[发明专利]一种高温凝固相转变规律测定实验方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温凝固相转变规律测定实验方法及装置，更具体的说，它涉及一种用于金属及合金材料凝固相转变规律测定试验方法，属于检测仪器仪表领域。 

背景技术

在金属及合金材料凝固实验中，需要对铸造工业和连铸工业中用于凝固过程的相转变进行分析，目前国内外现有的凝固相转变测定的实验方法一般使用激光共聚焦显微镜方法和DTA差热分析方法，但测定的参数比较零散并没有将此形成系统的规律，激光共聚焦显微镜实验方法是将试样放入激光共聚焦设备中，通过加热并实时对凝固过程进行高温摄像来确定相转变的温度点。DTA差热分析仪则利用相变能量变化来测定相变点，不能观察组织变化。两者都不能模拟铸造工业和连铸工业中高温条件下金属及合金材料快速冷却的的凝固过程以及模拟体积收缩，材料的凝固特性评价结果与现场结果相差较大。 

在金属及合金材料加工行业中，高温凝固相转变规律与凝固时的冷却速度有很大的关系，目前这类实验的评价结果在学术上和工程技术上具有重要价值，由于缺乏相适应的实验方法和装置，致使相应的评价实验不能进行，常规的凝固相转变实验为低冷速和特定冷速下的的凝固实验，其冷速与实际工业状况相差甚远，用常规方法评价金属及合金凝固特性与工业实际常常相差甚远。 

目前，常规的高温凝固相转变规律测定实验方法存在以下不足： 

（1）激光共聚焦显微镜和DTA差热分析仪盛放试样的结构较小，实验试样处理的很薄，无法模拟现场条件。 

（2）激光共聚焦显微镜和DTA差热分析仪的冷却速度不稳定且冷速较小，因而无法模拟现场连铸和铸造中的冷却过程。 

（3）DTA差热分析仪只能显示材料的凝固相变点结果但无法对凝固过程中的组织变化进行观察并定量分析。 

为解决常规的高温凝固相转变规律测定实验方法不能模拟现场实际工况的问题，本发明设计了高温凝固相转变规律测定的实验装置，形成了适用于高温凝固相转变规律测定的新型实验方法，能够很好的解决上述问题。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够较真实反映现场工况、用于金属及合金高温凝固相转变规律测定实验方法。 

本发明另一目的在于提供一种结构简单、易于操作、安全可靠、能够用于金属及合金高温凝固相转变规律测定的实验装置。 

技术解决方案 

本发明包括在高温条件下，在现场的冷速下测量金属及合金的凝固特性，真实模拟现场工况；模拟测定高温凝固相转变规律得出相转变温度点，观察整个相变的过程并对相转变进行定量分析，验证相变规律，真实模拟现场凝固相转变的过程，判定材料凝固特性，确定转变规律。 

一种高温凝固相转变规律测定实验方法，实验方法如下：（A）使用DTA差热分析仪测定0.17℃/s-0.66℃/s冷速下金属及合金材料的凝固相转变点、液相线和固相点；（B）使用DTA结果制定冷却速度为0.005℃/s-50℃/s时的淬火温度，采用高温凝固相转变规律SPT测定实验装置将试样熔炼并按照制定的冷速冷却到淬火温度并用液氮酒精淬火；（C）观察淬火后试样的组织形貌，并拍金相照片；（D）使用Micro-image Anlysis﹠Progress金相软件，对不同冷却速度下高温组织中先析出相含量进行分析；根据先析出相含量得出不同冷速下凝固相转变点，进而得到试样的高温凝固相转变规律Solidification phase transformation,简称:SPT；对不同金属及合金的凝固规律进行研究，实现在特定生产需要下选择最优的凝固方式。 

高温凝固相转变规律SPT测定实验装置，包括：炉体,炉体内设有铂铑丝加热系统，铂铑丝通过导线与外置电源连接，铂铑丝加热系统内放置刚玉坩埚，刚玉坩埚底部内嵌试样测温热电偶，试样测温热电偶与控制系统连接，刚玉坩埚置于支撑杆上，支撑杆固定于升降系统上，炉体外还设置有液氮酒精容器。 

进一步：铂铑丝加热系统采用刚玉管上缠绕铂铑丝。 

所述刚玉管管口上方设有上密封炉盖，上密封炉盖上设有出气口。 

所述刚玉坩埚底部设有放置试样测温热电偶探头的空腔或与刚玉坩埚一体设计的管口。 

进一步:炉体上开有安装炉体热电偶的测量孔，且炉体内壁设有绝热层。 

进一步:炉体顶部设有上冷却壁，底部设有下冷却壁，上冷却壁和下冷却壁通过管道连接形成循环水冷却系统，管道与水箱通过水泵连接。