[发明专利]一种密度法检测半固态金属浆料固相率的装置及检测方法

说明书

本发明属于金属材料半固态加工检测领域,具体涉及一种利用密度差检测半固态金属浆料固相率的装置及方法。该发明是针对实际的固相率检测中出现的过程复杂时间滞后等问题,提出一种快速简便的测试途径。装置部分由坩埚、超声波发射器、超声波接收器、支撑槽以及计算机组成。两套超声波发射接收装置分别连接在坩埚外壁的上部和中部，通过与两组超声波装置连接的计算机计算出超声波在不同介质中的传播时间，得出超声波在金属浆料和坩埚埚体中的传播速率，再根据传播速率与介质密度的热力学函数关系，计算出金属浆料的密度，从而得出半固态金属浆料的固相率。本发明用于连续检测半固态金属浆料的固相率。

技术领域

本发明属于金属材料半固态加工检测领域,具体涉及一种检测半固态金属材料浆料固相率的装置及其检测方法。

背景技术

金属材料半固态加工的基本工艺方法可分为流变成型和触变成型两种,其中流变成型成为近年来的研究热点，在半固态流变成型过程中，流动性是影响浆料充型能力的最主要因素之一，表观粘度是浆料流动性的重要指标,在影响表观粘度的众多因素中,固相率是极为重要的因素。目前针对半固态浆料固相率的测定方法主要有：电阻法、金相分析法和热涵法。其中电阻法具有操作简单，实时性强的特点，但不适用于电磁搅拌；金相分析法是目前使用最普遍的方法，但制样过程复杂，耗时，不利于生产实践中的在线检测；热涵法理论依据较强,但对对实验设备和参数控制要求较高。根据半固态金属材料的固相率的大小,可以将半固态浆料划分为“类液”型和“类固”型，“类液”型半固态浆料一般是通过将液态合金进行搅拌并连续冷却至某一半固态温度而获得，在实际生产研究中的半固态浆料绝大多数属于此类。

针对实际生产中的半固态浆料为“类液”型浆料的情况，可以将半固态浆料简化为固液均匀混合模型,根据质量守恒原理：

M=ρ. V =m₁+m₂= ρ₁V₁+ρ₂V₂ （1-1）

其中，M为浆料总质量，ρ位浆料平均密度，V 为浆料总体积，m₁、m₂分别为浆料中的液相质量和固相质量，ρ_1、ρ₂分别为液相密度和固相密度，V_1、V₂分别

对于半固态浆料中的固相体积和液相体积，固相率Q为浆料中的固相体积与浆料总体积之比，即：

Q= V₂ / V= V₂ /（V₁ +V₂） （1-2）

超声波在高温介质中传播时，传播速率v与介质密度ρ之间存在函数关系：

v=k .ρ .（a.T²+b.T+c） （1-3）

其中k是与传播介质有关的常数，T为介质温度，a、b、c为热力学系数;且传播速率v=D/t，D为超声波传播距离，t为传播时间。

在金属浆料处于液态区间时，选择四个不同的温度测量超声波的传播速率，计算出系数k、a、b、c；待浆料温度降低至半固态区间T₀时，根据（1-3）可以得出该温度下半固态浆料的密度ρ_{0 。}结合（1-1）和（1-2），可以得出该温度下半固态浆料的固相率。