[发明专利]一种镁合金锭坯水冷测温装置及测温方法

说明书

本发明公开了一种镁合金锭坯水冷测温装置，所述测温装置由可调喷水机构、单向散热锭坯及附属机构组成；其中可调喷水机构由高度调节部分、距离调节部分、喷水角度调节部分和喷淋水管组成。所述单向散热锭坯制作方法是先采用热压的方法将热电偶嵌入镁合金锭坯内，然后粘结保温材和冷却水导流板，再加热确定热电偶完好。所述测温方法是将单向散热锭坯置于加热炉中加热到预定温度后，打开冷却水，将单向散热锭坯置于调节好的镁合金锭坯水冷测温装置上，进行水冷实验，通过与热电偶相连的温度记录仪记录镁合金锭坯的降温数据。本发明具有设备简单、操作简单及实验成本低的特点，同时还可实现对水流冲击区和水流自由下落区降温数据的单独测定。

技术领域

本发明属于金属材料装置测温领域，尤其是涉及一种镁合金锭坯水冷测温装置及测温方法。

背景技术

近年来，随着汽车和航空航天领域的轻量化需求的持续上升，不仅有效拉动了镁合金消费，同时还让镁合金产品的生产和研发逐渐受到诸多厂商和研究机构的关注。在诸多生产方法中，半连续铸造方法生产是制备大规格镁合金锭坯的主要方法，同其它方法相比，通过半连续铸造方法生产的锭坯具有冶金质量优良、生产效率高及便于后续加工等优点。然而，在镁合金半连续铸造过程中，有效地控制冷却过程是该生产方法的技术核心之一；冷却过程主要包括一次冷却和二次冷却过程；其中，二次冷却时需将冷却水直接喷淋在锭坯表面，所带走的热量占总热量的80％以上；因此，二次冷却是半连续铸造中最为关键的过程。

为明确镁合金铸造过程的强弱，研究人员通常采用数值模拟的方法在生产前预测不同工艺条件下锭坯内部的温度场。在进行数值模拟时，精确的边界条件可以显著提升预测结果的准确性。在所有的边界条件中，二次冷却过程界面(即镁锭表面与冷却水之间)处的换热系数(heat transfer coefficient)是最为关键的边界条件，该参数主要通过反计算的方法求得，而反计算前需要通过测温实验获得各工艺下锭坯内部不同位置的降温数据，然后再将该数据作为原始数据和验证数据求解和验证对流换热系数。

在对镁合金半连续铸造过程二次冷却情况的研究过程中发现：当冷却水喷淋在锭坯表面时，二次冷却区域又可以显著分为水流冲击区和水流自由下落区；其中，水流冲击区是锭坯表面上最先与冷却水接触时的位置，此刻冷却水带有一定的动能并在锭坯表面产生一定的水压；而自由下落区是指冷却水冲击锭坯表面之后，在重力作用下沿锭坯表面自由下落的区域。通过以往的研究可知，研究镁合金半连续铸造过程的二次冷却区域换热系数时，必须将两个区域分别单独分析才能获得满足实际需要的结果。因此，准确地获得能够满足反计算要求的降温数据是确保数值模拟过程边界条件准确的前提，为此已经有大量的研究报道针对测温实验展开了探索。经过对现有技术的检索发现，公开号为CN103357834A的中国专利提供一种铝合金半连续铸造过程铸锭与冷却水之间换热系数测量装置，可以实现铸造过程冷却水与铸锭之间热交换速度和强度控制，但是该装置主要应用对象为铝合金，且结构较为复杂；而镁合金由于热物理性能的差别，需要更为单一直接的测量方法。公开号为CN112642997A的中国专利提供了一种铸造中确认边界换热系统的方法，但该方法实施过程中需要先制备蜡模，再制作模壳，并对模壳进行抽真空操作，过程相对复杂。因此，开发一种操作简便且精确度更高的镁合金锭坯水冷测温装置及测温方法是非常有必要的。

参考文献：

[1]李金柱,农登,郑开宏,等.镁合金半连续铸造技术的研究与展望[J].铸造技术,2013,34(03):334-337.

[2]翟春泉,曾小勤,丁文江,等.镁合金的开发与应用[J].机械工程材料,2001(01):6-10.

[3]陈亮,乐启炽,赵大志,等.基于反热传导法对镁合金DC铸造二冷区沸腾换热研究[J].铸造,2022,71(04):432-436.

[4]黎文献.镁及镁合金[M].中南大学出版社,2005.

发明内容

本发明的目的在于提供一种镁合金锭坯水冷测温装置及测温方法。