專利名稱：鑄鋁合金物理性能級比速測法及其測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鑄造合金物理性能定量測定技術(shù)領(lǐng)域。具體地說涉及一種用于鑄造生產(chǎn)現(xiàn)場，定量測定鋁合金或灰鑄鐵等變質(zhì)效果、鑄態(tài)組織、機(jī)械性能等物理參數(shù)的快速檢測方法及其檢測裝置。
背景技術(shù)：
鋁合金通過變質(zhì)處理，可顯著地改善其鑄態(tài)組織，提高機(jī)械性能。目前人們對變質(zhì)處理效果及鑄態(tài)組織、機(jī)械性能的檢測仍采用常規(guī)理化試驗(yàn)方法，即用金相顯微鏡觀察顯微組織，原子吸收光譜分析變質(zhì)元素的殘留量，以確定其變質(zhì)效果；用拉力機(jī)做拉力試驗(yàn)、硬度計(jì)打硬度來確定其機(jī)械性能。上述常規(guī)試驗(yàn)方法只能是事后成品檢驗(yàn)，需要較長的時(shí)間和大的投資，不能滿足生產(chǎn)現(xiàn)場測試需要。為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)測控，人們長期進(jìn)行了大量的研究，曾提出有熱分析法、比電阻法等及其相應(yīng)的儀器。熱分析法是用熱電偶和電位差計(jì)記錄鋁合金凝固過程溫度隨時(shí)間變化的“冷卻曲線”T＝f(τ)，根據(jù)溫度特征值來確定變質(zhì)元素殘留量，進(jìn)而頭判定變質(zhì)效果。1999年10月在全國鑄件質(zhì)量控制與測試技術(shù)第八屆年會上北京航空材料研究院王英杰高級工程師發(fā)表了《熱分析技術(shù)在鑄造鋁合金質(zhì)量控制中的應(yīng)用》。然而正如在2001年中國鑄造熔煉技術(shù)與工業(yè)爐研討會上無錫市宏德鑄造技術(shù)開發(fā)有限公司涂思柏高級工程師等發(fā)表的論文《鑄造材質(zhì)性能在線測試技術(shù)》中所指出的，由于變質(zhì)良好區(qū)的特征溫度范圍ΔT小，當(dāng)硅含量為11.1％時(shí)，ΔT＝4°K，當(dāng)硅含量低于8％時(shí)，ΔT＜2°K，在鑄造現(xiàn)場很難準(zhǔn)確測定，加之如熔煉設(shè)備變化，原材料質(zhì)量、生產(chǎn)工藝以及操作者水平限制等等，致使熱分析技術(shù)不能滿足鑄鋁生產(chǎn)在線測試需要。上海鑄協(xié)編寫的《簡明鑄工手冊》(第2版黃良余主編，1999年11月第1次印刷)，介紹了比電阻法及其變質(zhì)測量儀的原理、結(jié)構(gòu)及測試結(jié)果。其將變質(zhì)前、后的試樣進(jìn)行比較，測定由于變質(zhì)而引起的電導(dǎo)率的變化率，稱為“微比電導(dǎo)”Δb值能在5-7分鐘內(nèi)確定變質(zhì)效果及其它物理性能參數(shù)。本發(fā)明人曾參與該成果的研制。由于該方法只著眼于變質(zhì)前后合金電導(dǎo)率的變化值，未能充分考慮到合金成分差異、環(huán)境溫度變化、以及接觸電阻的干擾，特別是后來多種新型長效變質(zhì)劑的出現(xiàn)，使該方法不能滿足生產(chǎn)測控實(shí)際需要。比如稀土、鍶等長效變質(zhì)劑的應(yīng)用，使得變質(zhì)前后的Δb值相差不大，導(dǎo)致誤判變質(zhì)效果。因此，如何爐前快速定量、測定鋁合金變質(zhì)效果、顯微組織和機(jī)械性能至今仍是各國鑄造工作者研究的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種爐前快速、定量測定鋁基合金變質(zhì)效果、鑄態(tài)組織、機(jī)械性能等參數(shù)的鑄造鋁基合金物理性能級比速測法及其測量儀。
