專利名稱：用于確定金屬熔體的熱裂傾向性的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定金屬熔體的熱裂傾向性的設(shè)備，包括鑄 模，所述鑄模具有第一子空間和第二子空間，所述第二子空間形成為具 有第一端和第二端的管狀部，所述第一端連接到所述第一子空間；測(cè)量 元件，所述測(cè)量元件延伸到所述管狀部的所述第二端中；以及測(cè)量裝置， 所述測(cè)量裝置用于記錄所述測(cè)量元件上的力和/或所述測(cè)量元件在所述 管狀部的延伸方向上的位置變化，所述測(cè)量裝置與所述測(cè)量元件耦合.
背景技術(shù)：
熱裂是金屬熔體凝固中的突出問(wèn)題。熱裂是用來(lái)表示在固相線溫度
晶間間斷的術(shù)語(yǔ).熱裂紋可能極微小或延伸幾毫米或甚至幾厘米。無(wú)論 如何，它們代表意欲至少部分地由凝固的金屬熔體制成的工件的缺陷。
特別是對(duì)于帶鑄或具有可比性的連鑄工藝，了解熔體的熱裂傾向性 是很重要的，因?yàn)槠鋵?duì)鑄件的強(qiáng)度有直接影響。這種了解對(duì)于焊接或特 定焊接方法的使用也很重要，因?yàn)槠鋵?duì)焊接的耐久性有直接影響。
過(guò)去，已做出許多努力來(lái)確定鋼、特別是鋁合金的熱裂傾向性。然 而，目前還沒有在充分理解或者甚至模擬熱裂傾向性的現(xiàn)象上取得任何 成就.也沒有能夠可靠地確定熱裂傾向性的i殳備。
在處理鑄模中的金屬熔體的凝固過(guò)程時(shí)，目前典型的方法是，不僅 要測(cè)量并在評(píng)價(jià)中考慮化學(xué)成分，還要測(cè)量并在評(píng)價(jià)中考慮熔化參數(shù)， 比如熔池溫度、鑄模溫度、在凝固過(guò)程中的溫度變化和在凝固過(guò)程中鑄 模中由于收縮而產(chǎn)生的力。也可通過(guò)對(duì)出現(xiàn)裂紋的區(qū)域中的材料、其尺 寸和形態(tài)進(jìn)行目測(cè)而作出純定性評(píng)估。
熱裂紋關(guān)于其尺寸而被定性地表征。 一般在可用肉眼看到的裂紋、 可借助于一些諸如放大鏡這樣的裝置看到的裂紋和只能在顯微鏡下看 到的裂紋之間進(jìn)行區(qū)分.裂紋的長(zhǎng)度也經(jīng)常被用作熱裂傾向性的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。已知的測(cè)試方法的共同之處在于，雖然它們能夠評(píng)估裂紋的出現(xiàn)及 其尺寸，但是它們不能對(duì)張力并從而對(duì)因此形成的應(yīng)力下結(jié)論。然而， 了解張力和應(yīng)力允許定性地確定未來(lái)出現(xiàn)裂紋的傾向性或者允許預(yù)測(cè) 它們的進(jìn)一步行為。
迄今為止，熱裂傾向性是借助于其中例如測(cè)量流動(dòng)長(zhǎng)度的鑄模來(lái)定 性地確定的。凝固的材料最多到達(dá)的不會(huì)出現(xiàn)裂紋的長(zhǎng)度在此作為特征 數(shù)。該數(shù)值對(duì)于鑄模的幾何形狀(即鑄造通道和所選的澆鑄系統(tǒng)的橫截 面)是特定的。制造鑄模的材料對(duì)于相應(yīng)的測(cè)試裝置也是特定的。制造 鑄模的材料例如可以是鋼一一如果例如將鑄模設(shè)計(jì)為永久模具，或者 沙。在后一種情形中，還要將沙的顆粒尺寸、顆粒尺寸分布、含水量、 粘合劑以及沙的密實(shí)度和成分考慮進(jìn)去作為進(jìn)一步的參數(shù)。還將熔池溫 度和鑄模溫度確定為額外的特征值。
