[发明专利]用于连铸坯凝固收缩量与热裂纹测量的装置

说明书

本发明公开用于连铸坯凝固收缩量与热裂纹测量的装置,该收缩量测量的装置包括工作台,工作台上固设有成型模具,成型模具通过浇道连通浇注系统,成型模具设中空内腔,中空内腔轴向两端设有对中空内腔进行封闭并形成型腔和/或对成型模具进行冷却的冷却系统,两冷却系统其中之一上制有供拉伸杆活动穿入/退出的穿孔,成型模具外周侧包覆有保温装置,成型模具上设有测温装置,若干测温装置电连接固设在基座上的温度记录仪;还包括由旋转臂、驱动装置、应力传感器和拉伸杆组成的应力测量单元,旋转臂通过转轴与工作台活动连接,并能绕转轴90°旋转,驱动装置固设在旋转臂远离转轴的一端上,驱动装置与应力传感器和拉伸杆连接。

技术领域

本发明涉及铸造领域,尤其是用于连铸坯凝固收缩量与热裂纹测量的装置。

背景技术

连铸坯主要的缺陷来自于裂纹，而铸坯中常见的裂纹有热裂(金属凝固过程中产生)和冷裂(金属凝固后继续冷却过程中产生)。前者沿晶界形成并扩展，裂纹曲折而不规则，有时还存在分枝裂纹，裂纹多分布在铸锭糊状区或靠近这些区域；后者多发生在温度较低的弹性状态，裂纹常穿过晶粒内部，路径较为规则，有的冷裂是以热裂为基础转变而来的。其中热裂纹是不论模铸还是连铸生产中最严重的缺陷之一，是制约产品质量提高的一个重要因素。

连铸过程的热裂纹形成于材料的糊状区，同时糊状区的强度和稳定性等流变行为将影响铸造过程中各种缺陷的形成。如与应力有关的热裂、表面裂纹、带状缺陷等，还有缩孔等缺陷的形成也与糊状区强度有关，因此完全熔融和部分熔融金属的流变特性历来受到研究者的关注。它主要是由两种机制相互作用的结果，即已经相互接触固相的变形和枝晶间液相的补缩不足。凝固部分的变形处理较为复杂，因为它依赖于枝晶间的状态，即在微观层面上应力如何传递和释放。连续的液膜向完全凝固的固相转变是渐进的，在凝固枝晶仅部分接触的糊状临界区，应变集中在剩余的糊状晶界处。学者们利用几种典型的试验来表征合金对热裂的敏感性，主要有I型、狗骨状试样、环型、锥形等试样的试验；还有开发较为复杂的系统，如Ackerman设计的由两个水冷铜圆柱体及测试系统组成的实验装置，可以直接将水冷铜圆柱体投入熔融金属中，待圆柱体两个半轴周围形成一定厚度的凝固壳后，将其向两个方向拉伸并实时记录力学数据。该装置的优点是可以准确再现热裂的条件，但有两个缺点:安全性和数据及机理难以解释。还有一些类似拉伸试验装置(适用于合金糊状区)被用来测量固体线性收缩及收缩时产生的应力、施加位移时的应力-应变曲线，以及热裂形成时的应力应变数据。如RAPPAZ等设计的短柄哑铃状的装置，哑铃垂直放置浇铸并通过拉伸哑铃上端进行热裂的测试；DAHLE等设计工字型装置，工字型铸件一端固定，另一端连接拉伸机构及传感器，对铝合金糊状区强度及热裂行为进行研究；王利华等设计类似的装置对铝铜合金的热裂进行测试。以上设计均可在某一角度对于金属凝固过程热裂纹形成过程进行的描述，但是以上装置金属热裂过程基本均通过棒状试样两端受限，靠金属凝固收缩力自行产生热裂纹，同时其冷却过程有别于连铸的冷却过程。连铸坯的冷却凝固过程具有其自身的特点，既铸坯的外表面受到强烈冷却，凝固收缩基本不受机械力的影响，而传统的测试装置及方法均不适于连铸的热裂纹研究。

合金材料热裂无论是实验测试还是原位观察的研究，枝晶搭桥的开始阶段是很重要的，因为它对应于连续的液膜网络和完全凝固的枝晶骨架之间的过渡期，通过枝晶间搭桥的形成而完成凝固过程。其中一个过程为晶粒内桥接，即属于同一晶粒的枝晶臂可在相当高的温度下发生桥接，这一过程使晶粒内部凝固，并成为变形与热收缩的基本单位。其次是小角度晶界进行的合并，从而形成一簇小晶粒团，实现晶粒的长大。这一过程是发生在补缩开始变得困难的凝固阶段，即处于热裂敏感区的初期。对于热裂研究来说确定以上现象出现的温度，进而确定连续固相形成时的临界固相分数，是推进热裂深入研究的基础。

因此,连铸坯的热裂的测定急需开发专用的设备来进行。

发明内容

本发明的解决的技术问题是针对上述现有技术中的存在的缺陷,提供用于连铸坯凝固收缩量与热裂纹测量的装置,该装置模拟连铸坯的强制冷却过程及测定铸坯产生的凝固收缩，并定量分析不同的冷却及拉应力条件下热裂纹产生状态。