本鑄造鋁基合金物理性能級比速測法，它包括下列步驟A、將鋁合金分為鋁硅合金、鋁銅合金、鋁鋅合金、鋁硅銅系合金和鋁鋅銅系合金等6類。每類又分為3-4級，如鋁硅合金分為ZL101、ZL102、ZL104等3級。根據(jù)變質(zhì)劑的區(qū)別，它們又可分為短效鈉變質(zhì)、長效鍶變質(zhì)和復(fù)合變質(zhì)等3種。
B、分別選定并制作每類每級的基準(zhǔn)試樣和對應(yīng)的常規(guī)拉力試樣，對常規(guī)拉力試樣進(jìn)行常規(guī)理化分析，測定表征基準(zhǔn)試樣物理性能的電參量B。。
C、依照同樣方法分類分級制作具有不同物理性能的被測試樣及對應(yīng)的常規(guī)拉力試樣，對常規(guī)拉力試樣進(jìn)行常規(guī)理化分析，得到不同的常規(guī)物理性能參數(shù)。將被測試樣與同級基準(zhǔn)試樣在同等條件下進(jìn)行對比，測定被測試樣的電參量Bx。Bo、Bx經(jīng)放大、顯示后依次送到微處理器中，由微處理器計(jì)算出被測試樣相對于基準(zhǔn)試樣電參量的變化率Xb＝(Bo-Bx)÷Bx×100，即級比特征值。
D、根據(jù)xb和對應(yīng)的常規(guī)物理性能參數(shù)的回歸分析結(jié)果以及有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式，確立各類各級的顯微組織(MT)、變質(zhì)元素殘留量(ε)和機(jī)械性能(σb、δ)與Xb間的數(shù)學(xué)模型。
E、爐前測試時(shí)，將被測試樣和同類同級的基準(zhǔn)試樣在同等條件下進(jìn)行對比，得到Xb，再根據(jù)Xb和同級材質(zhì)的數(shù)學(xué)模型測出被測試樣對應(yīng)國標(biāo)拉力試棒的諸物理性能參數(shù)結(jié)果。
為實(shí)現(xiàn)上述方法的測量儀，包括比較器(1)、直流穩(wěn)壓電源(2)、放大及顯示器(3)、微處理器(4)、打印機(jī)(5)、標(biāo)樣(6)、定時(shí)器(7)和試棒模(8)。其特征為所述比較器(1)由幾何結(jié)構(gòu)尺寸電路完全相同且與國標(biāo)拉力試棒尺寸相配套的基準(zhǔn)臂C、測量臂A、B組成，基準(zhǔn)臂和測量臂均含有四對并排、相互平行且相互絕緣的測試觸頭(11、12)、(21、22)、(31、32)、(41、42)和兩個(gè)對稱的電卡頭01、02。相鄰兩對觸頭間相距分別為50-70mm，20-40mm；電夾頭01、02內(nèi)面和與之相鄰觸頭間距離約為10mm，每個(gè)觸頭依靠一個(gè)彈簧壓緊在觸頭座03上，其壓力可通過螺管04調(diào)節(jié)?；鶞?zhǔn)臂和測量臂通過各自的電卡頭依次串接至一直流穩(wěn)壓電源。
本發(fā)明測量儀的電卡頭(01)、(02)由有兩塊刀片對稱地固定于彈簧片上，彈簧片固定于絕緣墊塊3上，用于夾持和定位試棒兩端并通電。刀片上半部刀刃寬為1-2mm，刀刃與豎直方向約成15°角。刀片下端刀尖A、B兩點(diǎn)與電卡頭底部壓板之中點(diǎn)C共園，相距約為120°，直徑約為19mm。A、B、C三點(diǎn)對測試棒構(gòu)成三點(diǎn)、對稱式接觸。刀片的下半部為一豎直面，與測試棒相分離。
本發(fā)明的有效效果是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了鑄造鋁合金變質(zhì)效果、鑄態(tài)組織、機(jī)械性能等物理參數(shù)的快速、定量檢測。與常規(guī)理化相比，因本發(fā)明采用“級比”方法，將鑄鋁合金物理性能的檢測轉(zhuǎn)化為“級比特征值”Xb的測量，整個(gè)測試過程3-5分鐘，實(shí)現(xiàn)了在線測試目標(biāo)，滿足了生產(chǎn)需要，使傳統(tǒng)的常規(guī)理化分析由實(shí)驗(yàn)室走向爐前，大大提高了工效，同時(shí)節(jié)約了大量常規(guī)理化分析所需的設(shè)備、廠房、備件投資和理化專業(yè)技術(shù)人員。與熱分析相比，本發(fā)明測試鋁合金變質(zhì)效果的靈敏度提高4-5倍。如ZL101，本發(fā)明測試變質(zhì)良好區(qū)間ΔXb＝13-7＝6，而熱分析測試相應(yīng)區(qū)間ΔT＜2°K；又如ZL104，ΔXb＝13，而ΔT＝3°K；再如YL113，ΔXb≥20，而ΔT＝4°K等。與比電阻法相比，本發(fā)明采用變質(zhì)前、后分別取樣、測試和對比的方法，解決了比電阻法只局限于變質(zhì)前后直接對比所不能測定的長效變質(zhì)劑效果的測試。


