專利名稱:鋁合金機(jī)械性能爐前自動(dòng)測試儀的制作方法
本發(fā)明屬于熱分析法液態(tài)鋁合金機(jī)械性能金相組織等級爐前自動(dòng)測試儀器。
以往鋁合金機(jī)械性能和金相組織等級的測試，都是在澆鑄成型后固態(tài)鑄件下進(jìn)行，一旦出現(xiàn)廢品，只能回爐重熔。由于廢品率高，造成了材料能源和入力浪費(fèi)。
1979年我們在“全國鑄造質(zhì)量控制及測試技術(shù)首屆年會”上，作了用微分熱分析儀測試鋁合金變質(zhì)效果的表演，但儀器操作復(fù)雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且儀器自動(dòng)化程度低，使用時(shí)要求操作者觀察冷卻曲線，從中找出判據(jù)再代入相應(yīng)公式進(jìn)行計(jì)算，才能得出結(jié)果，要求操作者具有較高的技術(shù)水平。從而限制了微分熱分析儀的推廣應(yīng)用。1983年在“全國鑄造測試儀器學(xué)術(shù)討論既博覽會”上，我們發(fā)表了《熱分析法測定鋁合金機(jī)械性能及金相組織》一文，本文闡述了用自動(dòng)熱分析儀測定鑄件性能的工藝原理。
就國外情況，近年來已有人著手研究用熱分析法測定合金的機(jī)械性能，但只限于灰鑄鐵范圍內(nèi)，而且只限是初步探討。
針對微分熱分析儀的上述不足，本發(fā)明的目的，在于提供一種能夠快速、準(zhǔn)確地自動(dòng)顯示鋁合金機(jī)械性能、金相組織等級的爐前自動(dòng)測試儀。當(dāng)鋁合金尚處于液態(tài)時(shí)，即可預(yù)測出鑄件成型后的拉伸強(qiáng)度硬度、金相組織等級和液態(tài)鋁合金的澆鑄溫度范圍，變質(zhì)效果。從而對控制鋁合金質(zhì)量起到“眼睛”作用，減少廢品率，把鑄件質(zhì)量控制在最佳范圍之內(nèi)。
經(jīng)國際聯(lián)機(jī)情報(bào)檢索系統(tǒng)查閱近二十年金屬文摘(METADEX)，工程索引(COMPENDEX)、科學(xué)文摘(INSPEC)、鋁文摘(ALUMINUM)等數(shù)據(jù)庫(含專利與非專利文獻(xiàn))，并檢索了《世界專利索引》，未發(fā)現(xiàn)與本
發(fā)明內(nèi)容
相同的文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)。
圖1為儀器工作原理方框圖。
本發(fā)明的要點(diǎn)在于樣杯中澆入的液態(tài)鋁合金冷卻時(shí)的熱訊號經(jīng)置于樣杯中的熱電偶轉(zhuǎn)換為電訊號，該電信號經(jīng)高精度恒溫槽進(jìn)入濾波器以消除干擾。隨著鋁合金冷卻的進(jìn)行，濾波器輸出一條溫度-時(shí)間冷卻曲線信號。該信號與合金牌號參數(shù)給定器輸出的信號同時(shí)輸入模擬減法器進(jìn)行運(yùn)算，得出判據(jù)信息。該信息通過隔離單元饋入控制單元，再進(jìn)入數(shù)據(jù)記憶單元以保持測試結(jié)果。當(dāng)測試結(jié)束時(shí)，控制單元截?cái)噍斎胗洃泦卧男畔ⅰＳ洃泦卧獌Υ娴男盘柾ㄟ^跟隨器和隔離級進(jìn)入輸出控制單元。輸出控制單元保證在測試過程中的信號不送至顯示儀表。測試完畢，輸出控制單元開啟，將記憶單元存儲的數(shù)據(jù)送到儀表，顯示測試結(jié)果。顯示儀表有兩個(gè)，儀表1用來顯示常規(guī)范圍內(nèi)鋁合金的機(jī)械性能。儀表2顯示特殊范圍內(nèi)鋁合金的機(jī)械性能。