已知的用于確定熱裂傾向性的鑄?；诃h(huán)形幾何形狀，其中外徑保 持恒定而內(nèi)徑可變。在凝固過(guò)程中，材料收縮到芯上，且取決于壁厚、 熔池溫度、鑄模溫度和化學(xué)成分，可形成裂紋。這種鑄模特別容易在澆 鑄區(qū)域出問(wèn)題，因?yàn)槟抢锏臓顟B(tài)通常是不可再現(xiàn)的。
在S. Instone等人在//!,mta^ma/ Jo"i7ifl/ Cto ikfCfl/s及ese"rc/r (12 (2000) 441-456 )發(fā)表的"7V嫌fl/;/mm似s cAflracte由7ig ^"s,7e rfeve/o/;附ewf fl d ZrW crflcAi/fg /"幼e附ms一 ^ we" 中，描述了洗 口位于中心的H形鑄模，其中將張力測(cè)試機(jī)也結(jié)合于系統(tǒng)中。這用來(lái)結(jié) 合力并試圖對(duì)熱裂傾向性作出結(jié)論，同時(shí)考慮了在特定力和已知的溫度 分布下出現(xiàn)的裂紋。
除此之外，還使用了具有第一容納空間和管狀測(cè)量空間的鑄模。在 這些模具的情形中，熱區(qū)通常出現(xiàn)在第一接收空間和管狀測(cè)量空間之間 的連接區(qū)域中。熱區(qū)是在凝固工藝過(guò)程中熔體的積聚，其通常出現(xiàn)在距 離鑄模冷壁最遠(yuǎn)的鑄模的空間的中央?yún)^(qū)域中。在這些鑄模的情形中，在 桿的長(zhǎng)度上測(cè)量熔體在凝固過(guò)程中的收縮行為。這里也一樣，參數(shù)是熔 池溫度和鑄模溫度以及熔體的化學(xué)成分.熱裂傾向性另外受到熱區(qū)的熱 含量的影響。
G. Cao、 S. Kou在M^fl//"rg/cfl/ fl/irf M"她r/fl/s 7Vfl/isfl"iVws 廣37A(2006) 3647-3663 )發(fā)表的"ff^ te肌Vig 6>/temfli^ A^-K7" c"幼Vigs" 中描述了一種根據(jù)權(quán)利要求的前序部分的裝置。其中，Cao和Kou描述了 用鑄模的桿形子空間直接測(cè)量在凝固過(guò)程出現(xiàn)的張力以及合力。Y. Wang 等Ajt AffltenVi/s丄^tefs (53 (2002) 35-39 )發(fā)表的"/wfefSfti/iflf/"g 6>/f/re ZrW tefln'"g附ec/ffl/i/s挑//I m"g/fw'"附中也描述了 一種用來(lái)確定 熱裂傾向性的具有桿形鑄模幾何形狀的測(cè)試裝置。
然而，在使用該設(shè)備的情況下，取決于凝固材料的溫度和鑄模的溫 度，并最終取決于兩者的收縮行為，在凝固材料和鑄模的內(nèi)壁之間會(huì)出 現(xiàn)相當(dāng)大的摩擦力。在一些情況下使用的潤(rùn)滑劑伴隨它們帶來(lái)進(jìn)一步的 困難，即難以解釋測(cè)量到的值。由于以此方式出現(xiàn)的摩擦力，幾乎不可 能作出有意義的解釋。
所有目前已知的設(shè)備允許對(duì)熱裂傾向性的一定的評(píng)估。然而，由于 出現(xiàn)摩擦力，所以無(wú)一適合于熱裂傾向性的精確定量和定性的確定。
發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供一種用于確定金屬熔體的熱裂傾向性的設(shè) 備，其允許對(duì)各種金屬熔體的熱裂傾向性的改進(jìn)的定量和定性確定。
通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的特征的設(shè)備實(shí)現(xiàn)此目的。有利的實(shí)施方式是 從屬權(quán)利要求的主題。
