专利名称：铸造合金冷裂应力测定仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到铸造合金性能测试领域。
任何铸件在凝固和随后冷却中伴随着收缩总要产生应力，该应力的大小视合金的种类、铸件的形状以及铸型的退让性而异。当应力超过铸件在凝固过程中逐步建立起来的强度时，就要发生裂纹或断裂，通常把在高温段发生的裂纹或断裂称为热裂，而把铸件通过塑——弹转变温度后产生的裂纹或断裂称为冷裂。在已有技术中，为测某种合金的热裂应力多采用单向拉伸装置，而测冷裂应力时多采用应力框法。应力框法是一种可直接测定试样的残留应力的方法，通过所测得的残留应力再来判断合金的冷裂倾向，因此，这种方法是一种不能定量的间接的测试方法，为了改进这种方法，在试样上贴应变片，这样虽然能测出应力的动态变化过程，但不能保证试样肯定会发生冷裂；即不能测出绝大多数合金的冷裂应力。而单向拉伸装置目前多用来测定合金的热裂，这种方法由于其加载速度很难与待测合金的收缩过程相吻合，往往测得的热裂应力受其施加载荷大小和速度的影响，不能真实地反应合金本身的性能。用这种方法来测定冷裂应力也会产生同样的问题。目前，对测出不同条件下铸件的冷裂应力尚无一种较好的办法，生产单位多采用一些工艺措施如打箱早晚、调整型芯的退让性等来避免冷裂发生。因此，迫切需要能有一种可测量铸造合金冷裂应力大小的仪器，这不仅可大大简化研究过程，并可减少因冷裂造成的废品。
为了解决已有技术对测定铸造合金冷裂应力方法和设备的不足，为简化生产研究过程，本实用新型特提供一种按合金收缩特性加载并保证测试试样发生冷裂的条件下进行应力测试的一种装置，这种装置称之为铸造合金冷裂应力测定仪。
本实用新型的基本组成是由长方形刚性框架〔1〕、底座〔6〕、热电偶〔2〕、线收缩量测量装置〔5〕和记录显示装置〔4〕所组成。其特征在于，它还包括一个铸造合金冷裂应力测定装置〔3〕，进一步的特征是，其刚性框架是由两根相互平行的上横梁〔10〕和下横梁〔15〕及两块相互平行的右侧板〔11〕和左侧板〔16〕，并通过紧固件连接的刚性结构。其底座〔6〕是一个根据要求用钢板煨成一定尺寸和形状的长方形板面而固定在刚性框架的底部。其铸造合金应力测定装置〔3〕主要是由砂箱〔8〕，试样〔9〕，拉力传感器〔18〕，热电偶〔2〕及用来固定试样〔9〕两端的是接手〔21〕和堵头〔12〕，用来连接拉力传感器〔18〕一端的卸载螺栓〔17〕所组成，而拉力传感器〔18〕另一端则与接手〔21〕相接，堵头〔12〕与卸载螺栓〔17〕分别紧固在刚性框架〔1〕的右侧板〔11〕与左侧板〔16〕上，并且堵头〔12〕、试样〔9〕、接手〔21〕、拉力传感器〔18〕、卸载螺栓〔17〕在同一轴线上保持刚性连接。与铸造合金应力测定装置〔3〕并行排列在底座〔6〕另一侧的是线收缩量测定装置〔5〕，它主要是由与试样〔9〕用的同一个砂箱〔8〕，试棒〔22〕，百分表〔23〕及与刚性框架〔1〕固定的连接件所组成。记录显示装置〔4〕是一个将记录显示冷裂力、纪录显示冷却温度、纪录显示自由线收缩量的组合装置。其测冷裂应力时所用试样〔9〕和测线收缩量用试棒〔22〕的轴线皆平行于刚性框架上横梁〔10〕和下横梁〔15〕，铸造合金冷裂应力测定装置〔3〕是安装在底座〔6〕的一侧并平行于上、下横梁，它的一端是安装在底座〔6〕上的砂箱〔8〕，用堵头〔12〕与右侧板〔11〕固定(此端称为静端)，另一端是通过连接拉力传感器〔18〕用卸载螺栓〔17〕与左侧板〔16〕固定。试样〔9〕和试棒〔22〕就是在该砂箱〔8〕内成型的。