脈沖磁致振蕩作用下測量熔體熱歷史曲線的裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種脈沖磁致振蕩作用下測量熔體內部熱歷史曲線的裝置，屬材料加工【技術領域】。所述裝置由測溫系統、脈沖電源、感應線圈、自制電阻爐、升降系統等組成。鑄型位于電阻爐幾何中心，電阻爐發熱使鑄型中的金屬塊熔化至預定溫度；由升降系統將熔體升至感應線圈中心；待金屬熔體上升至預定位置，固定在上部的熱電偶自然插入熔體，溫度采集記錄系統連接熱電偶記錄熔體熱歷史曲線。相比傳統測溫方法，本發明不涉及人為操作，避免了中間人為過程對實驗結果的影響，能更加精確地對比研究脈沖磁致振蕩對熔體熱歷史曲線的影響。
【專利說明】脈沖磁致振蕩作用下測量熔體熱歷史曲線的裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬于材料加工【技術領域】，特別涉及到一種脈沖磁致振蕩作用下測量熔體內部熱歷史曲線的裝置。
【背景技術】
[0002]在材料科學領域里，細化金屬凝固組織是提高鑄件性能的重要途徑之一.在已有的研究中，控制金屬凝固過程以細化凝固組織的方法主要有兩類:一是物理細化法，如低溫澆注、電磁攪拌、機械振動、超聲波細化等；二是化學細化法，如添加形核劑和長大抑制劑等。其中物理場處理技術作為一種環保、經濟又具有很大發展潛力的技術受到了人們的廣泛關注，這方面的研究已取得了巨大進展。
[0003]現有的外場處理金屬凝固組織的技術中，中國專利200510030736.4已公開一種“脈沖磁致振蕩細化金屬凝固組織的方法及其裝置”，該發明方法通過特殊設計的電路和彈簧形感應線圈構成的振蕩發生裝置，導入超高頻率的脈沖磁場，對置于感應線圈里的金屬熔體表面而非整個熔體內產生磁致振蕩，對金屬凝固過程產生作用直至凝固。該專利中的實施實例顯示該方法可顯著改變凝固組織形態，細化晶粒組織，消除比重偏析，極具應用前
[0004]而為了進一步研究該方法內在機理，準確測量該方法作用下的熔體溫度曲線具有重要的科學意義，但是該專利中的裝置在具體實施過程中，需要先通過電阻爐將金屬塊熔化并保溫一段時間，再將金屬液澆注到鑄型中，而將金屬液從電阻爐取出到澆注的過程中，人為因素較多，一方面很難保證每次實驗中該過程經歷的時間和外界環境相同，而這一過程內金屬液由于大量散熱而導致澆入鑄型時溫度已有所降低；另一方面是每次實驗中澆注方式(澆口的位置、高度及澆速等)和金屬液充型的方式也難以保持一致。由于金屬液在高溫段降溫速度很快，這兩種不利因素導致不同實驗中的實際澆注溫度差別較大，且金屬液經歷的降溫過程也會有所差異，最終會影響到實際的凝固組織。另外，傳統測溫法主要采取如下步驟:待澆注完成后才將熱電偶插入熔體中，而當金屬液澆入溫度較低的鑄型后，由于鑄型的激冷作用，型壁處會迅速形成凝固殼層，這一因素導致測得的溫度會有較大誤差，且無法反映型壁處熔體形核、長大對熔體溫度的影響，而這一影響對于認識脈沖磁致振蕩細化金屬凝固組織的機理尤為關鍵。綜上所述，使用傳統方法一方面測得的溫度曲線誤差較大，另一方面難以獲得一些關鍵信息。而本專利的的裝置克服了這些問題，能更可靠、準確地測得脈沖磁致振蕩處理下熔體內部的溫度曲線。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的不足之處，本發明的目的是提供一種脈沖磁致振蕩作用下測量熔體內部熱歷史曲線的裝置，測量裝置簡便易行，測得數據更為準確可靠。
[0006]為達到上述目的，本發明采用如下技術方案:
本發明包括:脈沖電源、電動機、絲桿、彈簧形感應線圈、電阻爐、升降桿、溫度采集記錄系統等；電阻爐連接220v交流電，感應線圈連接脈沖電源，升降桿上放置盛有金屬塊的鑄型；鑄型位于電阻爐內時，電阻爐發熱使金屬塊熔化；之后升降桿上升，鑄型進入感應線圈，感應線圈對金屬熔體施加脈沖磁致振蕩；脈沖磁致振蕩施加過程中，熱電偶插入熔體中并固定，通過溫度采集記錄系統連續記錄在脈沖磁致振蕩處理工藝中的金屬熔體內部的金屬熔體的溫度信息，并繪制金屬熔體的溫度變化曲線。