本發(fā)明提供一種用于確定金屬熔體的熱裂傾向性的設(shè)備，包括鑄 模，所述鑄模具有第一子空間和第二子空間，所述第二子空間形成為具 有第一端和第二端的管狀部，所述第一端連接到所述第一子空間；測(cè)量 元件，所述測(cè)量元件延伸到所述管狀部的所述第二端中；以及測(cè)量裝置， 所述測(cè)量裝置用于記錄所述測(cè)量元件上的力和/或所述測(cè)量元件在所述 管狀部的延伸方向上的位置變化，所述測(cè)量裝置與所述測(cè)量元件耦合， 其特征在于，所述管狀部的橫截面在所述管狀部的大致可在整個(gè)長(zhǎng)度上 選取的每個(gè)子部中沿著所述笫二端的方向是減小的。
此處，術(shù)語(yǔ)"鑄模"涵蓋所有適于在其內(nèi)部空間中容納或接收或在 其中形成金屬熔體的容器。此處，術(shù)語(yǔ)"空間"實(shí)質(zhì)上是指可用于容納熔體的內(nèi)部空間。此處 鑄模的內(nèi)部空間由至少兩個(gè)子空間組成。
"所述管狀部的橫截面在所述管狀部的大致可在整個(gè)長(zhǎng)度上選取 的每個(gè)子部中沿著所述第二端的方向是減小的"的表征特征實(shí)質(zhì)上可解 釋為意味著在管狀部的整個(gè)長(zhǎng)度上基本上沒有這樣一個(gè)子部，其橫截面 在管狀部的延伸方向上是恒定的。這避免了由凝固材料和鑄模的壁之間 的摩擦力造成的虛假測(cè)量。例如，管狀部可具有圃形橫截面，其直徑在 每個(gè)子部中朝著第二端減小，所以該部分為截頭圃錐形。
與已知的測(cè)量設(shè)備相比，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)尤其在于凝固材 料相對(duì)于鑄模的收縮主要在管狀部的延伸方向上有影響，這致使凝固材 料立刻與鑄模的壁分離，從而不會(huì)在凝固的熔體和鑄模的壁之間測(cè)量到 摩擦效應(yīng)。
此外，測(cè)量是獨(dú)立于鑄模本身的收縮行為的，因?yàn)殍T模中的熔體一 般比鑄模本身的材料收縮得更多。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備主要是為確定鎂熔體的熱裂傾向性而開發(fā)。然 而，由于測(cè)試裝置和所確定的特征值的原因，該設(shè)備不僅可用于鎂合金， 還可用于鋁、鋅和非鐵金屬以及用于鋼和其它金屬熔體。
根據(jù)本發(fā)明的幾何形狀和使用各種各樣的鑄模材料的可行性意味 著該設(shè)備允許對(duì)在凝固過(guò)程中的所有材料進(jìn)行測(cè)量。因此，首次獲得了 用于確定熱裂傾向性的可標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)量元件。因此不僅可進(jìn)行定性評(píng) 估，而且可同時(shí)進(jìn)行定量評(píng)估。這也首次允許對(duì)各種材料的熱裂傾向性 進(jìn)行直接對(duì)比。
本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)檢測(cè)試樣中的裂紋和因而產(chǎn)生的張力或 應(yīng)力變化。對(duì)熱裂傾向性可實(shí)現(xiàn)定性和定量結(jié)論。
除化學(xué)成分外，還用該設(shè)備測(cè)量熔化參數(shù)，比如熔池溫度、鑄模溫 度、在凝固過(guò)程中的溫度變化和在凝固過(guò)程中在鑄模中由于收縮而產(chǎn)生 的力，并在評(píng)價(jià)中對(duì)溶化參數(shù)加以考慮。另外，可同時(shí)對(duì)裂紋的出現(xiàn)、 其尺寸、形態(tài)和隨時(shí)間推移的行為進(jìn)行材料的純定性評(píng)估。為了最小化流體靜壓影響或者由重力引起的對(duì)測(cè)量的其它影響，如 果管狀部大致沿水平方向延伸則是有利的。