与铸造合金冷裂应力测定装置〔3〕平行排列的是线收缩量测量装置〔5〕，沿线收缩试棒〔22〕的轴向装有百分表〔23〕。其铸造合金冷裂应力测定装置〔3〕更进一步的特征在于，试样〔9〕的静端(即靠近右侧板〔11〕的一端)，通过堵头〔12〕固定在刚性框架的右侧板〔11〕上。另一端通过接手〔21〕与拉力传感器〔18〕刚性连接，而拉力传感器〔18〕的另一端，通过卸载螺栓〔17〕被固定在刚性框架的左侧板〔16〕上。为固定试样〔9〕的两个端头，把堵头〔12〕和接手〔21〕在与试样〔9〕相接处设计有豁口〔14〕、连接接手〔21〕和拉力传感器〔18〕的光轴〔20〕，可以自由通过支承板上的孔〔19〕，拉力传感器〔18〕的另一端通过螺帽和螺杆与卸载螺栓〔17〕相连，卸载螺栓〔17〕兼起紧固作用。为确保各种合金发生冷裂，试样〔9〕采用带有细颈状，其尺寸可采用细颈处为φ10×20，其余部分为φ20×380，试样〔9〕的两个端头在通过浇口〔7〕进行浇注时，液态合金进入豁口〔14〕，当它冷凝时而被卡在其中，豁口〔14〕起到了拉伸时的夹头作用。测量时，由于合金收缩而对拉力传感器〔18〕产生的拉力除以细颈处的断面积即为冷裂应力，它可通过纪录显示器〔4〕把力显示出来，为了捕捉发生冷裂时的温度，在靠近试样〔9〕细颈中央的砂型处，预埋有热电偶〔2〕，为研究合金的收缩特性与应力的关系而设置了线收缩量测量装置〔5〕。
附图的图面说明如下
图1是本实用新型各组成部分的相对关系俯视位置示意图；图2a是铸造合金冷裂应力测定仪外形图的正视示意图；图2b是铸造合金冷裂应力测定仪外形图的俯视示意图；图2c是铸造合金冷裂应力测定仪外形图的侧视示意图；图3是铸造合金冷裂应力测定装置结构示意图4a是豁口〔14〕的正剖视结构示意图；图4b是豁口〔14〕的侧视结构示意图；图5是本实用新型示值示意图；图6是本实用新型实施例用样模示意图。
下面将各附图分别加以具体的说明图1是本实用新型各组成部分的相对关系俯视位置示意图。
于固定在刚性框架〔1〕下方的底座〔6〕一侧上的铸造合金应力测定装置〔3〕，其轴线平行于与它并排的线收缩量测量装置〔5〕的轴线，纪录显示装置〔4〕是安设在刚性框架〔1〕的上方，为了测量冷裂温度，还设立了热电偶〔2〕于砂箱上方。
图2a是铸造合金冷裂应力测定仪外形图的正视示意图，图2b是铸造合金冷裂应力测定仪外形图的俯视示意图，图2c是铸造合金冷裂应力测定仪外形图的侧视示意图。
刚性框架是由两根相互平行的上横梁〔10〕和下横梁〔15〕与两块相互平行的右侧板〔11〕和左侧板〔16〕，通过紧固件连接起来的刚性结构。纪录显示装置〔4〕是安装在刚性框架的上方，底座〔6〕是安装在刚性框架的下方，底座〔6〕在靠近右侧板〔11〕一端安装有砂箱〔8〕，底座〔6〕一侧安装有铸造合金冷裂应力测定装置，另一侧则安装有线收缩量测量装置，砂箱〔8〕中的试样〔9〕及试棒〔22〕是通过同一个浇口〔7〕浇注，通过热电偶〔2〕测温的，其试样〔9〕与试棒〔22〕的轴线是相互平行的，并同时平行于上横梁及下横梁的轴线。铸造合金应力测定装置中的拉力传感器装在试样〔9〕的轴线上，测线收缩量用的百分表〔23〕装在试棒〔22〕的轴线上。铸造合金应力测定装置的一端是用堵头〔12〕固定在刚性框架的右侧板〔11〕上，另一端用卸载螺栓〔17〕固定在刚性框架的左侧板〔16〕上。
图3是铸造合金冷裂应力测定装置结构示意图。
