低成本铸造热分析系统开发研究

摘要

热分析法是利用冷却曲线记录金属在凝固过程中相变效应的一种能量分析方法。运用热分析法评价金属熔体的质量，具有简便，快速，准确的特点，对提高铸件的质量，降低生产成本有着重要的意义。但目前使用的热分析仪及取样器售价相对较高，阻碍了热分析技术的广泛应用。本文开发了一种模块化、多通道、高精度的热分析系统，设计了制作简单、成本低廉的新型热分析取样器，有效的降低了热分析设备采购和测试的成本。
　　设计了温度补偿模块和信号放大模块，选择精度高、抗干扰能力强的信号采集模块。以visual basic6.0集成软件开发系统为工具编写了热分析测试软件;实现了多通道数据的同步高速采集，采集过程可以通过软件实时监控;采用算术平均中位值法滤波，降低了环境对数据采集过程的干扰;用分段最小二乘线性拟合法将热电偶分度表转换为分段函数，使热电势与温度之间的转化速度和精度得到提高;采用人工识别和数学模型识别两种方式识别特征值，两者互为补充，提高了识别精度。分析了影响系统精度的因素，并通过对工业纯铝进行热分析试验来检测系统的重复性和识别精度。结果表明系统具有较高的测量重复性和较强的抗干扰能力。
　　本文设计了一种复合型热分析取样器，由内衬和外套组成。内衬由干型粘土砂制成，属于一次性消耗品，可通过专门的模具由使用者自己制作;外套由45号钢制成，可以重复使用。通过对冷却曲线进行计算机模拟，并对不同几何尺寸的取样器逐一进行测试，选出了最符合使用要求的几何尺寸。与树脂砂、陶瓷、石墨和金属材质的取样器相比，复合型取样器既保留了导热率低，检测温度高的优点，又克服了制作工艺复杂，成本偏高的缺点。
　　对复合型取样器的测试效果进行了检测，其测试效果与TECTIP取样器基本相同，能够满足实际测试的需要。用该热分析系统对ZL101合金的变质级别进行了预测，其结果与金相观察的结果相符。对QT450合金的球化级别进行了预测，预测结果与用平均金相法获得的结果相符，分析效果良好。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景、目的及意义

1．2 热分析技术的应用及发展

1．2．1 测定灰铸铁的化学成分和力学性能

1．2．2 快速鉴别石墨形态

1．2．3 评定球墨铸铁的球化级别

1．2．4 铝硅合金变质处理效果的评价

1．2．5 铝合金细化处理效果的评价

1．2．6 热分析技术的新发展

1．3 课题主要研究内容

第2章 数据采集处理单元的研制

2．1 系统的设计思想

2．2 硬件系统的设计

2．2．1 硬件系统的总体构成

2．2．2 信号放大模块设计

2．2．3 冷端补偿模块设计

2．2．4 数据采集模块

2．3 数据的采集和处理

2．3．1 数据采集

2．3．2 数据处理

2．4 温度特征值的选取与识别

2．4．1 特征值识别的方法

2．4．2 铝合金冷却曲线金温度特征值的识别

2．4．3 铸铁冷却曲线温度特征值的识别

2．5 系统精度分析

2．5．1 影响系统精度的因素

2．5．2 热分析系统精度的检测

2．6 本章小结

第3章 低成本热分析取样器的研制

3．1 热分析取样器的基本构成及设计依据

3．2 热分析取样器的温度场模拟

3．2．1 铝合金用热分析取样器的温度场模拟

3．2．2 铸铁用热分析取样器的温度场模拟

3．3 取样器结构参数的优选

3．3．1 铝合金用热分析取样器结构参数的优选

3．3．2 铸铁用热分析取样器结构参数的优选

3．4 本章小结

第4章 低成本热分析系统测试效果评价

4．1 取样器测试效果对比

4．2 铸造铝合金变质效果分析

4．2．1 变质级别的定义

4．2．2 实验过程

4．2．3 实验结果及分析

4．3 球墨铸铁球化效果分析

4．3．1 实验过程

4．3．2 实验结果及分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