附圖1是本發(fā)明的測量儀結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2為本發(fā)明的測量儀中比較器的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖3為本發(fā)明的測量儀中電夾頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下分別以ZL104、ZL101鋁合金鈉鹽變質(zhì)和YL113鍶變質(zhì)的測試為實(shí)例，其測試方法為實(shí)施例一ZL104的測試1、事先校驗(yàn)儀器的可靠性將ZL104基準(zhǔn)試棒和校驗(yàn)試棒分別嵌入基準(zhǔn)臂C和測量臂A、B中，接通電源予熱整機(jī)15分鐘后，測試并打印校驗(yàn)試棒的測試報(bào)告，并與隨機(jī)配帶的校驗(yàn)參數(shù)校對。2、確定儀器工作正常后用標(biāo)準(zhǔn)試棒模澆注試樣(2根)并用定時(shí)器控制工藝.時(shí)間。3、取下二根校驗(yàn)試棒、嵌入被測試棒(一模二根)4、測試并打印測試報(bào)告。測試結(jié)束。整個(gè)操作過程約5分鐘(包括取樣時(shí)間)。
當(dāng)打印結(jié)果xb大于13-18時(shí)為變質(zhì)良好(4級)；當(dāng)xb大于18-26時(shí)為變質(zhì)優(yōu)良(5級)；當(dāng)xb大于26時(shí)屬過變質(zhì)(6級)。實(shí)施例二ZL101的測試1、事先校驗(yàn)儀器的可靠性將ZL104基準(zhǔn)試樣和校驗(yàn)試棒分別嵌入基準(zhǔn)臂C和測量臂A、B中，接通電源，予熱15分鐘后，測試并打印校驗(yàn)試棒的測試報(bào)告，并與隨機(jī)配帶的校驗(yàn)參數(shù)校對。2、確定儀器工作正常后用ZL101基準(zhǔn)試樣更換ZL104基準(zhǔn)試樣，其余不變，并繼續(xù)預(yù)熱，等待取樣測試。3、用標(biāo)準(zhǔn)試棒模取樣，并用定時(shí)器控制工藝時(shí)間。4、取下二根校驗(yàn)試棒，嵌入被測試棒。檢驗(yàn)Bo值。5、測試并打印測試報(bào)告。
當(dāng)打印xb值大于7-9時(shí)，變質(zhì)良好，當(dāng)xb值大于9-13時(shí)；變質(zhì)優(yōu)良，當(dāng)xb大于13時(shí)屬過變質(zhì)。實(shí)施例三YL113鍶變質(zhì)的測試操作步驟同例2、其中第二步用YL113基準(zhǔn)試樣更換ZL101基準(zhǔn)試樣。第3步用標(biāo)準(zhǔn)試棒模對變質(zhì)前的合金液取樣，并按第4、5部打印出未變質(zhì)試棒的參數(shù)(設(shè)為Xo)。然后根據(jù)打出Xo的大小確定變質(zhì)劑的加入量。變質(zhì)處理后再澆注一模試樣，打印出測試報(bào)告(設(shè)為Xb)。
當(dāng)打印xb大于20-30時(shí)為變質(zhì)良，當(dāng)X0大于30時(shí)為變質(zhì)優(yōu)(鍶變質(zhì)無過變質(zhì)區(qū))此時(shí)，X0與Xb(變質(zhì)前、后)的差異大小不作為變質(zhì)效果的判定，只供熔劑加入量的依據(jù)。既避免了比電阻法的不足，又利于節(jié)約熔劑，提高生產(chǎn)效率。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明的測量儀。
