[发明专利]一种用于重力铸造合金临界凝固系数检测的装置和方法

说明书

技术领域：

本发明属于合金铸造技术领域，具体的说就是提供一种用于重力铸造合金临界凝固系数检测的装置和方法，采用本发明能够快速、准确的测试出合金的临界凝固系数，以便有效地预测该种合金的补缩行为。

背景技术：

铸造是现代工业的基础，铸件生产能力的高低直接影响着整个国家的工业水平，而铸造合金的充型和凝固是铸造工艺的根本技术问题。充型及凝固过程难以用肉眼观察和准确检测，给人们对铸造过程的了解带来很大困难。

为了定量的描述出合金在凝固过程中的流动行为及补缩特性，人为的定义了合金临界凝固系数的概念。合金临界凝固系数是指合金在充型过程中尽管随着温度降低有部分固相析出，但在一定程度上仍然具有流动能力，当固相量增大到一定量时，该合金不再具有流动性，合金不再具有流动性时所对应的固相分数即为临界凝固系数。

Journal of materials processing technology杂志2008年第197卷第1期中《Investigation of critical liquid fraction factor in nodular iron castings by computer simulation》一文指出，随着液态合金凝固分数增加，合金的流动能力逐渐降低，当液相分数降低到一个临界值时，合金不再具有流动性，通常将该液相分数的临界点称为临界液相分数(critical liquid fraction，简称CLF因子)。在铸造模拟软件中，也常采用该临界液相分数对应的固相分数为临界固相分数，本专利申请中采用合金的临界固相分数来表示合金临界凝固系数。

采用差示扫描量热分析法(DSC)可以检测出合金固、液相线区间温度与固相率之间的函数关系。《金属科学与工艺》期刊1998年第7卷第1期《二元固溶体型合金凝固过程中固相分数的变化规律》总结了前人在合金固相分数计算方面的研究工作，指出了所用计算式的适用范围，并提出了具有更好适用性的合金固相分数-温度(f_s–T)函数。

铸造过程数值模拟技术在铸造工艺优化和铸件产品质量控制方面具有广泛的应用，迫切需要准确的基础物理数据以确保数值计算的准确性。作为反映铸件补缩行为的一个重要物理参量，合金临界凝固系数的准确程度直接影响铸造过程数值分析过程中对凝固收缩行为、铸造缺陷预测的准确性。由于合金临界凝固系数受合金类型、浇注温度、成形压力及铸型情况等因素影响，因此必须采用合适的实验方法检测合金的临界凝固系数该参数。

但到目前为止，还没有发现关于合金临界凝固系数测试的检测装置和方法，迫切需要开发新的检测装置和方法以获得该参数，以满足铸造工艺数值化设计和工艺优化的要求。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种用于重力铸造合金临界凝固系数检测的装置和方法，采用该装置和方法可以快速、准确的检测出合金临界凝固系数，而且具有工艺控制简单、操作方便的特点。

本发明的技术方案如下：

一种用于重力铸造合金临界凝固系数检测的装置，包括设备支撑座(1)、安装在设备支撑座(1)上的带有倾转功能的温控加热电炉(2)、电机(3)、多通道温度采集设备(4)、与多通道温度采集设备相连的铠装热电偶(6-9)、用于固定铠装热电偶位置的升降固定装置(5)、高电压信号计时器(14)、放置在温控加热电炉(2)中的坩埚(15)、与坩埚(15)相连接的控温热电偶(16)、加热电炉温度控制装置(17)；所述坩埚中盛装合金熔体。

所述坩埚(15)放置于温控电阻加热炉(2)中，坩埚底部固定测温热电偶(16)，通过温控电阻加热炉(2)对坩埚(15)及其内盛装的合金加热和控温。

所述铠装热电偶(6-9)为直径为0.5mm的铠装热电偶，均匀布置于坩埚内从坩埚中心到壁面的径向方向上，铠装热电偶(6-9)头部置于距离坩埚(15)底部三分之二坩埚高度的位置上。

所述高电压信号计时器(14)分别连接电机(3)和坩埚(15)中的合金，高电压计时器(14)记录操作时间并控制倾转台的倾转。

所述高电压信号计时器(14)在坩埚(15)内腔顶部设置有连接导线(11、12)，并通过电机连接线(13)与电机(3)相联。