[0007]—種脈沖磁致振蕩作用下測量熔體熱歷史曲線的裝置，包括:鑄型(14)、鑄型固定裝置(16)、升降桿(17)、滑座(19)、導軌(6-1、6-2)、絲桿(20)、螺母座(18)和電動機(21)，盛有金屬熔體(15)的鑄型(14)放置于鑄型固定裝置(16)內，其特征在于，所述絲桿
(20)的上端連接在固定板(5)上，所述絲桿(20)的下端和電動機(21)的從動件連接，導軌(6-1、6-2)、升降桿(17)和絲桿(20)穿過滑座(19)并位于同一平面，滑座(19)上固定有螺母座(18)，螺母座(18)和絲桿(20)嚙合，升降桿(17)的下端固定在滑座(19)上，升降桿
(17)的上端連接鑄型固定裝置(16)，升降桿(17)穿過固定板(5)中心的孔，頂板(I)中心打洞便于鑄型穿過，當電動機(21)控制絲桿(20)轉動時，螺母座(18)即帶著滑座(19)沿兩導軌(6-1、6-2)上升或下降，使盛有金屬熔體(15)的鑄型(14)可以在電阻爐(2)和感應線圈(9)內自由升降。
[0008]所述的脈沖磁致振蕩作用下測量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，感應線圈(9 )連接脈沖電源(13 )，電阻爐(2 )通過控制器(7 )再經由插座(8 )連接220V交流電；脈沖電源(13)參數為:峰值電流為10— 20000A，脈沖寬度為5μ s—50ms，作用頻率為0.015—2KHz。
[0009]所述的脈沖磁致振蕩作用下測量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，控制器(7)連接電阻爐(2)和埋入其內部的控溫熱電偶(4)，可實時監測和控制電阻爐(2)的內部溫度；且控制器(7 )連接電動機(21)，可控制電動機(21)轉速，進而調整滑座(19 )升降速度。
[0010]所述溫度測試分析系統由測溫熱電偶(11-1、11-2)、溫度采集記錄系統(12)和熱電偶固定裝置(10)構成，所述測溫熱電偶(11-1、11-2)的信號輸出端與所述溫度采集記錄系統(12)的信號接收端連接，當彈簧形感應線圈(9)對金屬熔體(15)施加脈沖磁致振蕩時，所述溫度采集記錄系統(12)實時監控待測的金屬熔體(15)內部檢測位置的溫度測量值，并輸出溫度測量值信息。
[0011]所述滑座(19)的升降速度為2_20cm/s。所述固定板(5)及其中心孔洞、頂板(I)及其中心孔洞的形狀為圓形或方形。所述電阻爐(2)外部包裹絕熱材料(3)。所述絕熱材料(3)為石棉。所述絕熱材料(3)的厚度為2 — 60cm。所述鑄型裝置(14)可采用金屬鑄型、石墨坩堝、陶瓷坩堝或砂型。所述鑄型固定裝置(16)采用不銹鋼或石墨。所述熱電偶固定裝置(10)和測溫熱電偶(11-1、11-2)提前放置在感應線圈(9)上端，或等鑄型(14)上升到預定高度再放置熱電偶固定裝置(10)和測溫熱電偶(11-1、11_2)。
[0012]上述熱電偶固定裝置和測溫熱電偶最好提前放置在感應線圈上端，或等鑄型上升到預定高度再放置熱電偶固定裝置，將測溫熱電偶插入熔體。
[0013]本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點:
1.本發明提供了一種脈沖磁致振蕩作用下測量熔體內部熱歷史曲線的裝置，省去了澆注步驟，避免了每次實驗中由于金屬液出爐到澆注過程中損失熱量，以及澆注和金屬液充型的方式難以保持一致而導致的熔體內部溫度偏差，從而更準確地測得脈沖磁致振蕩處理下金屬熔體溫度曲線；
2.本發明所提供的裝置，避免了鑄型對金屬液產生激冷作用形成凝固殼層而導致的熔體內部溫度偏差，能更準確地測得脈沖磁致振蕩處理下熔體的溫度曲線；
3.本發明克服了傳統測溫法測得的溫度曲線誤差較大且難以重復這一缺點，從而為研究脈沖磁致振蕩細化金屬凝固組織的機理提供更加準確的溫度數據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為一種脈沖磁致振蕩作用下測量熔體內部熱歷史曲線的裝置結構示意圖。