合金牌號參數(shù)給定器用以給定不同牌號鋁合金參數(shù)信息，對于不同牌號的鋁合金，給定數(shù)值亦不相同。給定器用一種抗干擾性能良好的高精度場效應(yīng)管穩(wěn)壓單元1供電。
高精度恒溫槽用高精度恒溫控制單元控制。恒溫控制單元將加熱電流送至恒溫槽加熱器，并將恒溫槽中的溫度訊號取回，與給定的恒溫?cái)?shù)值進(jìn)行比較。得到電流調(diào)節(jié)量，再將調(diào)節(jié)后的電流送至恒溫槽加熱器。高精度恒溫控制單元的控制數(shù)值用恒溫?cái)?shù)值給定單元給定。恒溫?cái)?shù)值給定單元用抗干擾性能良好的高精度場效應(yīng)管穩(wěn)壓單元2供電。
該儀器以液態(tài)鋁合金的溫度做為自動(dòng)啟動(dòng)信號，即試樣澆入樣杯的初始階段，液態(tài)鋁合金溫度高于某一溫度，如580℃，則從減法器輸出的信號足以使啟動(dòng)溫度調(diào)節(jié)器工作，啟動(dòng)溫度調(diào)節(jié)器輸出的信號觸發(fā)史密特電路。史密特電路將信號整理為規(guī)則矩形波，觸發(fā)長延時(shí)單穩(wěn)電路，以控制測試時(shí)間。延時(shí)信號饋入反相器，驅(qū)動(dòng)信號指示驅(qū)動(dòng)器使讀數(shù)信號指示器工作。讀數(shù)信號指示器工作，表明測試完畢，儀器自動(dòng)停止，并記憶測試結(jié)果。并由儀表直接讀出測試結(jié)果。若液態(tài)鋁合金溫度低于580℃，儀器不啟動(dòng)，且不報(bào)告結(jié)果。
變控器用來變換測試和校對兩種工作狀態(tài)，用來控制輸出控制單元工作。
圖2樣杯結(jié)構(gòu)示意圖，1-樣杯，2-鎳鉻-鎳硅偶絲，3-石英管。
圖3高精度恒溫槽示意圖，1-鼠籠式加熱器，2-金屬屏弊罩，3-陶瓷纖維氈。
圖4儀器電路圖，1-測溫用的敏感器元件，2-場效應(yīng)管，3-穩(wěn)壓管，4-電阻，5-調(diào)溫電阻，6-場效應(yīng)管，7-穩(wěn)壓管，8-場效應(yīng)管，9-存儲電容，10-場效應(yīng)管，11-電位器，12-變控器。
圖5儀表1表盤曲線圖6儀表2表盤曲線圖7儀器前面板圖8儀器后面板樣杯1是由型砂、粘結(jié)劑、硬化劑均勻混合后壓制成型，其容積必須保證鋁合金機(jī)械性能爐前自動(dòng)測試儀工作時(shí)能得到足夠的信號，樣杯尺寸為42×42×50毫米。樣杯中間放置有將試樣溫度信號變?yōu)殡娪嵦柕母呔孺囥t-鎳硅熱電偶2，偶絲直徑小于0.5毫米，偶絲采用焊接聯(lián)接。熱電偶用外徑為3.2毫米、壁厚為0.5毫米的石英管3保護(hù)。熱電偶熱端拉成縮頸，以減少滯后時(shí)間。
高精度恒溫槽是由鼠籠式加熱器1、陶瓷纖維氈保溫層3及金屬制成的屏弊罩2組成。鼠籠式加熱器供電電壓為直流電壓15伏特，功率為6W。恒溫槽中還放有用高精度鎳鉻-鎳硅偶絲焊接成的測溫?zé)犭娕嫉睦涠搜a(bǔ)償電偶，測溫?zé)犭娕己秃銣夭壑械睦涠搜a(bǔ)償熱電偶連線也采用高精度鎳鉻-鎳硅偶絲，以減小測量誤差，提高精度。
