專利名稱：鋁合金熔體含氫量快速測量方法及測量儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁合金熔體含氫量現(xiàn)場檢測技術(shù)。具體地說是提出一種鋁合金熔體含氫量快速測量方法及測量儀器。
公知的各種測量鋁合熔體含氫量的方法及儀器裝置在大連理工大學出版社1989年出版《有色金屬凈化》一書P196～P213中集中作了較詳細的介紹。下面列舉其中三種主要方法(1)減壓凝固法取被測鋁合金熔體液樣澆注一個在減壓條件下凝固的試樣。根據(jù)該試樣凝固過程中其上表而因氫析出所形成凸起的狀態(tài)和程度，加上觀察者的經(jīng)驗定性地判斷所測熔體含氫量合格與否；(2)第一氣泡法該法根據(jù)鋁合金中因含氫量不同，其熔體表而冒出第一個氣泡時的溫度和壓力不同這一原理，通過測定這兩個參量并經(jīng)專用公式換算得出被測鋁合金熔體的含氫量。以上兩種方法都存在著測量速度慢，摻有人為因素，準確度差的缺點。(3)氣體遙測法該法又稱作Telegas法。該法假定鋁合金熔體中的氫是均勻分布的、熔體中通以惰性氣體氣泡用以提供自由表面，熔體中的氫便在該自由表面上以2H→H2的形式析出，經(jīng)一定時間，氣泡內(nèi)的氫分壓PH2與熔體中含氫量達到平衡。通過導熱析氣計測定出PH2，同時用熱電偶測出熔體溫度，經(jīng)專用公式換算，得出被測熔體的含氫量。該方法的缺點是所用儀器設備龐雜，造價昴貴，操作復雜。此外，測量速度仍偏慢。例如，從測量開始到出結(jié)果，一般至少需要5分鐘。
本發(fā)明的目的在于，提出一種簡便、快速、準確、實用的鋁合金熔體含氫量測量方法及測量儀器。
本發(fā)明的理論依據(jù)和技術(shù)方案一般認為、氫是鋁合金熔體中唯一的可溶性氣體。普通大氣壓條件下，氫在液態(tài)和固態(tài)鋁合金中的溶解度存在較大差異，并隨溫度升高而增大，隨溫度的下降而減小。實際生產(chǎn)條件下，鋁合金在熔煉升溫過程中，其含氫量不斷增加；相反，在凝固過程中其含氫量不斷下降。特別是在固相線附近的溫度區(qū)間，由于鋁合金對氫的溶解度驟減，超出其臨界含量的氫以原子形式大量析出并形成分子，相對集中地在凝固期間的鋁合金中形成針孔，從而導致鋁合金在凝固期間產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象。相圖分析表明，各種鋁合金在其凝固階段并無膨脹相變。因此，由于氫析出所形成的針孔是上述膨脹現(xiàn)象的唯一原因，并已被實驗反復驗證。
公知的室溫固態(tài)時鋁合金的針孔度與鋁合金液態(tài)時的含氫量呈一定的對應關(guān)系。含氫量越高，其針孔越多越嚴重，其密度也越小。
綜上所述，在一定工藝條件下，采用精確的微位移測量技術(shù)，通過準確地測量鋁合金熔體液樣凝固過程中所產(chǎn)生的膨脹量及對應的電信號，經(jīng)信號處理，數(shù)據(jù)處理，得出對應的含氫量，是一種簡便，快速、準確可行的測量方法，也已為實驗所證實。
本發(fā)明可通過下述方法和步驟實現(xiàn)其方法是取被測鋁合金熔體液樣，澆注預制的鑄型中形成一個棒形試樣，測量該試樣凝固過程中的軸向線膨脹，經(jīng)轉(zhuǎn)換處理，最后得出被測熔體的含氫量。
其步驟如下(1)按普通工藝要求預制鑄型；(2)將預制好的鑄型安裝在機座上，鑄型的直澆口上安放耐高溫纖維制成的濾網(wǎng)片，再壓上澆口杯；(3)高純石英玻璃制成的測桿一端與位移傳感器的芯桿用鎖緊螺母固聯(lián)，另一端插入鑄型測量工藝孔，插入深度由裝在測桿上的卡環(huán)限定；(4)位移傳感器、測桿、測量工藝孔保證同軸心安裝，測量前，通過調(diào)零機構(gòu)的調(diào)節(jié)旋鈕將位移傳感器調(diào)至測量零點，即顯示器指示為零；(5)取被測鋁合金熔體液樣自澆口杯澆人鑄型，形成棒形試樣，該試樣在凝固過程中，因氫析出形成針孔而產(chǎn)生膨脹，并主要表現(xiàn)在試樣軸向尺寸的膨脹，通過測桿傳遞，位移傳感器將膨脹量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏浚?jīng)轉(zhuǎn)換處理器處理后，由顯示器顯示出被測熔體的含氫量。