溫度測(cè)量元件優(yōu)選地沿著管狀部的延伸方向設(shè)置.這些溫度測(cè)量元 件一方面可起到基于評(píng)價(jià)的目的而記錄溫度的作用。另一方面，它們可 用于調(diào)節(jié)鑄模的壁的溫度，并且相應(yīng)地調(diào)節(jié)凝固的熔體的溫度。為此， 如果在第一子空間中設(shè)置至少一個(gè)溫度測(cè)量元件則是有利的。該溫度測(cè) 量元件例如可伸縮地插入鑄模的內(nèi)部空間，以便可測(cè)量在第 一子空間和 第二子空間之間的連接區(qū)域中的熱區(qū)處的溫度。
如果第 一子空間和/或第二子空間設(shè)置有加熱裝置和/或冷卻裝置， 則有利于溫度調(diào)節(jié)和控制。這允許以特定方式控制熔體的凝固過(guò)程。就
這一點(diǎn)而言，如果以如下方式控制管狀部的溫度則是特別有利的第二 端比第一端的溫度低，因此熔體首先在第二端凝固并從而以抗張方式連 接到測(cè)量元件。這允許在凝固過(guò)程的最早可能階段精確地進(jìn)行對(duì)由熔體 的收縮行為引起的張力的測(cè)量。
通氣孔優(yōu)選地設(shè)置在管狀部的第二端，以便優(yōu)選地大致沿水平方向 延伸的管狀部中的空氣能夠在熔體進(jìn)入該管狀部時(shí)排出。該通氣孔例如 可以是測(cè)量元件上在上側(cè)沿著測(cè)量元件的延伸方向延伸的切口。
該設(shè)備優(yōu)選地具有至少部分位于鑄模上方的澆鑄系統(tǒng)，鑄模的第一 子空間設(shè)計(jì)用于從澆鑄系統(tǒng)接收金屬熔體。這種情況下，熔體在澆鑄系 統(tǒng)中形成，并且當(dāng)熔體和鑄模處于適當(dāng)?shù)臏囟葧r(shí)，熔體經(jīng)下出口被引導(dǎo) 到鑄模的第一子空間中。因此，第一子空間有利地具有用于從位于其上 方的澆鑄系統(tǒng)接收熔體的上開口 。 一旦熔體的高度已經(jīng)達(dá)到在鑄模的第 一子空間和第二子空間之間的連接區(qū)域，那么熔體也分布到第二子空間 中。
為了使測(cè)量元件能夠盡可能沒有摩擦地沿軸向方向移動(dòng)，優(yōu)選地在 例如由石墨或陶瓷制成的套管中以較小的摩擦接觸相對(duì)于鑄模引導(dǎo)測(cè) 量元件。
為了讀取和評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果，測(cè)量裝置和任何溫度測(cè)量元件優(yōu)選地連 接到計(jì)算機(jī)控制的讀取系統(tǒng)并可通過(guò)該系統(tǒng)進(jìn)行讀取。
下面基于圖l至圖4詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的有利實(shí)施方式。
圖l示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的有利實(shí)施方式的裝置。
圖2示出穿過(guò)根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的有利實(shí)施方式的鑄模的豎直縱斷面。
圖3示出穿過(guò)根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的有利實(shí)施方式的鑄模的水平縱斷面。