恒溫槽的溫度應(yīng)高于環(huán)境溫度的最大值，恒溫槽溫度調(diào)節(jié)范圍為40～60℃，該測試儀恒溫槽恒溫值定為40℃。恒溫槽內(nèi)裝有測溫用的敏感元件1(見圖4)，它是一個(gè)熱敏電阻，熱敏電阻的性能直接影響儀器的穩(wěn)定性。熱敏電阻的阻值在恒溫槽溫度從高溫下降逼近恒溫槽調(diào)節(jié)溫度及從低溫上升逼近恒溫槽調(diào)節(jié)溫度時(shí)應(yīng)為一常數(shù)，且應(yīng)有良好的重復(fù)精度。為使恒溫槽恒溫精度在規(guī)定技術(shù)指標(biāo)內(nèi)，該儀器高精度恒溫控制單元采用低溫飄高增益運(yùn)算放大器，橋路電阻采用錳銅電阻。高精度恒溫控制單元工作時(shí)反應(yīng)快、變化穩(wěn)定，重復(fù)性好，恒溫精度高，該儀器恒溫精度為±0.1℃。高精度恒溫控制單元用恒溫?cái)?shù)值給定單元控制，給定單元由1、4、5組成橋式電路，并用直流穩(wěn)壓電源供電，穩(wěn)壓電源直流電壓15伏特，電源采用場效應(yīng)管2和高精度穩(wěn)壓管3組成，以保證給定溫度數(shù)值準(zhǔn)確，不受外界干擾。
模擬減法器把濾波器輸出的溫度-時(shí)間冷卻曲線信號與合金牌號參數(shù)給定器輸出的信息進(jìn)行運(yùn)算，得到判據(jù)信息。模擬減法器是由低溫飄、高精度運(yùn)算放大器、特殊反饋電路組成。采用薄膜式邏輯元件，正、負(fù)邏輯結(jié)合控制，提高了測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和精度，工作穩(wěn)定可靠。
合金牌號參數(shù)給定器采用經(jīng)老化處理的高精度電阻和電容組成。合金牌號參數(shù)給定器用高精度場效應(yīng)管穩(wěn)壓單元供電。穩(wěn)壓單元由兩級場效應(yīng)管6、高精度穩(wěn)壓管7組成。穩(wěn)壓單元抗干擾性好，工作穩(wěn)定。
測試結(jié)果通過儀表顯示，為方便操作者讀數(shù)或復(fù)查數(shù)據(jù)，要求儀器有足夠長的顯示時(shí)間，并應(yīng)使數(shù)據(jù)穩(wěn)定。該儀器特設(shè)有記憶時(shí)間大于20分鐘的記憶單元，直至下次測試時(shí)，上次記憶的測試數(shù)據(jù)才自動(dòng)清除。儀器停止工作期間，只要電源接通，則仍記憶上次測試結(jié)果以便復(fù)查數(shù)據(jù)。記憶單元由作為開關(guān)管的場效應(yīng)管8及存儲數(shù)據(jù)的存儲電容9和場效應(yīng)管跟隨器10組成。模擬減法器和記憶單元采用正邏輯與負(fù)邏輯結(jié)合控制。這種方法比單一邏輯控制節(jié)省元件，降低成本。采用薄膜邏輯元件使線路簡化、可靠、調(diào)試方便。
測試儀的兩個(gè)顯示儀表，用以顯示測試結(jié)果。表盤上標(biāo)有顯示鋁合金機(jī)械性能和金相組織等級的曲線族。儀表1用以顯示常規(guī)范圍內(nèi)，即含鎂量低于0.5的鋁合金機(jī)械性能曲線;儀表2用以顯示特殊范圍內(nèi)，即含鎂量為0.5～0.9的鋁合金機(jī)械性能曲線，兩種儀表均可顯示鋁合金金相組織等級和澆鑄溫度范圍。儀表上的曲線是通過實(shí)驗(yàn)，在記錄了數(shù)百組數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用回歸分析，找出金相組織、機(jī)械性能與判據(jù)的相互關(guān)系后繪制的。