實現(xiàn)上述方法的測量儀器包括(1)機座上的一端安裝固定支座，另一端開有與底板配合的燕尾槽，中部設有安裝鑄型的定位塊；(2)鑄型內(nèi)為棒形試樣型腔，上面留有直澆口，在直澆口上安放濾網(wǎng)片，再壓上澆口杯，鑄型一端留有出模工藝孔，另一端有測量工藝孔，出模后將出模工藝孔用耐火材料制成的堵頭封堵嚴實后，將鑄型安裝在定位塊上，堵頭與固定支座靠實；(3)箱體固定在底板上，底板安裝在機座上的燕尾槽中，為滑動配合；箱體內(nèi)，位移傳感器及其調(diào)零機構(gòu)均安裝在支架上，該支架固定在底板上，位移傳感器與支架為動配合，與調(diào)零機構(gòu)固聯(lián)，調(diào)零機構(gòu)的調(diào)節(jié)旋鈕設在箱體外，位移傳感器的芯桿穿出箱體，其間為動配合，在箱體外，芯桿通過鎖緊螺母與測桿固聯(lián)，測桿插入測量工藝孔，插入深度由測桿上的卡環(huán)限定；(4)被測鋁合金熔體澆入鑄型，形成的棒形試樣一端被堵頭頂住，另一端與測桿接觸，試樣產(chǎn)生膨脹時，軸向尺寸的線膨脹經(jīng)測桿傳遞給位移傳感器，將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏枯斨赁D(zhuǎn)換處理器，最后送至顯示器顯示結(jié)果，轉(zhuǎn)換處理器和顯示器安裝在上述箱體上面。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比，測量速度快，結(jié)果準確、可靠。從澆注液樣到顯示出結(jié)果不超過2分鐘。所測含氫量結(jié)果與實際針孔度或密度檢驗結(jié)果對應良好。此外，儀器造價低，結(jié)構(gòu)輕巧，操作簡便，適應現(xiàn)場使用。
附圖
是鋁合金熔體含氫量快速測量儀器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1為固定支座，2為堵頭，3為機座，4為鑄型，5為定位塊，6為測桿，7為卡環(huán)，8為鎖緊螺母，9為底板，10為支架，11為位移傳感器，12為調(diào)零機構(gòu)，13為轉(zhuǎn)換處理器，14為顯示器，15為箱體，16為砂箱，17為濾網(wǎng)片，18為澆口杯。
本發(fā)明具體實施方案結(jié)合附圖敘述如下固定支座(1)固定安裝在機座(3)左端；預制鑄型(4)，要求原砂為1N100～200，濕壓強度3.5～4N/CM2濕透氣性85～95，水分3.8～4.2％；型腔尺寸φ20×200mm。鑄型(4)上型面留有直澆口，其上安放濾網(wǎng)片(17)后，壓上澆口杯(18)。鑄型(4)一端有出模工藝孔，另一端有測量工藝孔。出模后，出模工藝孔用堵頭(2)封堵嚴實后，將鑄型(4)安裝在機座(3)上的四個定位塊(5)上，要求堵頭(2)與固定支座(1)靠實；箱體(15)固定安裝在底板(9)上，底板(9)裝配予機座(3)右端的燕尾槽中，二者為滑動配合；在箱體(15)內(nèi)，支架(10)固定在底板(9)上，位移傳感器(11)及調(diào)零機構(gòu)(12)均安裝在支架(10)上；位移傳感器(11)與支架(10)間為動配合，與調(diào)零機構(gòu)(12)固聯(lián)，其調(diào)節(jié)旋鈕設在箱體(15)外面，位移傳感器(11)的芯桿穿出箱體(15)，其間為動配合，在箱體(15)外，芯桿通過鎖緊螺母(8)與測桿(6)固聯(lián)，測桿(6)一端插入鑄型(4)φ6×35mm測量工藝孔，其間為動配合關(guān)系，插入深度35mm，由測桿(6)上的卡環(huán)(7)限定；位移傳感器(11)、鑄型(4)的測量工藝孔和測桿(6)應同軸心；澆注前，調(diào)節(jié)箱體(15)外面的調(diào)節(jié)旋鈕，使位移傳感器(11)處于測量零點，即顯示器(14)指示為零；取被測鋁合金熔體約300g，自澆口杯(18)澆人鑄型(4)，形成φ20×200mm棒形試樣。試樣在凝固過程中，因氫析出形成針孔而產(chǎn)生膨脹，因堵頭(2)的限制，其軸向線膨脹只能單方向進行，經(jīng)與其接觸的測桿(6)傳遞給位移傳感器(11)，將其膨脹量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏枯敵鲋赁D(zhuǎn)換處理器(13)，進行信號處理和數(shù)據(jù)處理，最后由顯示器(14)顯示測量結(jié)果。