[0015]圖中:1.頂板，2.電阻爐，3.絕熱材料，4.控溫熱電偶，5.固定板，6.導軌，7.控制器，8.插座，9.彈簧形感應線圈，10.熱電偶固定裝置，11.測溫熱電偶，12.溫度采集記錄系統，13.脈沖電源，14.鑄型裝置，15.金屬熔體，16.鑄型固定裝置，17.升降桿，18.螺母座，19.滑座，20.絲桿，21.電動機。
[0016]圖2為使用該裝置所測得的脈沖磁致振蕩處理下純鋁熔體中心處與靠近型壁處的溫度曲線。
【具體實施方式】
[0017]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發 明保護的范圍。
[0018]實施例:測量脈沖磁致振蕩處理下純鋁熔體的溫度曲線。
[0019]包括控制器7、脈沖電源13、電動機21、絲桿20、彈簧形感應線圈9、電阻爐9、升降桿17、溫度采集記錄系統12等構成，測量熔體溫度的熱電偶11-1、11_2的信號輸出端與溫度采集記錄系統12的信號接收端連接，測量電阻爐2內部溫度的熱電偶4信號輸出端與控制器7的信號接收端連接，電阻爐2通過控制器7再經由插頭8連接220v交流電，彈簧形感應線圈9連接脈沖電源13，電動機21和絲桿20以及控制器7連接，當鑄型14上升至感應線圈9內部后，插入測溫熱電偶11-1、11-2，溫度采集記錄系統12實時監控待測的金屬熔體15內部檢測位置的溫度測量值，并輸出溫度測量值信息。
[0020]所使用的彈簧形感應線圈匝數為11，層數為2，包裹電阻爐的絕熱材料為石棉，厚度為20cm，鑄型選用石墨粘土坩堝，規格為Φ50ΧΦ70Χ85 ;脈沖電源參數為脈沖電流為10— 20000A，脈沖寬度為5 μ s— 50ms，作用頻率為0.015 — 2KHz。
[0021]利用本發明及其專用裝置，完成了針對純鋁所做的實驗，其實驗情況及結果敘述如下:
將500克工業純鋁(純度99.7%)塊置入石墨粘土坩堝內，操作控制器使升降桿升到彈簧形感應線圈上端，將石墨粘土坩堝放在鑄型固定裝置上，控制石墨粘土坩堝降到電阻爐內部，操作控制器，設定升溫程序使電阻爐開始發熱，20分鐘后電阻爐到達實驗溫度并保溫十分鐘，使石墨粘土坩堝內的鋁塊熔化到預定溫度，之后操作升降系統使石墨粘土坩堝以lOcm/s的速度上升至感應線圈內的預定高度，使已固定的測溫熱電偶自然插入熔體之中，并通過脈沖電源對感應線圈導入參數為^iHzjhiAjObi μ s (本專利中H匕均為設備參數，不隨實驗條件的改變而改變)的脈沖電流，從而對感應線圈內的金屬熔體實施脈沖磁致振蕩處理，通過溫度采集記錄系統獲得純鋁熔體內部各點的溫度及其實時變化，測得更準確可靠的脈沖磁致振蕩處理下純鋁熔體中心和型壁處的溫度一時間曲線，如圖2所
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【權利要求】
1.一種脈沖磁致振蕩作用下測量熔體熱歷史曲線的裝置，包括:鑄型(14)、鑄型固定裝置(16)、升降桿(17)、滑座(19)、導軌(6-1、6-2)、絲桿(20)、螺母座(18)和電動機(21)，盛有金屬熔體(15)的鑄型(14)放置于鑄型固定裝置(16)內，其特征在于，所述絲桿(20)的上端連接在固定板(5 )上，所述絲桿(20 )的下端和電動機(21)的從動件連接，導軌(6-1、6-2)、升降桿(17)和絲桿(20)穿過滑座(19)并位于同一平面，滑座(19)上固定有螺母座(18)，螺母座(18)和絲桿(20)嚙合，升降桿(17)的下端固定在滑座(19)上，升降桿(17)的上端連接鑄型固定裝置(16)，升降桿(17)穿過固定板(5)中心的孔，頂板(1)中心打洞便于鑄型穿過，當電動機(21)控制絲桿(20)轉動時，螺母座(18)即帶著滑座(19)沿兩導軌(6-1、6-2)上升或下降，使盛有金屬熔體(15)的鑄型(14)可以在電阻爐(2)和感應線圈(9)內自由升降。
