[实用新型]一种主动施加载荷条件下铝合金热裂测试实验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种主动施加载荷条件下铝合金热裂测试实验装置及方法，该装置能够测定铝合金热裂时的临界载荷、温度等参数，属于金属材料实验研究和铸造领域。 

背景技术

在铸造生产中，热裂是铸件尤其是大型铸件中普遍存在的铸造缺陷，给工业生产带来了巨大损失，这种铸造缺陷的产生主要与液态合金在凝固后期的固态收缩所引起的应力的产生和发展有关。铸件的热裂是铸件在高温下形成的裂纹，常常出现在液态合金凝固末期即合金固相线以上凝固区间。铸件热裂纹的产生，主要是由于铸件收缩应力超过了金属晶粒间的结合力，大多沿晶界产生从裂纹断口观察可见裂纹处金属往往被氧化，失去金属光泽。裂纹沿晶界延伸，形状呈锯齿形，表面较宽，内部较窄，有的则穿透整个铸件的端面。 

大量的研究表明，热裂的形成是一个复杂的物理化学过程，它包括热传导、流体以及引起裂纹产生的其他因素，这些因素包括合金成分、合金的凝固和热力学特性、铸件和铸型的工艺参数、铸型的材料以及一些过程控制的参数等等。20世纪初，铸造工作者就开始研究热裂纹的形成机理，提出了强度理论、液膜理论、综合理论、晶间搭桥理论等几种不同的理论来阐述热裂纹的形成；随着计算机技术在铸造领域的不断发展，铸造过程温度场、流场的数值模拟等技术得到了充分发展，铸造过程应力场的数值模拟研究也随之发展，这也间接推动了铸造过程中热裂纹的数值模拟工作并取得了一定的研究成果，提出了热裂纹预测的一些理论模型和判据（如Rappaz的RDG判据），但仍然没有形成一种通用的理论模型或判据能够较为准确的预测热裂纹。因此，构建适合实际条件下的热裂预测模型也是目前的研究重点。 

近年来，随着对热裂研究的不断深入，科技工作者设计开发了一些定性或定量表征热裂的测试设备，国内比较有代表性的是大连理工大学设计开发的用于砂型的双试棒合金热裂-线收缩仪、哈尔滨理工大学开发的铸造合金线收缩-应力-热裂特性多功能测定仪和沈阳工业大学研究开发的金属型的ZSR合金热裂倾向性测定仪；国外代表性的是加拿大N-Tec Ltd.的N-Tec热裂测试模具和美国沃斯特理工学院用于铝合金热裂测试的Instrumented Constrained Rod Mold。这些设备的基本原理是将试棒或试样的两端受限固定，在液态合金凝固过程中试棒或试样会发生凝固收缩，尤其是在试棒粗细交接处由于凝固速度的不同而产生了热应力，当热应力超过合计的强度极限时便会有裂纹的产生。利用这些设备可以获得液态合金热裂纹形成过程中的一些信息和数据， 但是现阶段实验过程中使用的热裂测试设备基本上是利用液态合金自身的凝固收缩原理来设计的，这些设备有助于易裂合金的热裂研究，但是要研究热裂倾向小的合金的热裂现象，这些设备就不能满足要求。 

实用新型内容

针对现有技术和实验装置所存在的不足，本实用新型摈弃利用液态合金自由收缩的思路，从主动对试样进行载荷施加的思路出发，设计了一种在主动施加载荷条件下进行铝合金相关热裂测试实验装置，该实验装置结构简单、设计合理、操作简便。 

本实用新型通过以下技术方案实现： 

一种主动施加载荷条件下铝合金热裂测试实验装置，主要包括依次连接的试样模具单元、连接螺杆、数据测试单元、框型连接机构、载荷施加单元；所述试样模具单元、连接螺杆、数据测试单元、框型连接机构、载荷施加单元位于设备基座上部；所述数据采集单元还与数据测试单元连接。

所述试样模具单元包括金属模具；所述金属模具包括两个金属半模；所述金属模具内部设置有型腔；所述金属模具上部设置有温度测口。 

所述型腔内安装有保温材料；所述保温材料为冒口保温材料制品或石墨材料。 

所述数据测试单元包括载荷测试机构和温度测试机构；所述载荷测试机构为“S”型传感器，“S”型传感器通过连接螺杆与试样模具单元相连；所述温度测试机构为“K”型镍铬-镍硅热电偶，“K”型镍铬-镍硅热电偶直接插入金属模具上部的温度测口。 

所述数据采集单元采用无纸记录仪；所述无纸记录仪数据采样周期是0.1S。 

所述载荷施加单元包括依次连接的梯形丝杠、轴承座、联轴器和调速电机；所述梯形丝杠通过框型连接机构与“S”型传感器相连。所述连接螺杆端部安装有全丝螺杆；所述连接螺杆与试样模具单元连接处设置有石墨堵头。 

所述调速电机的输出轴、框型连接机构、“S”型传感器、连接螺杆、金属模具的中心线均位于同一水平线，装配时的同轴度≤0.15mm。 

一种主动施加载荷条件下铝合金热裂测试实验装置测试铝合金热裂的方法，包括以下步骤：