[實用新型]一種主動施加載荷條件下鋁合金熱裂測試實驗裝置

有效

• 申請號: 201220205408.9
• 申請日: 2012-05-09
• 公開（公告）號: CN202583014U
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: 田學雷;許榮福;鄭洪亮;張勇;郭風祥;孫玉成
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 楊琪

技術領域

本實用新型涉及一種主動施加載荷條件下鋁合金熱裂測試實驗裝置及方法，該裝置能夠測定鋁合金熱裂時的臨界載荷、溫度等參數，屬于金屬材料實驗研究和鑄造領域。?

背景技術

在鑄造生產中，熱裂是鑄件尤其是大型鑄件中普遍存在的鑄造缺陷，給工業生產帶來了巨大損失，這種鑄造缺陷的產生主要與液態合金在凝固后期的固態收縮所引起的應力的產生和發展有關。鑄件的熱裂是鑄件在高溫下形成的裂紋，常常出現在液態合金凝固末期即合金固相線以上凝固區間。鑄件熱裂紋的產生，主要是由于鑄件收縮應力超過了金屬晶粒間的結合力，大多沿晶界產生從裂紋斷口觀察可見裂紋處金屬往往被氧化，失去金屬光澤。裂紋沿晶界延伸，形狀呈鋸齒形，表面較寬，內部較窄，有的則穿透整個鑄件的端面。?

大量的研究表明，熱裂的形成是一個復雜的物理化學過程，它包括熱傳導、流體以及引起裂紋產生的其他因素，這些因素包括合金成分、合金的凝固和熱力學特性、鑄件和鑄型的工藝參數、鑄型的材料以及一些過程控制的參數等等。20世紀初，鑄造工作者就開始研究熱裂紋的形成機理，提出了強度理論、液膜理論、綜合理論、晶間搭橋理論等幾種不同的理論來闡述熱裂紋的形成；隨著計算機技術在鑄造領域的不斷發展，鑄造過程溫度場、流場的數值模擬等技術得到了充分發展，鑄造過程應力場的數值模擬研究也隨之發展，這也間接推動了鑄造過程中熱裂紋的數值模擬工作并取得了一定的研究成果，提出了熱裂紋預測的一些理論模型和判據（如Rappaz的RDG判據），但仍然沒有形成一種通用的理論模型或判據能夠較為準確的預測熱裂紋。因此，構建適合實際條件下的熱裂預測模型也是目前的研究重點。?

近年來，隨著對熱裂研究的不斷深入，科技工作者設計開發了一些定性或定量表征熱裂的測試設備，國內比較有代表性的是大連理工大學設計開發的用于砂型的雙試棒合金熱裂-線收縮儀、哈爾濱理工大學開發的鑄造合金線收縮-應力-熱裂特性多功能測定儀和沈陽工業大學研究開發的金屬型的ZSR合金熱裂傾向性測定儀；國外代表性的是加拿大N-Tec?Ltd.的N-Tec熱裂測試模具和美國沃斯特理工學院用于鋁合金熱裂測試的Instrumented?Constrained?Rod?Mold。這些設備的基本原理是將試棒或試樣的兩端受限固定，在液態合金凝固過程中試棒或試樣會發生凝固收縮，尤其是在試棒粗細交接處由于凝固速度的不同而產生了熱應力，當熱應力超過合計的強度極限時便會有裂紋的產生。利用這些設備可以獲得液態合金熱裂紋形成過程中的一些信息和數據，?但是現階段實驗過程中使用的熱裂測試設備基本上是利用液態合金自身的凝固收縮原理來設計的，這些設備有助于易裂合金的熱裂研究，但是要研究熱裂傾向小的合金的熱裂現象，這些設備就不能滿足要求。?

實用新型內容

針對現有技術和實驗裝置所存在的不足，本實用新型擯棄利用液態合金自由收縮的思路，從主動對試樣進行載荷施加的思路出發，設計了一種在主動施加載荷條件下進行鋁合金相關熱裂測試實驗裝置，該實驗裝置結構簡單、設計合理、操作簡便。?

本實用新型通過以下技術方案實現：?

一種主動施加載荷條件下鋁合金熱裂測試實驗裝置，主要包括依次連接的試樣模具單元、連接螺桿、數據測試單元、框型連接機構、載荷施加單元；所述試樣模具單元、連接螺桿、數據測試單元、框型連接機構、載荷施加單元位于設備基座上部；所述數據采集單元還與數據測試單元連接。

所述試樣模具單元包括金屬模具；所述金屬模具包括兩個金屬半模；所述金屬模具內部設置有型腔；所述金屬模具上部設置有溫度測口。?

所述型腔內安裝有保溫材料；所述保溫材料為冒口保溫材料制品或石墨材料。?

所述數據測試單元包括載荷測試機構和溫度測試機構；所述載荷測試機構為“S”型傳感器，“S”型傳感器通過連接螺桿與試樣模具單元相連；所述溫度測試機構為“K”型鎳鉻-鎳硅熱電偶，“K”型鎳鉻-鎳硅熱電偶直接插入金屬模具上部的溫度測口。?

所述數據采集單元采用無紙記錄儀；所述無紙記錄儀數據采樣周期是0.1S。?

所述載荷施加單元包括依次連接的梯形絲杠、軸承座、聯軸器和調速電機；所述梯形絲杠通過框型連接機構與“S”型傳感器相連。所述連接螺桿端部安裝有全絲螺桿；所述連接螺桿與試樣模具單元連接處設置有石墨堵頭。?

所述調速電機的輸出軸、框型連接機構、“S”型傳感器、連接螺桿、金屬模具的中心線均位于同一水平線，裝配時的同軸度≤0.15mm。?

一種主動施加載荷條件下鋁合金熱裂測試實驗裝置測試鋁合金熱裂的方法，包括以下步驟：?