[发明专利]液态金属冷却定向凝固过程中铸件温度的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及特种工艺过程中的铸件温度测定，属实验测温领域。

背景技术

在定向凝固和单晶叶片生产中，目前广泛应用的是“高速凝固(HRS)法”。但温度梯度往往达不到要求，特别是对于大尺寸燃气轮机叶片的生产，HRS法的上述缺点十分突出。液态金属冷却(LMC)定向凝固技术用于制备叶片开始于20世纪70年代，以低熔点液态金属(Sn、Al等)作为冷却区域的冷却介质，将模壳直接浸入液态金属中，冷却效果比较稳定，温度梯度和凝固速率较高，获得的铸件组织细密、杂晶缺陷较少，因而成为近年来的研究热点。但是，由于LMC工艺的影响因素复杂，温度场变化机理和凝固规律尚待研究，工艺尚不成熟，通过实验测温来研究铸件内的温度场就有很大的必要。然而，由于模壳和铸件在真空炉内处于抽拉运动状态，且模壳与加热套、挡板间的距离很近，热电偶必须有柔性引出线，而过多的引出线又会影响辐射散热，使得实验得到的温度场与实际生产中的不一致；另一方面，由于模壳浸入液态金属，热电偶也随之浸入，会使偶丝与液态金属接触，形成短路；再加上定向凝固热区温度一般要超过高温合金熔点，因此必须有一种既柔性又密封，而且耐1600℃以上高温，在运动中始终不受挡板阻隔，并且成本低的测温方法。目前，国内尚无比较成型的LMC铸件温度测定方法。因此，测温问题一直是LMC工艺研究者的重大技术难关。2007年于靖在博士论文中(高温合金叶片定向凝固过程微观组织数值模拟.北京：清华大学机械工程系，2007：79)使用了一种热电偶测温方法，基本上可以适应模壳的抽拉运动，但是不能避免金属液接触偶丝，只能用于无液态金属冷却的工艺；1976年A.F.Giamei用保护管从坩埚顶部插入，采用公用极偶丝减少了偶丝数量，实现了LMC试样的测温，但此方法要求铸件形状简单，测温点必须在同一条竖直线上，对试样内部温度场干扰较大，且依赖于专门的实验设备来实现，不能适用于生产用炉的抽拉运动。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用常用实验材料，在准确采集铸件指定点温度的同时，保证液态冷却金属不会侵入热电偶保护层导致偶丝短路的热电偶测温方法。

本发明的技术方案如下：

液态金属冷却定向凝固过程中铸件温度的测量方法之一，其特征在于，是一种上引出埋线式测量方法，依次含有以下步骤：

步骤(1)，把带有椭圆截面的陶瓷绝缘管的热电偶丝水平的伸入型壳测温点并埋在铸件中，所述的热电偶丝是一种超细的铂铑热电偶丝，直径为0.1mm到0.2mm，椭圆截面的陶瓷绝缘管长轴为1.5mm，在所述超细铂铑热电偶丝的偶头上用浆料涂敷，代替保护管，以减小测量滞后与误差，铸件放在加热套内；

步骤(2)，从测温点到所述型壳上端面的热电偶丝采用分节的所述椭圆截面的陶瓷绝缘管，并埋入所述型壳中，从所述型壳的上端面引到热区上盖之间，也采用分节的所述椭圆截面的陶瓷绝缘管并向上弯折盘旋，从所述热区上盖边缘的缝隙引出到接线盘。

液态金属冷却定向凝固过程中铸件温度的测量方法之二，其特征在于，是一种上引出直线式测量方法，依次含有以下步骤：

步骤(1)，把带有椭圆截面的陶瓷绝缘管的热电偶丝水平的伸入型壳测温点并埋在铸件中，所述的热电偶丝是一种超细的铂铑热电偶丝，直径为0.1mm到0.2mm，椭圆截面的陶瓷绝缘管长轴为1.5mm，在所述超细铂铑热电偶丝的偶头上用浆料涂敷，代替保护管，以减小测量滞后与误差，铸件放在加热套内；

步骤(2)，从测温点到所述型壳上端面采用几段不分节的所述椭圆截面的陶瓷绝缘管，所述各椭圆截面的陶瓷绝缘管之间的交界处用浆料密封，并将最后一段所述椭圆截面的陶瓷绝缘管用所述浆料固定在所述型壳的上端面上，从所述型壳上端面向上弯曲盘旋，并从所述热区上盖边缘的缝隙引出到接线盘。

液态金属冷却定向凝固过程中铸件温度的测量方法之三，其特征在于，是一种下引出埋线式测量方法，依次含有以下步骤：

步骤(1)，把带有椭圆截面的陶瓷绝缘管的热电偶丝水平的伸入型壳测温点并埋在铸件中，所述的热电偶丝是一种超细的铂铑热电偶丝，直径为0.1mm到0.2mm，椭圆截面的陶瓷绝缘管长轴为1.5mm，在所述超细铂铑热电偶丝的偶头上用浆料涂敷，代替保护管，以减小测量滞后与误差，铸件放在加热套内；