铸造试样〔9〕用的砂箱〔8〕是安装在底座〔6〕与框架右侧板〔11〕的相连接的一端，试样〔9〕的一端是通过堵头〔12〕与框架的右侧板〔11〕相连，其另一端通过接手〔21〕与拉力传感器〔18〕的一端相连，而拉力传感器〔18〕的另一端是通过连接件用卸载螺栓〔17〕与左侧板〔16〕连接，各个连接过程都应是刚性的，并要保证在同一轴线上。连接接手〔21〕与拉力传感器〔18〕的光轴〔20〕，可以自由通过支承板上的孔〔19〕。堵头〔12〕上的豁口〔14〕和接手〔21〕上的豁口〔14〕，是伸进砂箱〔8〕里而与试样〔9〕的两端头相接的。试样〔9〕的细颈处设有测温用的热电偶〔2〕，浇口〔7〕设在砂箱〔8〕的上方，为了防止试样〔9〕的热量传至拉力传感器〔18〕而影响测量精度，可在铸造合金应力测定装置的接手〔21〕处，设有水冷装置。
图4a是豁口〔14〕的正剖视结构示意图。图4b是豁口〔14〕的侧视结构示意图。
豁口〔14〕是一个带有半圆形的凹槽〔26〕结构，试样〔9〕的端头正好卡在凹槽〔26〕之中，当不需要试样时，试样〔9〕的端头可以从凹槽〔26〕的上方开口处取下。
图5是本实用新型示值示意图。
图中纵座标为温度(℃)，冷裂力(N)自由线收缩量(mm)，横座标为时间(τ)。可以看出冷却曲线〔a〕随时间(τ)的延长，温度(℃)是逐步下降的，而冷裂试样所示的力值曲线〔b〕和试棒自由线收缩量曲线〔c〕都是随时间(τ)的延长逐渐升高的，在某一时刻，即发生冷裂的时刻(f)时，在纪录显示装置上，可同时显示出对应的温度点①，冷裂力点②，线收缩量点③的数值都在纵座标轴上读出。
图6是本实用新型实施例用样模示意图。
金属样模由两部组成，即带细颈的左半模〔24〕与带孔的右半模〔25〕两部分，造型时，两个半模是通过砂箱〔8〕的定位孔〔13〕而插进砂箱〔8〕中，并把左半模〔24〕的细颈插入右半模〔25〕的孔中，对正后造型，造型完毕后分别再从定位孔〔13〕中取出来。
铸造合金发生冷裂时，其自由线收缩量的大小，是造成冷裂的重要因素之一，如何测得发生冷裂时刻该冷裂试样的自由线收缩量，由于该冷裂试样是受阻收缩，它是无法回答此时刻试棒自由线收缩量的多少，本实用新型采用双试样(棒)法得到了很好的解决，用同一个外浇口砂箱，相同结构尺寸的两根试样(棒)，相同的造型工艺条件，测量发生冷裂时刻自由线收缩量就是由试棒所测得的量，这就是本实用新型较已有技术最突出优点，不仅在于它可测出冷裂(断)时的应力和此刻的温度，而且还可同时测出对应的线收缩量。
本实用新型的分辨力为0.1kg／mm2本实用新型的具体实施例如下实施例1测量A1－27％Si合金的冷裂应力，发生冷裂时的温度及在该温度下的线收缩系数。
第一步就是造型。
首先从铸造合金冷裂应力测定仪上取下砂箱〔8〕，置于造型平台上，将试样〔9〕和试棒〔22〕的左半模〔24〕和右半模〔25〕分别穿过砂箱上的定位孔〔13〕，将左半模〔24〕的细颈一部分插入右半模〔25〕的孔中，并使样模的细颈留出长为20mm，对正中心再将其固定在砂箱〔8〕上，然后填砂造型，待填砂高度达到即将覆盖样模时，把热电偶〔2〕的端点紧紧贴在样模的细颈处的表面，继续填砂造型，并注意不得用力锤击样模的正上方，以防轴线偏离要求位置，造型完毕后，分别从砂箱〔8〕上的定位孔〔13〕抽出左半模〔24〕与右半模〔25〕，再将砂箱〔8〕放到铸造合金冷裂应力测定仪上原先的定位处，之后，再把予先在豁口〔14〕内表面涮上绝热涂料的堵头〔12〕和接手〔21〕，通过砂箱定位孔〔13〕插进砂箱〔8〕，并将堵头〔12〕紧固在刚性框架的右侧板〔11〕上，同时，将接手〔21〕与拉力传感器〔18〕连接后，通过螺帽和螺杆，再用卸载螺栓〔17〕将拉力传感器〔18〕固定在刚性框架的左侧板〔16〕上。