圖4示出曲線圖形式的測(cè)量結(jié)果，其中圖示了對(duì)于兩種不同的測(cè)試 測(cè)量到的隨著時(shí)間變化的張力和溫度。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性地示出用于確定金屬熔體的熱裂傾向性的設(shè)備的整體裝 置。該設(shè)備的主要構(gòu)件設(shè)置在穩(wěn)定的水平平臺(tái)l上。保持裝置3從水平 平臺(tái)l豎直地延伸至一側(cè)，其作用是將澆鑄系統(tǒng)5緊固在鑄模7上方。 澆鑄系統(tǒng)5大致包括設(shè)計(jì)為具有可加熱壁的熔爐9的圃筒形容器。熔爐 9具有上開口，上開口可用于填充可在熔爐內(nèi)熔化的金屬材料IO。填充 后，上入口可由蓋子ll封閉。熔爐9在下側(cè)具有出口 13，該出口 13 可用封閉系統(tǒng)15將其打開和封閉。在此實(shí)施方式中，封閉系統(tǒng)15為塞 子17，其可借助于豎直延伸的桿19上升或下降，桿19在上側(cè)經(jīng)蓋子 11中的中央襯套從熔爐9引至外部。在圖1中示出的塞子17的下降位 置，在下側(cè)的出口 13被封閉，且金屬熔體10不能離開。為了調(diào)節(jié)加熱 溫度和/或?yàn)榱舜_定金屬熔體10是否已達(dá)到適當(dāng)溫度，溫度測(cè)量元件21 以內(nèi)鏡方式或伸縮方式經(jīng)蓋子11浸入金屬熔體10中。為此，溫度測(cè)量 元件21經(jīng)由通信鏈路連接到由計(jì)算機(jī)23控制的讀取系統(tǒng)25。
鑄模7設(shè)置在熔爐9的出口 13下方，以便當(dāng)塞子17上升時(shí)熔體10 可經(jīng)出口 13流入鑄模7中。鑄模7具有兩個(gè)子空間，第一子空間27為 大致圓筒形的容器，其在上側(cè)具有開口用于從熔爐9接收熔體10。第二 子空間27以管狀部29的形式大致水平地遠(yuǎn)離第一子空間27延伸。管 狀部29具有連接到第一子空間27的下部區(qū)域的第一端31和測(cè)量元件35伸入其中的第二端33。當(dāng)從在上側(cè)的熔爐9填充鑄模7時(shí)，首先填 充第一子空間27，直至達(dá)到熔體10流入管狀部29中的填充高度。為了 測(cè)量，管狀部29必須被填滿。
在圖2和圖3中可更清晰地看到管狀部29的橫截面在管狀部29的 大致可在整個(gè)長(zhǎng)度上選取的每個(gè)子部中沿著第二端33的方向是減小的。 在此實(shí)施方式中，圓形橫截面的直徑在管狀部29的整體長(zhǎng)度上減小并 具有從第一端31朝著第二端33的大約3。的圓錐角。
鑄模7的外表面區(qū)域的大部分裝有加熱或冷卻系統(tǒng)37，以便鑄模7 的溫度既在第一子空間27中和在管狀部29中都可以得到適當(dāng)?shù)乜刂啤?這允許以特定的方式控制熔體10在鑄模7中的凝固行為。為了調(diào)節(jié)加 熱或冷卻系統(tǒng)37并且基于評(píng)價(jià)的目的，鑄模7還裝有溫度測(cè)量元件39、 41、 43、 45、 47，這些測(cè)量元件分別經(jīng)由通信鏈路連接到計(jì)算機(jī)控制的 讀取系統(tǒng)25。溫度測(cè)量元件39測(cè)量鑄模7的第一子空間27的溫度。三 個(gè)溫度測(cè)量元件43、 45、 47測(cè)量管狀部29在沿管狀部29的延伸方向 的各個(gè)區(qū)域中的溫度。溫度測(cè)量元件47在這種情況下設(shè)置在管狀部29 的第二端33處。溫度測(cè)量元件41以伸縮方式或內(nèi)鏡方式經(jīng)第一子空間 27引導(dǎo)至第一子空間27和管狀部29之間的連接區(qū)域中。這允許使用溫 度測(cè)量元件41來(lái)測(cè)量在熱區(qū)處的熔體10的溫度。
測(cè)量元件35位于管狀部29的第二端33，測(cè)量元件35大致沿著管 狀部29的延伸方向同軸地以活塞的形式延伸，并相對(duì)于鑄模7通過(guò)較 小的摩擦接觸在例如由石墨或陶瓷制成的套管49中被引導(dǎo)。測(cè)量元件 35因此沿軸向方向以可移動(dòng)的方式安裝。為了讀取在管狀部29的延伸 方向上的力和/或位置，測(cè)量元件35與測(cè)量裝置51耦接。測(cè)量裝置51 在這種情況下具有萬(wàn)向接頭53和桿形傳輸元件55,萬(wàn)向接頭53將測(cè)量 元件35連接至傳送元件55。傳送元件55將沿軸向方向的位置變化和/ 或力傳送至力或位置測(cè)量?jī)x器57。力或位置測(cè)量?jī)x器57同樣經(jīng)由通信 鏈路連接到計(jì)算機(jī)控制的讀取系統(tǒng)25用于讀取和評(píng)價(jià)測(cè)量數(shù)據(jù)。
鑄模7和力或位置測(cè)量?jī)x器57相對(duì)于平臺(tái)1具有限定的位置，它 們優(yōu)選地固定地連接至平臺(tái)1。鑄模7和/或力或位置測(cè)量?jī)x器57也可 沿管狀部29的延伸方向以可移動(dòng)方式連接至平臺(tái)1。誠(chéng)然，這必然需要 精確校準(zhǔn)軸向位置。然而，額外的撕裂力然后例如可通過(guò)受控步進(jìn)馬達(dá)施加在熔體19上，以引起裂紋和/或測(cè)量材料在特定應(yīng)力下的承栽能力。 類似地，澆鑄系統(tǒng)5可以以可豎直地調(diào)節(jié)的方式連接至保持裝置3，以 便在初始鑄造過(guò)程中可以設(shè)定熔體10的滴落高度并將該滴落高度適當(dāng) 地與使用的材料匹配。整個(gè)設(shè)備可設(shè)計(jì)成例如橫向?qū)挾刃∮?米的臺(tái)式 實(shí)驗(yàn)(benchtop experiment),朝第二端33逐漸變細(xì)的管狀部29例如 可具有大約20cm的長(zhǎng)度和在12mm到8mm之間的直徑。
圖2和圖3分別示出穿過(guò)鑄模7的豎直和水平縱斷面。圖中為了清 楚起見示出了管狀部29從第一端31朝第二端33的圃錐角6。大致水 平地延伸的管狀部29的第二端33由支撐件59從下方支撐，支撐件59 連接至平臺(tái)1,鑄模7的第一子空間27也連接至平臺(tái)1。測(cè)量元件35 在上側(cè)具有沿測(cè)量元件35的延伸方向延伸的切口形式的通氣孔61。通 氣孔61允許大致水平地延伸的管狀部29在填充熔體10的過(guò)程中的通 氣。
使用圖示的設(shè)備執(zhí)行下述用于確定金屬熔體的熱量?jī)A向性的方法。 首先，將待測(cè)試的具有已知化學(xué)成分的金屬材料IO(例如含鋁3%的鎂) 填充到熔爐9內(nèi)。材料IO的量必須足以以液態(tài)形式充分填充鑄模7，以 允許管狀部29被充滿。然后將熔爐9加熱至高于材料10的熔點(diǎn)的溫度， 例如加熱至715t:。同時(shí)，將鑄模7預(yù)熱至例如350t:的溫度，以便能 夠控制熔體10以后在鑄模7中的凝固行為。
一旦溫度測(cè)量元件21、 39、 43、 45、 47指示適當(dāng)?shù)臏囟?，就可開 始初始鑄造。封閉熔爐9的下側(cè)上的出口 13的塞子17借助于桿19上 升，以便金屬熔體10可經(jīng)出口 13流入位于其下方的鑄模7的第一子空 間27中。熔體10從而也分布到管狀部29內(nèi)，管狀部29以其第一端31 連接至鑄模7的第一子空間27。由于鑄模7的溫度在熔點(diǎn)以下，所以熔 體開始在鑄模7中凝固。這首先發(fā)生在鑄模7的壁處，所述壁比熔體的 溫度低，并且此后向內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行。由于在管狀部29的第二端33處的小 直徑、距第一子空間27的最遠(yuǎn)距離和/或加熱或冷卻系統(tǒng)37的適當(dāng)溫 度控制，熔體10首先在管狀部29的第二端33處凝固，測(cè)量元件35延 伸到笫二端33中。凝固的效果是在凝固的熔體10和測(cè)量元件35之間 形成非正的連接，從而形成抗張連接。在凝固過(guò)程中，金屬材料10收 縮。這在管狀部29的延伸方向上尤為明顯。鑄模7本身在其冷卻時(shí)同樣也收縮，但是比經(jīng)過(guò)從液體到固體的相變的材料10少許多倍。因此， 測(cè)量元件35借助于凝固的熔體10和測(cè)量元件35之間的抗張連接被拉 入管狀部29內(nèi)。