2.根據權利要求書I所述的脈沖磁致振蕩作用下測量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，感應線圈(9)連接脈沖電源(13)，電阻爐(2)通過控制器(7)再經由插座(8)連接220v交流電；脈沖電源(13)參數為:峰值電流為10—20000A，脈沖寬度為5μ s—50ms，作用頻率為0.015—2KHz0
3.根據權利要求書2所述的脈沖磁致振蕩作用下測量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，控制器(7)連接電阻爐(2)和埋入其內部的控溫熱電偶(4)，可實時監測和控制電阻爐(2 )的內部溫度；且控制器(7 )連接電動機(21)，可控制電動機(21)轉速，進而調整滑座(19)升降速度。
4.根據權利要求1~3中任意一項所述的脈沖磁致振蕩作用下測量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，所述溫度測試分析系統由測溫熱電偶(11-1、11_2)、溫度采集記錄系統(12)和熱電偶固定裝置(10)構成，所述測溫熱電偶(11-1、11-2)的信號輸出端與所述溫度采集記錄系統(12)的信號接收端連接，當彈簧形感應線圈(9)對金屬熔體(15)施加脈沖磁致振蕩時，所述溫度采集記錄系統(12)實時監控待測的金屬熔體(15)內部檢測位置的溫度測量值，并輸出溫度測量值信息。
5.根據權利要求1~3中任意一項所述的脈沖磁致振蕩作用下測量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，所述滑座(19)的升降速度為2-20cm/s。
6.根據權利要求1~3中任意一項所述的脈沖磁致振蕩作用下測量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，所述固定板(5)及其中心孔洞、頂板(1)及其中心孔洞的形狀為圓形或方形。
7.根據權利要求1~3中任意一項所述的脈沖磁致振蕩作用下測量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，所述電阻爐(2 )外部包裹絕熱材料(3 )。
8.根據權利要求1~3中任意一項所述的脈沖磁致振蕩作用下測量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，所述絕熱材料(3)為石棉。
9.根據權利要求1~3中任意一項所述的脈沖磁致振蕩作用下測量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，所述絕熱材料(3)的厚度為2 — 60cm。
10.根據權利要求1~3中任意一項所述的脈沖磁致振蕩作用下測量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，其特征在于，所述鑄型裝置(14)可采用金屬鑄型、石墨坩堝、陶瓷坩堝或砂型。
11.根據權利要求1~3中任意一項所述的脈沖磁致振蕩作用下測量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，所述鑄型固定裝置(16)采用不銹鋼或石墨。
12.根據權利要求1~3中任意一項所述的脈沖磁致振蕩作用下測量熔體熱歷史曲線的裝置，其特征在于，所述熱電偶固定裝置(10)和測溫熱電偶(11-1、11_2)提前放置在感應線圈(9)上端 ，或等鑄型(14)上升到預定高度再放置熱電偶固定裝置(10)和測溫熱電偶(11-1、11-2)。
【文檔編號】G01K7/04GK103968968SQ201410130681
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月2日 優先權日:2014年4月2日
【發明者】梁冬, 梁柱元, 孫杰, 王翔, 仲紅剛, 翟啟杰 申請人:上海大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
