[发明专利]一种金属熔体冷却全过程动态体收缩-膨胀特性测定装置及测定方法

权利要求书

1.一种金属熔体冷却全过程体收缩-膨胀特性测定装置，包括金属型模具(1)，设置于金属型模具(1)测量孔上方的第一三维位移测量仪(2)，金属型模具(1)置于第一称重平台(21)上，第一称重平台(21)下方设置第一压力传感器(19)，砂型模具(26)，金属型(3)中心设置砂型样品室(24)，砂型样品室(24)周围设置螺旋形电阻加热器(5)，砂型模具(26)上方设置第二三维位移测量仪(16)，砂型模具(26)置于第二称重平台(25)上方，第二称重平台(25)下方设置第二压力传感器(12)；第一三维位移测量仪(2)、第二三维位移测量仪(16)、第一压力传感器(19)、第二压力传感器(12)分别与控制记录仪(6)连接。

2.如权利要求1所述的测定装置，其特征在于所述金属型模具(1)包括金属型模具开合模所用的金属型模具把手(7)、金属型模具铰链(8)和金属型模具销锁紧机构(9)，金属型样品室(4)底部设置第一金属熔体测温热电偶(23)用于测定金属型样品室(4)内金属熔体的温度，第一压力传感器(19)用于测定金属型样品室(4)内金属熔体的重量变化，第一平台稳定装置(20)用来保持称重平台的稳定。

3.如权利要求1所述的测定装置，其特征在于所述砂型模具(26)内的砂型(33)使用镁砂与水玻璃混合后烘干制成，水玻璃模数M＝3.3，水玻璃加入量为镁砂质量的2-3.5wt％；砂型(33)中心掏制砂型样品室(24)，砂型样品室(24)底部设置第二金属熔体测温热电偶(14)用于测定砂型样品室(24)中金属熔体的温度，砂型样品室(24)周围设置螺旋形电阻加热器(5)用于砂型(33)的预热，砂型(33)设置模具测温热电偶(13)用于测定砂型(33)预热温度，第二压力传感器(12)设置于砂型模具(26)底部，用于测定砂型样品室(24)金属熔体的重量变化。

4.如权利要求1所述的测定装置，其特征在于所述金属型(3)、砂型(33)上方分别设置第一缓流槽(31)，第二缓流槽(32)，第一缓流槽(31)与第一浇口杯(30)、金属型样品室(4)相通，第二缓流槽(32)与第二浇口杯(17)、砂型样品室(24)相通。

5.如权利要求1所述的测定装置，其特征在于所述控制记录仪(6)与第一三维位移测量仪(2)、第二三维位移测量仪(16)、螺旋形电阻加热器(5)、模具测温热电偶(13)、第二金属熔体测温热电偶(14)、第一金属熔体测温热电偶(23)连接，控制记录仪(6)能够调节螺旋形电阻加热器(5)对模具的预热温度，接收并记录模具测温热电偶(13)、第二金属熔体测温热电偶(14)、第一金属熔体测温热电偶(23)、第一三维位移测量仪(2)、第二三维位移测量仪(16)的测量数据并进行程序化处理，显示动态体收缩-膨胀量、体积收缩-膨胀速率、动态缩孔缩松体积。

6.使用如权利要求1-5任一项所述装置测量金属熔体冷却全过程体收缩-膨胀特性的方法，包括以下步骤：

a)检查金属型模具(1)和砂型模具(26)上的金属型模具销锁紧机构(9)、砂型模具销锁紧机构(29)是否已将金属型模具锁紧，随后打开控制记录仪(6)和第一三维位移测量仪(2)、第二三维位移测量仪(16)开关，初始化仪器数据；

b)使用控制记录仪(6)控制螺旋形电阻加热器(5)预热样品室至200℃；

c)使用取样用硅酸铝浇铸勺先后将钢液浇入第一浇口杯(30)和第二浇口杯(17)，铁液流经缓流槽进入样品室金属型样品室(4)和砂型样品室(24)；

d)随着金属液温度冷却到室温的过程，金属液经历液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个阶段；金属液冷却过程第一三维位移测量仪(2)、第二三维位移测量仪(16)实时测定金属熔体表面平均高度变化，第二金属熔体测温热电偶(14)、第一金属熔体测温热电偶(23)测定金属熔体温度曲线，压力传感器测定金属型样品室(4)、砂型样品室(24)内金属熔体的质量，数据经过控制记录仪(6)处理动态显示金属熔体冷全过程的体收缩-膨胀特性。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于步骤d)中所述金属液是铁液，其冷却过程经过液态收缩、共晶膨胀和固态收缩三个阶段。