在徑向方向上，幾乎注意不到管狀部29中凝固材料的收縮。管狀 部29的錐形然后防止鑄模7的壁和凝固的材料IO之間的摩擦效應(yīng)。這 是因?yàn)閳A錐角致使材料立刻與壁分離，并且由于沿軸向方向的明顯收縮 而使材料不會(huì)沿壁拉動(dòng)其本身。結(jié)果，測(cè)量元件35上的張力的測(cè)量比 使用傳統(tǒng)裝置時(shí)要精確許多倍。于是可使用測(cè)量元件35來(lái)測(cè)量材料10 的收縮帶來(lái)的張力或者材料10的長(zhǎng)度變化。
在凝固過(guò)程中，熱區(qū)(即第一子空間27和管狀部29之間的連接區(qū) 域)處的溫度也被記錄。在該區(qū)域中，熔體10保持液態(tài)的時(shí)間最長(zhǎng)， 并且此處出現(xiàn)熱裂紋的概率最高。為了測(cè)量溫度，溫度測(cè)量元件41通 過(guò)鑄模27上的孔以伸縮方式或內(nèi)鏡方式被引導(dǎo)穿過(guò)第一子空間27而進(jìn) 入第一子空間27和管狀部29之間的連接區(qū)域中。溫度測(cè)量元件41耐 熱且設(shè)置有相應(yīng)的材料，比如陶瓷。
在凝固過(guò)程中，由計(jì)算機(jī)23控制的讀取系統(tǒng)25讀取用溫度測(cè)量元 件39、 41、 43、 45、 47測(cè)量到的作為時(shí)間的函數(shù)的溫度以及用力或位 置測(cè)量?jī)x器57測(cè)量到的測(cè)量元件35上的張力或者后者的位置變化。
圖4示出兩個(gè)測(cè)試的結(jié)果，這兩個(gè)測(cè)試都是在含鋁3%的鎂熔體、 熔化溫度為7501C以及鑄模溫度為350匸的情況下執(zhí)行的。張力和熱區(qū) 溫度是對(duì)照時(shí)間圖示的。實(shí)曲線與第一測(cè)試相關(guān)而虛曲線與第二測(cè)試相 關(guān)。箭頭分別示出可應(yīng)用于曲線的軸。在凝固階段開始的較陡峭的上升 之后，力近似恒定地增加，而溫度的表現(xiàn)呈相應(yīng)相反的形式。在溫度在 開始時(shí)初始上升至超過(guò)600"C并在凝固階段開始時(shí)劇烈下降至約5001C 之后，溫度較恒定地下降。發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備首次允許熱裂傾向性 的可再現(xiàn)的定量確定，因?yàn)閮蓚€(gè)測(cè)試的測(cè)量結(jié)果在測(cè)量誤差的限度內(nèi)是 一致的。
熱裂紋的出現(xiàn)將在力曲線中自身顯示為階梯式下降或突然下降。因 此，在測(cè)試中測(cè)量到的最大張力取決于是否已出現(xiàn)一個(gè)或更多的熱裂紋 以及它們的形式和范圍。因此，在定義的凝固間隔之后測(cè)量到的最大力為熱裂紋的尺寸和/或數(shù)目的定量量度。例如，已發(fā)現(xiàn)在含鋁1%的鎂熔
體和熱區(qū)溫度為300C的情況下，小于卯ON的張力表示存在大的熱裂 紋。已通過(guò)目測(cè)證實(shí)這一點(diǎn)。此處尺寸正好適當(dāng)?shù)牧鸭y允許測(cè)量到900N 至1100N的張力，而不存在熱裂紋或者僅存在4艮小的裂紋允許測(cè)量到超 過(guò)1100N的張力。
權(quán)利要求
