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脉冲磁致振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种脉冲磁致振荡作用下测量熔体内部热历史曲线的装置，属材料加工【技术领域】。所述装置由测温系统、脉冲电源、感应线圈、自制电阻炉、升降系统等组成。铸型位于电阻炉几何中心，电阻炉发热使铸型中的金属块熔化至预定温度；由升降系统将熔体升至感应线圈中心；待金属熔体上升至预定位置，固定在上部的热电偶自然插入熔体，温度采集记录系统连接热电偶记录熔体热历史曲线。相比传统测温方法，本发明不涉及人为操作，避免了中间人为过程对实验结果的影响，能更加精确地对比研究脉冲磁致振荡对熔体热历史曲线的影响。
【专利说明】脉冲磁致振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置
【技术领域】
[0001]本发明属于材料加工【技术领域】，特别涉及到一种脉冲磁致振荡作用下测量熔体内部热历史曲线的装置。
【背景技术】
[0002]在材料科学领域里，细化金属凝固组织是提高铸件性能的重要途径之一.在已有的研究中，控制金属凝固过程以细化凝固组织的方法主要有两类:一是物理细化法，如低温浇注、电磁搅拌、机械振动、超声波细化等；二是化学细化法，如添加形核剂和长大抑制剂等。其中物理场处理技术作为一种环保、经济又具有很大发展潜力的技术受到了人们的广泛关注，这方面的研究已取得了巨大进展。
[0003]现有的外场处理金属凝固组织的技术中，中国专利200510030736.4已公开一种“脉冲磁致振荡细化金属凝固组织的方法及其装置”，该发明方法通过特殊设计的电路和弹簧形感应线圈构成的振荡发生装置，导入超高频率的脉冲磁场，对置于感应线圈里的金属熔体表面而非整个熔体内产生磁致振荡，对金属凝固过程产生作用直至凝固。该专利中的实施实例显示该方法可显著改变凝固组织形态，细化晶粒组织，消除比重偏析，极具应用前
[0004]而为了进一步研究该方法内在机理，准确测量该方法作用下的熔体温度曲线具有重要的科学意义，但是该专利中的装置在具体实施过程中，需要先通过电阻炉将金属块熔化并保温一段时间，再将金属液浇注到铸型中，而将金属液从电阻炉取出到浇注的过程中，人为因素较多，一方面很难保证每次实验中该过程经历的时间和外界环境相同，而这一过程内金属液由于大量散热而导致浇入铸型时温度已有所降低；另一方面是每次实验中浇注方式(浇口的位置、高度及浇速等)和金属液充型的方式也难以保持一致。由于金属液在高温段降温速度很快，这两种不利因素导致不同实验中的实际浇注温度差别较大，且金属液经历的降温过程也会有所差异，最终会影响到实际的凝固组织。另外，传统测温法主要采取如下步骤:待浇注完成后才将热电偶插入熔体中，而当金属液浇入温度较低的铸型后，由于铸型的激冷作用，型壁处会迅速形成凝固壳层，这一因素导致测得的温度会有较大误差，且无法反映型壁处熔体形核、长大对熔体温度的影响，而这一影响对于认识脉冲磁致振荡细化金属凝固组织的机理尤为关键。综上所述，使用传统方法一方面测得的温度曲线误差较大，另一方面难以获得一些关键信息。而本专利的的装置克服了这些问题，能更可靠、准确地测得脉冲磁致振荡处理下熔体内部的温度曲线。

【发明内容】

[0005]针对现有技术的不足之处，本发明的目的是提供一种脉冲磁致振荡作用下测量熔体内部热历史曲线的装置，测量装置简便易行，测得数据更为准确可靠。
[0006]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
本发明包括:脉冲电源、电动机、丝杆、弹簧形感应线圈、电阻炉、升降杆、温度采集记录系统等；电阻炉连接220v交流电，感应线圈连接脉冲电源，升降杆上放置盛有金属块的铸型；铸型位于电阻炉内时，电阻炉发热使金属块熔化；之后升降杆上升，铸型进入感应线圈，感应线圈对金属熔体施加脉冲磁致振荡；脉冲磁致振荡施加过程中，热电偶插入熔体中并固定，通过温度采集记录系统连续记录在脉冲磁致振荡处理工艺中的金属熔体内部的金属熔体的温度信息，并绘制金属熔体的温度变化曲线。
[0007]—种脉冲磁致振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，包括:铸型(14)、铸型固定装置(16)、升降杆(17)、滑座(19)、导轨(6-1、6-2)、丝杆(20)、螺母座(18)和电动机(21)，盛有金属熔体(15)的铸型(14)放置于铸型固定装置(16)内，其特征在于，所述丝杆
(20)的上端连接在固定板(5)上，所述丝杆(20)的下端和电动机(21)的从动件连接，导轨(6-1、6-2)、升降杆(17)和丝杆(20)穿过滑座(19)并位于同一平面，滑座(19)上固定有螺母座(18)，螺母座(18)和丝杆(20)啮合，升降杆(17)的下端固定在滑座(19)上，升降杆
(17)的上端连接铸型固定装置(16)，升降杆(17)穿过固定板(5)中心的孔，顶板(I)中心打洞便于铸型穿过，当电动机(21)控制丝杆(20)转动时，螺母座(18)即带着滑座(19)沿两导轨(6-1、6-2)上升或下降，使盛有金属熔体(15)的铸型(14)可以在电阻炉(2)和感应线圈(9)内自由升降。
[0008]所述的脉冲磁致振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，其特征在于，感应线圈(9 )连接脉冲电源(13 )，电阻炉(2 )通过控制器(7 )再经由插座(8 )连接220V交流电；脉冲电源(13)参数为:峰值电流为10— 20000A，脉冲宽度为5μ s—50ms，作用频率为0.015—2KHz。
[0009]所述的脉冲磁致振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，其特征在于，控制器(7)连接电阻炉(2)和埋入其内部的控温热电偶(4)，可实时监测和控制电阻炉(2)的内部温度；且控制器(7 )连接电动机(21)，可控制电动机(21)转速，进而调整滑座(19 )升降速度。
[0010]所述温度测试分析系统由测温热电偶(11-1、11-2)、温度采集记录系统(12)和热电偶固定装置(10)构成，所述测温热电偶(11-1、11-2)的信号输出端与所述温度采集记录系统(12)的信号接收端连接，当弹簧形感应线圈(9)对金属熔体(15)施加脉冲磁致振荡时，所述温度采集记录系统(12)实时监控待测的金属熔体(15)内部检测位置的温度测量值，并输出温度测量值信息。
[0011]所述滑座(19)的升降速度为2_20cm/s。所述固定板(5)及其中心孔洞、顶板(I)及其中心孔洞的形状为圆形或方形。所述电阻炉(2)外部包裹绝热材料(3)。所述绝热材料(3)为石棉。所述绝热材料(3)的厚度为2 — 60cm。所述铸型装置(14)可采用金属铸型、石墨坩埚、陶瓷坩埚或砂型。所述铸型固定装置(16)采用不锈钢或石墨。所述热电偶固定装置(10)和测温热电偶(11-1、11-2)提前放置在感应线圈(9)上端，或等铸型(14)上升到预定高度再放置热电偶固定装置(10)和测温热电偶(11-1、11_2)。
[0012]上述热电偶固定装置和测温热电偶最好提前放置在感应线圈上端，或等铸型上升到预定高度再放置热电偶固定装置，将测温热电偶插入熔体。
[0013]本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:
1.本发明提供了一种脉冲磁致振荡作用下测量熔体内部热历史曲线的装置，省去了浇注步骤，避免了每次实验中由于金属液出炉到浇注过程中损失热量，以及浇注和金属液充型的方式难以保持一致而导致的熔体内部温度偏差，从而更准确地测得脉冲磁致振荡处理下金属熔体温度曲线；
2.本发明所提供的装置，避免了铸型对金属液产生激冷作用形成凝固壳层而导致的熔体内部温度偏差，能更准确地测得脉冲磁致振荡处理下熔体的温度曲线；
3.本发明克服了传统测温法测得的温度曲线误差较大且难以重复这一缺点，从而为研究脉冲磁致振荡细化金属凝固组织的机理提供更加准确的温度数据。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1为一种脉冲磁致振荡作用下测量熔体内部热历史曲线的装置结构示意图。
[0015]图中:1.顶板，2.电阻炉，3.绝热材料，4.控温热电偶，5.固定板，6.导轨，7.控制器，8.插座，9.弹簧形感应线圈，10.热电偶固定装置，11.测温热电偶，12.温度采集记录系统，13.脉冲电源，14.铸型装置，15.金属熔体，16.铸型固定装置，17.升降杆，18.螺母座，19.滑座，20.丝杆，21.电动机。
[0016]图2为使用该装置所测得的脉冲磁致振荡处理下纯铝熔体中心处与靠近型壁处的温度曲线。
【具体实施方式】
[0017]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发 明保护的范围。
[0018]实施例:测量脉冲磁致振荡处理下纯铝熔体的温度曲线。
[0019]包括控制器7、脉冲电源13、电动机21、丝杆20、弹簧形感应线圈9、电阻炉9、升降杆17、温度采集记录系统12等构成，测量熔体温度的热电偶11-1、11_2的信号输出端与温度采集记录系统12的信号接收端连接，测量电阻炉2内部温度的热电偶4信号输出端与控制器7的信号接收端连接，电阻炉2通过控制器7再经由插头8连接220v交流电，弹簧形感应线圈9连接脉冲电源13，电动机21和丝杆20以及控制器7连接，当铸型14上升至感应线圈9内部后，插入测温热电偶11-1、11-2，温度采集记录系统12实时监控待测的金属熔体15内部检测位置的温度测量值，并输出温度测量值信息。
[0020]所使用的弹簧形感应线圈匝数为11，层数为2，包裹电阻炉的绝热材料为石棉，厚度为20cm，铸型选用石墨粘土坩埚，规格为Φ50ΧΦ70Χ85 ;脉冲电源参数为脉冲电流为10— 20000A，脉冲宽度为5 μ s— 50ms，作用频率为0.015 — 2KHz。
[0021]利用本发明及其专用装置，完成了针对纯铝所做的实验，其实验情况及结果叙述如下:
将500克工业纯铝(纯度99.7%)块置入石墨粘土坩埚内，操作控制器使升降杆升到弹簧形感应线圈上端，将石墨粘土坩埚放在铸型固定装置上，控制石墨粘土坩埚降到电阻炉内部，操作控制器，设定升温程序使电阻炉开始发热，20分钟后电阻炉到达实验温度并保温十分钟，使石墨粘土坩埚内的铝块熔化到预定温度，之后操作升降系统使石墨粘土坩埚以lOcm/s的速度上升至感应线圈内的预定高度，使已固定的测温热电偶自然插入熔体之中，并通过脉冲电源对感应线圈导入参数为^iHzjhiAjObi μ s (本专利中H匕均为设备参数，不随实验条件的改变而改变)的脉冲电流，从而对感应线圈内的金属熔体实施脉冲磁致振荡处理，通过温度采集记录系统获得纯铝熔体内部各点的温度及其实时变化，测得更准确可靠的脉冲磁致振荡处理下纯铝熔体中心和型壁处的温度一时间曲线，如图2所
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【权利要求】
1.一种脉冲磁致振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，包括:铸型(14)、铸型固定装置(16)、升降杆(17)、滑座(19)、导轨(6-1、6-2)、丝杆(20)、螺母座(18)和电动机(21)，盛有金属熔体(15)的铸型(14)放置于铸型固定装置(16)内，其特征在于，所述丝杆(20)的上端连接在固定板(5 )上，所述丝杆(20 )的下端和电动机(21)的从动件连接，导轨(6-1、6-2)、升降杆(17)和丝杆(20)穿过滑座(19)并位于同一平面，滑座(19)上固定有螺母座(18)，螺母座(18)和丝杆(20)啮合，升降杆(17)的下端固定在滑座(19)上，升降杆(17)的上端连接铸型固定装置(16)，升降杆(17)穿过固定板(5)中心的孔，顶板(1)中心打洞便于铸型穿过，当电动机(21)控制丝杆(20)转动时，螺母座(18)即带着滑座(19)沿两导轨(6-1、6-2)上升或下降，使盛有金属熔体(15)的铸型(14)可以在电阻炉(2)和感应线圈(9)内自由升降。
