連接電動(dòng)機(jī)(21)，可控制電動(dòng)機(jī)(21)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)整滑座(19)升降速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的脈沖磁致振蕩作用下測(cè)量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，所述溫度測(cè)試分析系統(tǒng)由測(cè)溫?zé)犭娕?11-1、11_2)、溫度采集記錄系統(tǒng)(12)和熱電偶固定裝置(10)構(gòu)成，所述測(cè)溫?zé)犭娕?11-1、11-2)的信號(hào)輸出端與所述溫度采集記錄系統(tǒng)(12)的信號(hào)接收端連接，當(dāng)彈簧形感應(yīng)線圈(9)對(duì)金屬熔體(15)施加脈沖磁致振蕩時(shí)，所述溫度采集記錄系統(tǒng)(12)實(shí)時(shí)監(jiān)控待測(cè)的金屬熔體(15)內(nèi)部檢測(cè)位置的溫度測(cè)量值，并輸出溫度測(cè)量值信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的脈沖磁致振蕩作用下測(cè)量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，所述滑座(19)的升降速度為2-20cm/s。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的脈沖磁致振蕩作用下測(cè)量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，所述固定板(5)及其中心孔洞、頂板(1)及其中心孔洞的形狀為圓形或方形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的脈沖磁致振蕩作用下測(cè)量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，所述電阻爐(2 )外部包裹絕熱材料(3 )。
8.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的脈沖磁致振蕩作用下測(cè)量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，所述絕熱材料(3)為石棉。
9.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的脈沖磁致振蕩作用下測(cè)量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，所述絕熱材料(3)的厚度為2 — 60cm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的脈沖磁致振蕩作用下測(cè)量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，其特征在于，所述鑄型裝置(14)可采用金屬鑄型、石墨坩堝、陶瓷坩堝或砂型。
11.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的脈沖磁致振蕩作用下測(cè)量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，所述鑄型固定裝置(16)采用不銹鋼或石墨。
12.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的脈沖磁致振蕩作用下測(cè)量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，所述熱電偶固定裝置(10)和測(cè)溫?zé)犭娕?11-1、11_2)提前放置在感應(yīng)線圈(9)上端 ，或等鑄型(14)上升到預(yù)定高度再放置熱電偶固定裝置(10)和測(cè)溫?zé)犭娕?11-1、11-2)。
【文檔編號(hào)】G01K7/04GK103968968SQ201410130681
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】梁冬, 梁柱元, 孫杰, 王翔, 仲紅剛, 翟啟杰 申請(qǐng)人:上海大學(xué)