液态金属流动性可视化测试装置及基于该装置的测试方法

摘要

液态金属流动性可视化测试装置及基于该装置的测试方法，涉及液态金属流动性的测试装置及基于该装置的测试方法。它解决了现有方法的浇注速度和浇注温度由于不可视导致测试精度低的问题。其装置：CCD摄像机设置在耐高温石英玻璃板的下面，保温浇口杯放置在粘土砂上箱的上方，且其底部的浇口与粘土砂上箱上部的浇道对应。其方法：在流动性测试型腔内注入液态金属，并测量温度；采用CCD摄像机在耐高温石英玻璃的下方拍摄图像，通过计算机分析获得测试结果。本发明适用于测试液态金属的流动性。

说明书

技术领域

本发明涉及液态金属流动性测试装置及基于该装置的测试方法。

背景技术

流动性是液态合金和液态金属的重要铸造性能参数之一，它直接决定液态合金和液态 金属的充型能力。液态合金或液态金属的流动性好，既有利于熔体充满型腔而获得外形完 整的铸件，又有助于铸件凝固期间补缩而获得内部致密的铸件。目前，测量液态合金和液 态金属流动性的方法有很多，如机械测试法、真空充填法、电测法等。其中，机械测试法 是最为常用的测试方法，一般采用湿型粘土砂造型。试验时，将液态合金或液态金属浇入 铸型中，当液态合金或液态金属冷却后，测量试样长度即为熔体的流动性。但是，机械测 试法只能反映液态合金或液态金属流动长度的单一参数，而熔体的流动过程是一个随时间 变化的复杂过程，因此，采用该方法深入研究液态合金或液态金属的流动机理等问题具有 很大局限性。此外，在传统机械测试法应用中，浇注速度和浇注温度多由操作者经验凭经 验控制，浇注条件很难保持相同，测试精度较低。研究浇注速度、温度可控，熔体流动全 过程可视可记的方法及装置，将使液态合金和液态金属流动性评价更为准确、更为具体。

发明内容

本发明是为了解决现有液态金属流动性的测试方法过程中，浇注速度和浇注温度的不 可视导致测试精度低的问题，从而提供一种液态金属流动性可视化测试装置及基于该装置 的测试方法。

液态金属流动性可视化测试装置，它包括CCD摄像机、流动性测试型腔、保温浇口 杯、温度传感器和计算机，流动性测试型腔由耐高温石英玻璃板和粘土砂上箱组成；所述 粘土砂上箱的底面固定在耐高温石英玻璃板上；CCD摄像机设置在耐高温石英玻璃板的 下面，且CCD摄像机的拍摄面朝向耐高温石英玻璃板，保温浇口杯放置在粘土砂上箱的 上方，且保温浇口杯底部的浇口与粘土砂上箱上部的浇道对应；温度传感器用于采集保温 浇口杯内液态金属的温度，所述温度传感器的温度信号输出端与计算机的温度信号输入端 连接；CCD摄像机的图像信号输出端与计算机的图像信号输入端连接。

基于上述装置的液态金属流动性可视化测试方法，它由以下步骤实现：

步骤一、在流动性测试型腔内注入液态金属；所述流动性测试型腔由采用粘土砂制作 的上箱和耐高温石英玻璃组装构成；

步骤二、采用温度传感器采集注入流动性测试型腔内的液态金属的温度，并将所述温 度信号发送给计算机；

步骤三、采用CCD摄像机在耐高温石英玻璃的下方拍摄流动性测试型腔内液态金属 的图像；

步骤四、采用计算机显示步骤获得的温度值，并对步骤三获得的图像进行处理，获得 并显示流动性测试型腔内液态金属的瞬时流速、瞬时流长和最终流长，并作为测试结果， 从而实现液态金属流动性的可视化测试。

有益效果：本发明采用成像方法实现动态可视化测量液态金属的流动性，相比于传统 的熔体流动性测试方法，本发明实现了熔体充型全过程可视化记录，并能够通过计算机实 现浇注温度及速度的可靠控制，液态金属流动性测试的精度较高。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，液态金属流动性可视化测试装置， 它包括CCD摄像机1、流动性测试型腔3-1、保温浇口杯4、温度传感器4-2和计算机5， 流动性测试型腔3-1由耐高温石英玻璃板2和粘土砂上箱3组成；所述粘土砂上箱3的底 面固定在耐高温石英玻璃板2上；CCD摄像机1设置在耐高温石英玻璃板2的下面，且 CCD摄像机1的拍摄面朝向耐高温石英玻璃板2，保温浇口杯4放置在粘土砂上箱3的 上方，且保温浇口杯4底部的浇口与粘土砂上箱3上部的浇道对应；温度传感器4-2用于 采集保温浇口杯4内液态金属的温度，所述温度传感器4-2的温度信号输出端与计算机5 的温度信号输入端连接；CCD摄像机1的图像信号输出端与计算机5的图像信号输入端 连接。