該儀器自動(dòng)啟動(dòng)是由啟動(dòng)溫度調(diào)節(jié)器、史密特電路和長延時(shí)單穩(wěn)電路控制。啟動(dòng)溫度調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)范圍為550～720℃，一般啟動(dòng)溫度可定為580℃。長延時(shí)單穩(wěn)態(tài)電路用以控制測試時(shí)間，該儀器中單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路元件參數(shù)選擇合理，測試時(shí)間為2.5～3分鐘，誤差小于1秒。
讀數(shù)信號指示采用指示燈作信號指示，試樣澆入樣杯，儀器自動(dòng)啟動(dòng)，開始測試，指示燈熄滅，測試完畢，指示燈亮，可在指示燈下從儀表上讀出測試數(shù)據(jù)，該方法方便、醒目。讀數(shù)信號指示由一個(gè)作功率放大器的信號指示驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。讀數(shù)信號指示器亦可采用訊響器，即試樣澆入樣杯后，儀器啟動(dòng)工作，同時(shí)開啟600H訊號，測試結(jié)束，訊號停止，輸出測試結(jié)果。這種指示方法受測試現(xiàn)場環(huán)境影響，訊響信號常被淹沒，效果差，若采用強(qiáng)訊號，又會對操作者產(chǎn)生不利影響。
測試工作對儀器精度要求高，儀器運(yùn)行一定時(shí)間后，應(yīng)使用信號校對裝置校對儀器精度。該儀器采用電位差計(jì)輸入標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行校對。只需調(diào)節(jié)儀器的合金牌號參數(shù)給定器的電位器12即可。校對時(shí)應(yīng)將變控器12置于校對位置。該校對裝置操作方便，易于掌握，在測試現(xiàn)場隨時(shí)進(jìn)行校對。
該測試儀采用50HZ、220V交流電源經(jīng)單相橋式整流穩(wěn)壓后±15伏直流電源。
鋁合金機(jī)械性能爐前自動(dòng)測試儀主要性能指標(biāo)如下1.拉伸強(qiáng)度、硬度(HB)、金相組織等級測試相對誤差在5%之內(nèi);
2.測試時(shí)間為2.5～3分鐘，誤差小于1秒;
3.數(shù)據(jù)記憶時(shí)間大于20分鐘;
4.儀器精度1.0級;
5.系統(tǒng)精度1.5級;
6.量程540℃～630℃;
7.功率15W+40W;
8.本機(jī)重量10kgf。
鋁合金機(jī)械性能爐前自動(dòng)測試儀可用于鑄造車間快速、準(zhǔn)確地測定不同牌號的液態(tài)鋁合金在鑄件成型后室溫下的拉伸強(qiáng)度、硬度、金相組織等級?？梢灾鲃?dòng)控制鑄件質(zhì)量、降低廢品，有較高的經(jīng)濟(jì)效益。本儀器線路設(shè)計(jì)新穎，使用薄膜邏輯元件，適應(yīng)性強(qiáng)，抗干擾性好，精度高、操作方便，靈敏可靠。
該儀器經(jīng)適當(dāng)改進(jìn)尚可測試鋁合金的沖擊韌性，以及用于鑄鐵等其他鑄造合金。
權(quán)利要求
1.一種測試鋁合金機(jī)械性能和金相組織等級的爐前自動(dòng)測試儀其特征在于是由取得液態(tài)鋁合金冷卻信息的樣杯，高精度恒溫槽、低漂移、高精度模擬減法器。存儲時(shí)間大于20分鐘的數(shù)據(jù)記憶單元。測試時(shí)間為2.5～3分鐘，誤差小于1秒的長延時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，高精度場效應(yīng)管穩(wěn)壓單元和直接讀出鋁合金機(jī)械性能和金相組織等級及澆鑄溫度的顯示儀表所構(gòu)成。