參見附圖一、其包括比較器1、直接穩(wěn)壓電源2、放大及顯示器3、微處理器4、打印機(jī)5、標(biāo)樣6、定時(shí)器7和取樣模8，用定時(shí)器7控制取樣模8取樣，試樣置于比較器1上與標(biāo)樣6比較，比較信號送到放大及顯示器，經(jīng)放大及顯示后送至微處理器4進(jìn)行分析、計(jì)算所需物理參數(shù)并由打印機(jī)5打出測試報(bào)告單。其中比較器4構(gòu)成一次儀表，如圖中左邊虛線框；直流穩(wěn)壓電源2、放大及顯示器3和微處理器4置于二次儀表內(nèi)，如圖中右邊虛線框。一次儀表和二次儀表間用電纜線相連通。
附圖二是比較器示意圖。如圖所示，其由幾何結(jié)構(gòu)尺寸、電路均相同的基準(zhǔn)臂C和測量臂A、B組成(圖中只畫出A)，其幾何結(jié)構(gòu)尺寸和國標(biāo)拉力試棒尺寸配套?；鶞?zhǔn)臂和測量臂均含有四對并排，相互平行且相互絕緣的測試觸頭(11，12)、(21，22)、(31，32)、(41、42)和兩個(gè)對稱的電夾頭01、02。四對觸頭間距離分別約為60mm、30mm；電夾頭01、02內(nèi)面和與之相鄰觸頭間的距離約為10mm。每個(gè)觸頭依靠一個(gè)彈簧壓緊在觸頭座03上，其壓力可通過螺管04調(diào)節(jié)?；鶞?zhǔn)臂和測量臂通過各自的電夾頭依次串接至一直流穩(wěn)壓電源，用于比較被測試樣與標(biāo)樣。
附圖三是電夾頭示意圖。如圖所示兩塊刀片1和2對稱地固定在彈簧片上，彈簧片固定于絕緣墊塊3上，用于夾持和定位試棒兩端并通電。刀片上半部刀刃寬為1-2mm，與豎直方向間的夾角約為15°，刀尖a、b與電夾頭底部壓板4之點(diǎn)C成園，相距約為120°，直徑約為19mm，刀片的下半部為一豎直面，不和試棒接觸。
所述試棒模8為金屬模，系標(biāo)準(zhǔn)試棒模?；鶞?zhǔn)試棒和被測試棒均用之澆注，試棒冷卻工藝時(shí)間由定時(shí)器控制。
所述的標(biāo)樣6包括基準(zhǔn)試棒一組和校驗(yàn)試棒2根?；鶞?zhǔn)試棒是在嚴(yán)格工藝控制下制作的ZL101、ZL104、ZL102、ZL201、ZL301、ZL401、YL113等的基準(zhǔn)。其物理性能電參數(shù)均為已知，校驗(yàn)試棒為某一級鋁合金試棒如ZL104，其物理性能電參數(shù)也是已知的，供校驗(yàn)儀器用。根據(jù)所用變質(zhì)劑的種類，大致可分為鈉鹽變質(zhì)、鍶變質(zhì)和復(fù)合變質(zhì)等3種。
所述打印機(jī)5為微型μpa 7針打印機(jī)，直接打印出被測試樣的變質(zhì)度Xb、對應(yīng)的國標(biāo)拉力試棒抗拉強(qiáng)度σb(Mpa)、表面硬度HB、延伸率δ(％)、金相等級MT(100X)、變質(zhì)劑殘留量ε(ppM)等諸物理性能參數(shù)。
所述的直流穩(wěn)壓電源2，由+24V電源和限流網(wǎng)絡(luò)組成。所述的定時(shí)器7系澆注試棒嚴(yán)格控制工藝時(shí)間的定時(shí)、報(bào)警裝置，試樣澆注畢，即啟動定時(shí)器計(jì)時(shí)，第一次鳴叫(同時(shí)綠燈閃亮。后同)開模，第二次鳴叫入水冷卻，第三次鳴叫取出、切下測試樣，揩干，即可進(jìn)行測量。所述的放大、顯示器3，為一直流放大器及數(shù)字表，置于二次儀表內(nèi)。其對拾取的信號進(jìn)行放大、整形、顯示。
本發(fā)明所述的速測方法及其測量儀，也同樣適用于鑄造鋁合金、鋅合金、銅合金精煉效果、鑄鐵孕育效果的測試。
權(quán)利要求
1.鑄造鋁基合金物理性能級比速測法，其包括下列步驟A、將鋁合金分為鋁硅合金、鋁鎂合金、鋁銅合金、鋁鋅合金、鋁硅銅系合金和鋁鋅銅系合金等6類。每類又分為3-4級，如鋁硅合金分為ZL101、ZL102、ZL104等3級。根據(jù)變質(zhì)劑的區(qū)別、它們又分為短效鈉變質(zhì)、長效鍶變質(zhì)和復(fù)合變質(zhì)等3種。B、分別選定并制作每類每一級的基準(zhǔn)試樣和對應(yīng)的常規(guī)拉力試樣，對常規(guī)拉力試樣進(jìn)行常規(guī)理化分析，測定表征基準(zhǔn)試樣物理性能的電參量B0。C、依照同樣方法分類分級制作具有不同物理性能的被測試樣及對應(yīng)的常規(guī)拉力試樣，對常規(guī)拉力試樣進(jìn)行常規(guī)理化分析，得到不同的常規(guī)物理性能參數(shù)。將被測試樣與同級基準(zhǔn)試樣在同等條件下進(jìn)行對比，測定被測試樣的電參量Bx。Bo、Bx經(jīng)放大、顯示后依次送到微處理器中，由微處理器計(jì)算出被測試樣相對于基準(zhǔn)試樣電參量的變化率Xb＝(Bo-Bx)÷Bx×100，即級比特征值。D、根據(jù)xb和對應(yīng)的常規(guī)物理性能參數(shù)的回歸分析結(jié)果以及有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式，確立各類各級的顯微組織(MT)、變質(zhì)元素殘留量(ε)、機(jī)械性能(σb、δ)與Xb間的數(shù)學(xué)模型。E、爐前測試時(shí)，將被測試樣和同類同級的基準(zhǔn)試樣在同等條件下進(jìn)行對比，得到Xb，再根據(jù)Xb和同級材質(zhì)的數(shù)學(xué)模型測出測試樣對應(yīng)國標(biāo)拉力試棒的諸物理性能參數(shù)結(jié)果。
2.實(shí)現(xiàn)上述方法的測量儀包括比較器(1)、直流穩(wěn)壓電源(2)、放大顯示器(3)、微處理器(4)、打印機(jī)(5)、標(biāo)樣(6)、定時(shí)器(7)、試棒模(8)等。其特征為所述比較器(1)，由幾何結(jié)構(gòu)尺寸、電路均相同的基準(zhǔn)臂C和測量臂A、B組成，其幾何結(jié)構(gòu)尺寸和國標(biāo)拉力試棒尺寸配套?；鶞?zhǔn)臂和測量臂均含有四對并排，相互平行且相互絕緣的測試觸頭(11，12)、(21，22)、(31、32)、(41、42)和兩個(gè)對稱的電夾頭01、02。相鄰兩電觸頭間距離分別為50-70mm。20-40mm；電夾頭01、02內(nèi)面和與之相鄰觸頭間的距離約為10mm。每個(gè)觸頭依靠一個(gè)彈簧壓緊在觸頭座(03)上，其壓力可通過螺管(04)調(diào)節(jié)?；鶞?zhǔn)臂和測量臂通過各自的電夾頭依次串接至一直流穩(wěn)壓電源。
3.本發(fā)明權(quán)利要求2所述的測量儀，其特征為測量儀的電夾頭(01)、(02)由兩塊刀片對稱地固定在彈簧片上，彈簧片固定于絕緣墊塊3上，用于夾持和定位試棒兩端并通電。刀片上半部刀刃寬為1-2mm，與豎直方向間的夾角約為15°，刀尖a、b與電卡頭底部壓板4之中點(diǎn)C成園，相距約為120°，直徑約為19mm，刀片的下半部為一豎直面，和試棒相分離。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鑄造鋁基合金物理性能級比速測法及其測量儀。其主要特征是采用“級比法”，將鋁合金按材質(zhì)性能差異劃分為不同的類和級，用標(biāo)準(zhǔn)試棒模事先澆注各級的基準(zhǔn)試樣和對應(yīng)的拉力試棒，通過本發(fā)明儀器確定基準(zhǔn)試樣的電參數(shù)B
文檔編號G01N27/00GK1453577SQ0311322
公開日2003年11月5日 申請日期2003年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月21日
發(fā)明者戚秀清, 涂明 申請人:戚秀清, 涂明