2.根据权利要求书I所述的脉冲磁致振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，其特征在于，感应线圈(9)连接脉冲电源(13)，电阻炉(2)通过控制器(7)再经由插座(8)连接220v交流电；脉冲电源(13)参数为:峰值电流为10—20000A，脉冲宽度为5μ s—50ms，作用频率为0.015—2KHz0
3.根据权利要求书2所述的脉冲磁致振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，其特征在于，控制器(7)连接电阻炉(2)和埋入其内部的控温热电偶(4)，可实时监测和控制电阻炉(2 )的内部温度；且控制器(7 )连接电动机(21)，可控制电动机(21)转速，进而调整滑座(19)升降速度。
4.根据权利要求1~3中任意一项所述的脉冲磁致振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，其特征在于，所述温度测试分析系统由测温热电偶(11-1、11_2)、温度采集记录系统(12)和热电偶固定装置(10)构成，所述测温热电偶(11-1、11-2)的信号输出端与所述温度采集记录系统(12)的信号接收端连接，当弹簧形感应线圈(9)对金属熔体(15)施加脉冲磁致振荡时，所述温度采集记录系统(12)实时监控待测的金属熔体(15)内部检测位置的温度测量值，并输出温度测量值信息。
5.根据权利要求1~3中任意一项所述的脉冲磁致振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，其特征在于，所述滑座(19)的升降速度为2-20cm/s。
6.根据权利要求1~3中任意一项所述的脉冲磁致振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，其特征在于，所述固定板(5)及其中心孔洞、顶板(1)及其中心孔洞的形状为圆形或方形。
7.根据权利要求1~3中任意一项所述的脉冲磁致振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，其特征在于，所述电阻炉(2 )外部包裹绝热材料(3 )。
8.根据权利要求1~3中任意一项所述的脉冲磁致振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，其特征在于，所述绝热材料(3)为石棉。
9.根据权利要求1~3中任意一项所述的脉冲磁致振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，其特征在于，所述绝热材料(3)的厚度为2 — 60cm。
10.根据权利要求1~3中任意一项所述的脉冲磁致振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，其特征在于，其特征在于，所述铸型装置(14)可采用金属铸型、石墨坩埚、陶瓷坩埚或砂型。
11.根据权利要求1~3中任意一项所述的脉冲磁致振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，其特征在于，所述铸型固定装置(16)采用不锈钢或石墨。
12.根据权利要求1~3中任意一项所述的脉冲磁致振荡作用下测量熔体热历史曲线的装置，其特征在于，所述热电偶固定装置(10)和测温热电偶(11-1、11_2)提前放置在感应线圈(9)上端 ，或等铸型(14)上升到预定高度再放置热电偶固定装置(10)和测温热电偶(11-1、11-2)。
【文档编号】G01K7/04GK103968968SQ201410130681
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2014年4月2日
【发明者】梁冬, 梁柱元, 孙杰, 王翔, 仲红刚, 翟启杰 申请人:上海大学