2.按權(quán)利要求
1所說的鋁合金機(jī)械性能和金相組織等級爐前自動(dòng)測試儀。其特征是用型砂、粘結(jié)劑和硬化劑均勻混合后壓制成的樣杯的尺寸為42×42×50(毫米)，樣杯中央放有經(jīng)焊接的直徑小于0.5毫米的鎳鉻-鎳硅高精度測溫?zé)犭娕肌Ｇ覠犭娕加檬⒐鼙Ｗo(hù)。
3.按權(quán)利要求
1所說的鋁合金機(jī)械性能和金相組織等級爐前自動(dòng)測試儀，其特征是高精度恒溫槽由鼠籠式加熱器、陶瓷纖維氈保溫層和金屬制成的屏弊罩構(gòu)成。
4.按權(quán)利要求
3所說的高精度恒溫槽。其特征在于恒溫槽中放置有用高精度鎳鉻-鎳硅偶絲焊接成的測溫?zé)犭娕嫉睦涠搜a(bǔ)償電偶和溫度反饋熱敏電阻。連接樣杯中測溫?zé)犭娕己秃銣夭壑械难a(bǔ)償熱電偶的補(bǔ)償線采用高精度鎳鉻-鎳硅偶絲。
5.按權(quán)利要求
1所說的鋁合金機(jī)械性能和金相組織等級爐前自動(dòng)測試儀。其特征是為高精度恒溫槽橋路供電的高精度穩(wěn)壓單元是用場效應(yīng)管和高精度穩(wěn)壓管組成的抗干擾性能良好的線路。
6.按權(quán)利要求
1所說的鋁合金機(jī)械性能和金相組織等級爐前自動(dòng)測試儀。其特征是得出判據(jù)信息的模擬減法器是由低溫漂、高精度運(yùn)算放大器、反饋電路、輸入電路和合金牌號參數(shù)給定器組成。
7.按權(quán)利要求
6所說的合金牌號參數(shù)給定器。其特征是為其供電的穩(wěn)壓單元是由兩級場效應(yīng)管、高精度穩(wěn)壓管和經(jīng)老化處理的高精度電阻組成。
8.按權(quán)利要求
1所說的鋁合金機(jī)械性能和金相組織等級爐前自動(dòng)測試儀。其特征是存儲時(shí)間大于20分鐘的數(shù)據(jù)記憶器元是由作為開關(guān)管的場效應(yīng)管、存儲數(shù)據(jù)的存儲電容和場效應(yīng)管跟隨器組成。
9.按權(quán)利要求
1所說的鋁合金機(jī)械性能和金相組織等級爐前自動(dòng)測試儀。其特征是可直接讀出鋁合金機(jī)械性能和金相組織等級的兩個(gè)顯示儀表的表盤上分別標(biāo)有顯示鋁合金機(jī)械性能和金相組織等級的曲線族。
專利摘要
由取得液態(tài)鋁合金冷卻凝固信息的樣杯、高精度恒溫槽、低漂移高精度模擬減法器。測試時(shí)間為2.5～3分鐘、誤差小于1秒的長延時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、存儲時(shí)間大于20分鐘的數(shù)據(jù)記憶單元。高精度場效應(yīng)管穩(wěn)壓單元和直接讀出鋁合金拉伸強(qiáng)度、硬度(HB)、金相組織等級和澆鑄溫度范圍的顯示儀表所組成的鋁合金機(jī)械爐前自動(dòng)測試儀，可以快速、準(zhǔn)確地測試出不同牌號的鋁合金的機(jī)械性能，自動(dòng)化程度高，操作方便，對控制鑄件質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益有重要實(shí)用價(jià)值。
文檔編號G01N25/02GK85100031SQ85100031
公開日1986年3月10日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者李貴成, 王邦耀, 劉衛(wèi)京 申請人:天津大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan