[发明专利]一种在线检测铝合金熔体晶粒细化和变质效果的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金熔炼过程中的分析方法，具体涉及一种在线检测铝合金熔体晶粒细化和变质效果的方法。

背景技术

热分析法是通过测定物质温度的变化所引起的物性变化来确定物质状态变化的一种测试分析方法，即通过测定伴随物质的温度变化和化学反应的进行而发生的热力学性质、物理性质的变化，进而确定物质结构的热变化及化学反应常数的一种方法。在合金中无论发生哪一种变化(如加热时的熔化、冷却时的结晶、同素异构转变、固态中过剩相熔解或析出等)，都伴随有热量的释放或吸收，从而使得因加热而温度上升或因冷却而温度下降时，温度变化的连续性受到破坏并显示出温度特征值，在加热或冷却曲线上形成“拐点”或“平台”。所以，合金熔体在冷却过程中的各种热变化，包括晶粒细化和变质过程，都会在冷却曲线上留下相应的痕迹。

以往对合金细化变质效果往往通过剖切铸件，磨制金相试样来检测，不仅周期长、价格昂贵、而且不能现场指导工作。目前生产中常用浇注断口试样，肉眼观察断口检测细化变质效果，这种方法更多的依赖操作人员的经验，可靠性不高。

目前世界上越来越多的铸造厂利用热分析技术进行炉前快速分析。如美国通用汽车制造公司和福特汽车制造公司以及乌克兰等都已将热分析法作为炉前合金质量控制的重要手段。与国外相比，国内热分析法的应用还有一定差距，而且应用也不成熟。若能将热分析技术与微型计算机技术相结合，发展在线检测合金熔体晶粒细化和变质效果的方法，降低热分析技术成本，提高测试的可靠性、准确性和智能化，必将促进热分析技术在铸造生产中广泛的应用，使我国的铸件质量稳步提高，增强我国在国际铸件市场上的竞争实力。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种将热分析技术和热分析方法结合起来，优化在线预测铝合金熔体晶粒细化和变质效果的检测方法，尤其适用于AS7G03铝合金的检测。

为解决上述技术问题，本发明应用的技术方案是：一种在线检测铝合金熔体晶粒细化和变质效果的方法，将熔体注入坩埚内，控制坩埚内熔体的注入温度为640℃～670℃，坩埚预热温度为300℃～400℃，控制熔体的冷却速率为-0.5～-0.6℃/S，通过热分析仪实现热分析数据的采集、分析和结果输出，得到热分析冷却曲线，进而得到反映熔体晶粒细化的再辉过冷度数值，标记为dTL；以及反映变质程度的共晶生长过冷度数值，标记为dTS；dTL值越小，晶粒越细小；dTS越大，变质效果越好。

优选的，本发明通过对坩埚外加保温层实现对冷却速率的控制。

优选的，本发明所述熔体为合金牌号AS7G03铝合金，合金成分如表1所示。

表1AS7G03铝合金的化学成分(wt％)

热分析原理是：将熔体倒入坩埚内，测定其凝固过程的温度，得出温度-时间曲线，此曲线也叫冷却曲线。应用热分析方法，可以从冷却曲线或其一阶导数中获取特征值，那么就可以建立这些特征值和一些质量指标(如晶粒尺寸、共晶结构、硅相等等)之间的关系。

铝合金熔体的注入温度、坩埚预热温度、冷却速率对冷却曲线有明显的影响。表2是同一炉AS7G03熔体在不同控制参数下，得出的冷却曲线特征值。发明人通过大量实验发现，当熔体注入温度过低，坩埚预热温度过低，冷却速率过小，导致冷却曲线特征值紊乱，最终热分析结果错误(如表2中1～6号试样)。因此使用热分析仪(如瑞士光华科技有限公司生产的TA110便携式铝液热分析仪)做热分析实验时，必须提供合适的熔体注入温度、坩埚预热温度、冷却速率，即控制注入温度为640～670℃，坩埚预热温度300℃～400℃，熔体的冷却速率为-0.5～-0.6℃/S才能保证实验数据的稳定性和正确性(如表2中7～11号试样)。

进一步的，用dTL＜0.6，dTS≥2作为判断AS7G03铝合金细化变质效果合格的依据。

说明书的表2和表3中，TG表示的是熔体注入坩埚的注入温度，T’max表示的是熔体的冷却速率。

表2不同控制参数下冷却曲线的特征值

本发明具有的优点和积极效果是：

1、控制熔体注入温度、坩埚预热温度、熔体浇注量、熔体的冷却速率在本发明范围内时，能够得到稳定的热分析结果，进而准确检测铝合金熔体晶粒细化和变质效果。

2、作为炉前分析手段，在浇注前检测合金熔体的质量，预测合金晶粒细化和变质效果，简单易行，检测成本低。

3、将热分析技术与微型计算机技术相结合，进一步降低热分析技术成本，提高测试的可靠性、准确性和智能化，利于指导生产，提高铸件质量。

附图说明