儀器所顯示的測量結(jié)果是與被測熔體所澆注鑄件或鑄錠的針孔度對應的含氫量級別值，因此，更為直觀，準確可靠。當測量顯示值小于或等于技術(shù)要求的針孔度級別時，被測鋁合金熔體所澆鑄件或鑄錠，可保證針孔度檢驗合格；反之，則須對所測鋁合金熔體進行再精煉處理。再取液樣，重復上述測量，至顯示結(jié)果達到技術(shù)要求再澆注鑄件或鑄錠。
本發(fā)明所提出的方法和測量儀器適用于生產(chǎn)現(xiàn)場，科研和教學實驗中對各種鋁合金熔體含氫量的測量，針孔的研究與控制。也可以適用于各種銅合金含氣量的測量與控制。
權(quán)利要求
1.一種鋁合金熔體含氫量快速測量方法，通過下述方法和步驟實現(xiàn)發(fā)明提供的方法是取被測鋁合金熔體液樣，澆注預制的鑄型中形成一個棒形試樣，測量該試樣凝固過程中的軸向線膨脹，經(jīng)轉(zhuǎn)換處理，最后得出被測熔體的含氫量；其步驟如下(1)按普通工藝要求預制鑄型；(2)將預制好的鑄型安裝在機座上，鑄型的直澆口上安放耐高溫纖維制成的濾網(wǎng)片再壓上澆口杯；(3)高純石英玻璃制成的測桿一端與位移傳感器的芯桿用鎖緊螺母固聯(lián)，另一端插入鑄型測量工藝孔，插入深度由裝在測桿上的卡環(huán)限定；(4)位移傳感器、測桿、測量工藝孔保證同軸心安裝，測量前，通過調(diào)零機構(gòu)的調(diào)節(jié)旋鈕將位移傳感器調(diào)至測量零點，即顯示器指示為零；(5)取被測鋁合金熔體液樣自澆口杯澆入鑄型，形成棒形試樣，該試樣在凝固過程中，因氫析出形成針孔而產(chǎn)生膨脹，并主要表現(xiàn)在試樣軸向尺寸的膨脹，通過測桿傳遞，位移傳感器將膨脹量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?，?jīng)轉(zhuǎn)換處理器處理后，由顯示器顯示出被測溶體的含氫量。
2.一種使用權(quán)利要求1所述方法而專門設計的測試儀器，它包括(1)機座上的一端安裝固定支座，另一端開有與底板配合的燕尾槽，中部設有安裝鑄型的定位塊；(2)鑄型內(nèi)為棒形試樣型腔，上面留有直澆口，在直澆口上安放濾網(wǎng)片，再壓上澆口杯，鑄型一端留有出模工藝孔，另一端有測量工藝孔，出模后將出模工藝孔用耐火材料制成的堵頭封堵嚴實后，將鑄型安裝在定位塊上，堵頭與固定支座靠實；(3)箱體固定在底板上，底板安裝在機座上的燕尾槽中，為滑動配合；箱體內(nèi)，位移傳感器及其調(diào)零機構(gòu)均安裝在支架上，該支架固定在底板上，位移傳感器與支架為動配合，與調(diào)零機構(gòu)固聯(lián)，調(diào)零機構(gòu)的調(diào)節(jié)旋鈕設在箱體外，位移傳感器的芯桿穿出箱體，其間為動配合，在箱體外，芯桿通過鎖緊螺母與測桿固聯(lián)，測桿插人測量工藝孔，插入深度由測桿上的卡環(huán)限定；(4)被測鋁合金熔體澆人鑄型，形成的棒形試樣一端被堵頭頂住，另一端與測桿接觸，試樣產(chǎn)生膨脹時，軸向尺寸的線膨脹經(jīng)測桿傳遞給位移傳感器，將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏枯斨赁D(zhuǎn)換處理器，最后送至顯示器顯示結(jié)果，轉(zhuǎn)換處理器和顯示器安裝在上述箱體上面。
全文摘要
本發(fā)明公開一種普通鑄型工藝條件下，通過測量鋁合金熔體所澆注的試樣在凝固過程中由于氫析出形成針孔而產(chǎn)生的膨脹，測量鋁合金熔體含氫量的方法和測量儀器。本方法簡便、準確、實用、快速。從熔體液樣澆入鑄型開始，2分鐘內(nèi)可得出結(jié)果。儀器輕便，操作簡單，造價低，適應性強?？蓮V泛適用于有色金屬冶煉和鑄造行業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，科研和教學實驗對各種鋁合金熔體含氫量的測量、控制、研究。亦可用于銅合金含氣量的快速檢測。
文檔編號G01N31/20GK1157922SQ9511375
公開日1997年8月27日 申請日期1995年10月13日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月26日
發(fā)明者時勝利, 朱錦俠, 武東福, 王宏江 申請人:西安理工大學