1.一種用于確定金屬熔體(10)的熱裂傾向性的設(shè)備，包括鑄模(7)，所述鑄模(7)具有第一子空間(27)和第二子空間，所述第二子空間形成為具有第一端(31)和第二端(33)的管狀部(29)，所述第一端(31)連接到所述第一子空間(27)；測(cè)量元件(35)，所述測(cè)量元件(35)延伸到所述管狀部(29)的所述第二端(33)中；以及測(cè)量裝置(51)，所述測(cè)量裝置(51)用于記錄所述測(cè)量元件(35)上的力和/或所述測(cè)量元件(35)在所述管狀部(29)的延伸方向上的位置變化，所述測(cè)量裝置(51)與所述測(cè)量元件(35)耦合，其特征在于，所述管狀部(29)的橫截面在所述管狀部(29)的大致可在整個(gè)長(zhǎng)度上選取的每個(gè)子部中沿著所述第二端(33)的方向是減小的。
2. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述管狀部(29)大 致沿水平方向延伸。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于，沿所述管狀部(29 ) 的延伸方向設(shè)置有溫度測(cè)量元件(43， 45， 47)。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，至少一 個(gè)溫度測(cè)量元件(41)設(shè)置在所述笫一子空間(27)中。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述第 一子空間(27)設(shè)置有加熱裝置(37),
6. 如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述第 一子空間(27)設(shè)置有冷卻裝置(37)。
7. 如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述管 狀部(29 )設(shè)置有加熱裝置(37 )。
8. 如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述管 狀部(29 )設(shè)置有加熱裝置(37 )。
9. 如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，在所述 管狀部(29 )的第二端(33 )設(shè)置有通氣孔(61 )。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定金屬熔體的熱裂傾向性的設(shè)備，包括鑄模，所述鑄模具有第一子空間和第二子空間，所述第二子空間形成為具有第一端和第二端的管狀部，所述第一端連接到所述第一子空間；測(cè)量元件，所述測(cè)量元件延伸到所述管狀部的所述第二端中；以及測(cè)量裝置，所述測(cè)量裝置用于記錄所述測(cè)量元件上的力和/或所述測(cè)量元件在所述管狀部的延伸方向上的位置變化，所述測(cè)量裝置與所述測(cè)量元件耦合。允許熱裂傾向性的改善的定量和定性確定這一目的通過(guò)如下結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)所述管狀部的橫截面在所述管狀部的大致可在整個(gè)長(zhǎng)度上選取的每個(gè)子部中沿著所述第二端的方向是減小的。
文檔編號(hào)B22D46/00GK101618456SQ20091015872
公開日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月4日
發(fā)明者卡爾·烏爾里希·凱納, 奧利弗·烏特克, 威利·普內(nèi)森, 甄子勝, 諾貝特·霍特 申請(qǐng)人:Gkss-蓋斯特哈赫特研究中心有限責(zé)任公司