第二步是测前准备。
接通电源首先调整好纪录显示装置〔4〕，使其4笔x－y函数纪录仪指示为零，同时也调正好其他测试指示部分，都处于工作状态，接通冷却用循环水。
第三步是浇注。
浇注是将待测合金即A1－27％Si在890℃时浇入浇口〔7〕中。
第四步是开机测试。
这一步是在浇注完毕即浇满铸型后立即进行的，启动x－y纪录仪，随着温度的下降纪录下收缩时，通过拉力传感器〔18〕在纪录显示装置〔4〕显示的力，通过百分表〔23〕显示的收缩量和通过热电偶〔2〕显示的冷却温度。测试完毕，取下砂箱〔8〕，准备下次再造型。
测量该合金时所采用的拉力传感器是BLR－1／2000型，测出的冷裂应力为38N／mm2，发生冷裂温度为362℃，线收缩系数为1.03％。
实施例2测试灰口铁HT15－33的冷裂应力，冷裂温度与线收缩系数，选用拉力传感器〔18〕为BLR－1／5000型，浇注温度为1290℃，测试各步骤均同实施例1。测出的冷裂应力135N／mm2，冷裂温度为350℃，线收缩系数为1.01％。
实施例3测孕育铸铁的冷裂应力，冷裂温度与线收缩系数，选用拉力传感器〔18〕型号为BLR－1／5000，测试各步骤均同实施例1。测试结果是冷裂应力为240N／mm2，冷裂温度为200℃，线收缩系数为1.31％。
权利要求1.一种铸造合金冷裂应力测定仪是由刚性框架[1]、底座[6]、线收缩量测量装置[5]、纪录显示装置[4]和测温用的热电偶[2]所组成，其特征在于，它还包括一个由处在砂箱[8]内的试样[9]和与试样[9]在同一轴线上的接手[21]、拉力传感器[18]以及与右侧板[11]相固定的堵头[14]、与左侧板[16]相固定的卸载螺栓[17]所组成的铸造合金冷裂应力测定装置[3]。
2.根据权利要求1所述的铸造合金冷裂应力测定仪，其特征在于，铸造合金应力测定装置〔3〕的轴线与线收缩量测量装置〔5〕的轴线是相互平行的。
3.根据权利要求1所述的铸造合金冷裂应力测定仪，其特征在于，铸造合金冷裂应力测定装置〔3〕所用试样〔9〕是一个带有细颈的试样，其热电偶〔2〕的端点就安设在试样〔9〕的细颈处，并与该处的试样表面相接触。
4.根据权利要求1或3所述的铸造合金冷裂应力测定仪，其特征在于，铸造合金冷裂应力测定装置〔3〕，所用试样〔9〕其两端分别处在堵头〔12〕的豁口〔14〕和接手〔21〕的豁口〔14〕之中。
5.根据权利要求1或2所述的铸造合金冷裂应力测定仪，其特征在于，铸造合金应力测定装置〔3〕所用试样〔9〕与线收缩量测量装置〔5〕所用试样〔22〕采用同一砂箱〔8〕、同一浇口〔7〕。
6.根据权利要求1或3所述的铸造合金冷裂应力测定仪，其特征在于，铸造合金冷裂应力测定装置〔3〕与刚性框架左侧板〔16〕相连接的是一个卸载螺栓〔17〕。
专利摘要铸造合金冷裂应力测定仪采用刚性框架结构，框架中央装有按合金收缩特性自动加载的测力系统。为捕捉发生冷裂时的温度本仪器设有测温系统，为研究冷裂与收缩之间的关系，附设了线收缩测试系统。该仪器适用于测定各种铸造合金的冷裂应力，尤其对白口铁、冷硬铸铁、灰口铁、球墨铸铁以及各种耐磨耐热耐蚀等脆性较大的材料更为有效。该仪器的分辨能力为0.1kg/mm
文档编号G01L5/00GK2068677SQ90202060
公开日1991年1月2日 申请日期1990年2月23日 优先权日1990年2月23日
发明者陈光昀, 刘顺华, 赵维俊, 刘旭麟 申请人:大连理工大学