具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一所述的液态金属流动性可视化测 试装置的区别在于，它还包括石墨塞棒4-3和升降装置，所述石墨塞棒4-3位于保温浇口 杯4中，用于封闭保温浇口杯4底部的浇口，所述石墨塞棒4-3的一端与升降装置连接， 所述升降装置用于带动石墨塞棒4-3做升降运动。

本实施方式中，采用计算机控制升降装置做升降运动。

工作原理：本发明中将耐高温石英玻璃板2用作下箱，用粘土砂制作流动性试样的上 箱，并将上箱合于下箱(耐高温石英玻璃板)之上，从而形成测试流动性用试样型腔；型 腔一端连接直浇道，另一端连接冒口，与大气相通；在下箱(半永久型耐高温石英玻璃板) 的下部安装CCD摄像机1，用作液态金属流动全过程的实时成像和记录；在上箱之上安 放保温浇口杯4，并使保温浇口杯4的浇口与上箱的直浇道对齐，以便使液态金属顺利浇 入型腔内；将液态金属浇入保温浇口杯中，并通过温度传感器监测液态金属的温度；

当保温浇口杯4中的液态金属的温度达到预定浇注温度时，打开浇口杯底部浇口，熔 体自动浇入流动性试样型腔；

计算机5包括视频采集卡5-1、数据采集卡5-2、I/O输出卡5-3等。在计算机的控制 下，液态金属的流动情况经CCD摄影机1自动记录，并由计算机5显示，同时计算机5 自动分析流动过程中液态金属的瞬时流速、瞬时流长和最终流长。

具体工作过程为：首先，将用粘土砂制作好的上箱3安放在半永久型耐高温石英玻璃 板2上，再将保温浇口杯4安放在粘土砂上箱3上；接着，开启计算机5，石墨塞棒4-3 将浇口杯4底部的浇口4-1密封；然后，将液态金属浇入保温浇口杯4中，温度传感器 4-2的输出信号经数据采集卡5-2传送至计算机5，当液态金属的温度达到计算机5的预 设值时，通过I/O输出卡5-3提起石墨塞棒4-3，液态金属自动浇入型腔3-1中，其流动 情况由CCD摄像机1监测，并经视频采集卡5-1传至计算机5，进行图像采集和流动特 性参数计算。

具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式一或二所述的液态金属流动性可视 化测试装置的区别在于，流动性测试型腔为螺旋形型腔、直棒形型腔或蛇形型腔中的一种。

具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式三所述的液态金属流动性可视化测 试装置的区别在于，耐高温石英玻璃板2为半永久型，它的制备方法为：采用表面光滑的 高纯度石英玻璃经去应力退火处理后获得。

具体实施方式五、本具体实施方式与具体实施方式一、二或四所述的液态金属流动性 的可视化测试装置的区别在于，保温浇口杯4是高纯石墨材质制成的保温浇口杯。

本实施方式中，保温浇口杯4采用纯度99.5％的石墨制作，下部为漏斗形。

具体实施方式六、本具体实施方式与具体实施方式五所述的液态金属流动性可视化测 试装置的区别在于，温度传感器4-2为铂铑10-铂热电偶。

本实施方式中适用于液态金属为钢铁类高熔点合金。

具体实施方式七、本具体实施方式与具体实施方式八所述的液态金属流动性可视化测 试装置的区别在于，温度传感器4-2为镍铬-镍硅热电偶。

本实施方式中适用于铝合金等较低熔点合金。

具体实施方式八、基于具体实施方式一的液态金属流动性可视化测试方法，它由以下 步骤实现：

步骤一、在流动性测试型腔内注入液态金属；所述流动性测试型腔的下箱为耐高温石 英玻璃；

步骤二、采用温度传感器采集注入流动性测试型腔内的液态金属的温度，并将所述温 度信号发送给计算机；

步骤三、采用CCD摄像机在耐高温石英玻璃的下方拍摄流动性测试型腔内液态金属 的图像；

步骤四、采用计算机显示步骤二获得的温度值，并对步骤三获得的图像进行处理，获 得并显示流动性测试型腔内液态金属的瞬时流速、瞬时流长和最终流长，并作为测试结果， 从而实现液态金属流动性的可视化测试。

本实施方式中，通过连续拍摄的多幅图像，在每幅图像中计算其瞬时流长，相邻两个 瞬时流长的差除以获得图像的时间，获得瞬时流速；在最终图像中，计算获得最终流长。

具体实施方式九、本具体实施方式与具体实施方式八所述的液态金属流动性可视化测 试方法的区别在于，液态金属为铝合金。

本实施方式中，液态金属为铝合金等较低熔点合金时采用镍铬-镍硅热电偶。

具体实施方式十、本具体实施方式与具体实施方式一所述的液态金属流动性可视化测 试方法的区别在于，液态金属为钢铁合金。

本实施方式中，液态金属为钢铁类高熔点合金时温度传感器4-2采用铂铑10-铂热电 偶。