Способ определения положения фронта кристаллизации расплава

 

Изобретение относится к измерительной техники и может быть использовано для определения физических характеристик расплава. Пель определение положения фронта кристаллизации в расплаве. Сущность изобретения заключается в том, что перед заливкой расплава в днище формы 4 жестко фиксируют стержень 1, ак другому концу стержня после заливки расплава в форму периодически прикладывают постоянный по величине крутящий момент. По мере продвижения фронта кристаллизации изменяется длина свободного конца стержня и соответственно изменяется угол его поворота, по величине которого определяют положение фронта кристаллизации в форме . 4 ил. ю 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А) (!9) (11) (5)) 4 с 01 N 11/14

1 л ! ъ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3866382/22-02 (22) 11.03.85 (46) 23.11.86. Бюл. Ф 43 (71) Камский политехнический институт (72) N.Ñ.Êîëåñíèêoâ, Л.А .Алабин, И.И.Ишкинеев и Ю.M.Ìåùàíîâ ,(53) 531.717.3(088.8) (56) Баландин Т.Р. Основы теории формирования отливки. — М .: Машиностроение, 1976, т.l с.22.

Авторское свидетельство СССР

Ф 272657, кл. G 01 N ll/14, 1969.

Теллер Ю.А. Материаловедение. М.: Металлургия, 1984, с.79-88. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ

ФРОНТА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ РАСПЛАВА (57) Изобретение относится к измерительной техники и может быть использовано для определения физических характеристик расплава. Цель— определение положения фронта кристаллизации в расплаве ° Сущность изобретения заключается в том, что перед заливкой расплава в днище формы 4 жестко фиксируют стержень 1, a ê дру-. гому концу стержня после заливки расплава в форму периодически прикладывают постоянный по величине крутящий момент. По мере продвижения фронта кристаллизации изменяется длина свободного конца стержня и соответственно изменяется угол его поворота, по величине которого определяют положение фронта кристаллизации в форме. 4 ил.

1272178

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано н литейном производстве и других отраслях промышленности для определения скорости напранленной кристаллизации металлов и сплавов.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

На фиг.l представлена принципиальная схема -устройства для определения скорости направленной кристаллизации отливок; на фиг.2 — график функции изменения абсолютного сдвига от длины упругого элемента 1; на фиг.3график опредепения скорости кристаллизации при постоянной скорости затвердевания; на фиг.4 — то же, при непостоянной скорости кристаллизации.

Схема способа для измерения скорости направленной кристаллизации со. держит упругий элемент 1 (стержень), опоры датчика неподвижную 2 и подвижную 3, форму 4, нагреватель 5 электрический, расплав 6, фройт 7 кристаплизации расплава, затвердевшую отливку 8,кристаллизатор 9,кайал

10 для хладагента, блок 11, трос

12, груз 13, механизм 14 исполнительный, реле 15 времени, стрелку-рычаг

16, шкалу 17 угла поворота, графитовый стержень 18, крышку 19 формы.

Упругий элемент 1, имеющий длину равную высоте отливки Н (высота рабочего пространства формы), нижним концом жестко закреплен на основании формы (в кристаллизаторе). На верхний свободный конец датчика наложен графитовый стержень 18, который помещен в опорах 3. Через стержень

18 на упругий элемент 1 на .участке от 0 до » . передается заданный крутящий момент M с помощью груза 13, рычага 16, тросса 12 и блока Il. Другой конец рычага 16 является указателем шкалы 17,.на которой дана градуировка угла закручивания ср (абсолютный сдвиг). Исполнительный механизм

l4 через реле 15 времени обеспечивает периодическое нагружение упругого элемента 1 заданным крутящим моментом. Упругий элемент 1 изготавливается из кварца или тугоплавкого металла, не имеющего полиморфных превращений при исследуемых температурах кристаллизации отливки. Сечение упругого элемента 1 является прямоугольным с целью избежания его проворачивания в отливке.

Абсолютный сдвиг при кручении упругого элемента определяется следующей зависимостью

М ° (1)

G Е, где 0 — абсолютный сдвиг; длина упругого элемента;

С вЂ” модуль сднига;

Š— полярный момент инерции;

M — крутящий момент.

»р

При неизменном сечении упругого элемента и постоянной температуры

10 выражение (2) Мкр — const

G Ep сЕ-„ = 1 (Ы„) — k (н-h„) (4)

По графику определяется величина слоя закристаллизовавшегося расплава

Ь„ при любом „. Вычисляют скорость

55 кристаллизации.

Оценка скорости кристаллизации необходима как для прогнозирования структуры и свойств отливки, так и

Угол сдвига у в зависимости от длины упругого элемента определяется линейной функцией (фиг.2).

20 q= k* I (3)

Анализ уравнения (1) показывает, что при » =0 угол »р также равен нулю, а при Р»= 0, угол 1 принимает максимальное значение. Длина упругого элемента 0, для удобства экспериментирования выбирается равной высоте отливки Н.

Методика определения скорости направленной кристаллизации отливки по

30 высоте от 0 до Н сводится к определению скорости перемещения фронта направленного затнердевания отливки.На участке от Р„=О до Р, = о упругого элемента по мере продвижения фронта кристаллизации отливки вверх, упру35

11 гий элемент постепенно вморажинается н отливку и изменяет длину свободного конца

1.

Определение в любой момент времени скорости кристаллизации осуществляется следующим образом.

Через равные, строго регламентированные промежутки времени н течение всего периода кристаллизации(ь„) к

45 отливки на нсю ее высоту от 0 до Н, осуществляется измерение угла (f уп-ругого элемента, который в данный период времени полностью от 0 до

11вморозится в отливку. Затем строится график функции

127

2)78

10 для определения неравновесного солидуса и построения термокинетических диаграмм.

Анализ уравнения (4) показывает, что в начальный момент Времени, когда h=O и с, =О, угол (f определяется из выражения 1р = k (Н-О)=k.2,, т.е. соответствует максимальному значению, показанному на тарировочном графике.

В конце затвердевания при

h H угол q равен нулю. А при h=

Н, Н kH 4

= —, g =k(H — -)= — =k -о так как

2 " 2 2 2

Н по условию равно 15

Следовательно, при пос тоянной скорости затвердевания отливки графики функций Cf =k Х и Cl = k (Н-h „) идентичны, представляют из себя прямые линии и накладываются один на дру-20 гой (фиг. 3) .

В данном случае скорость кристаллизациИ определяется иэ соотношения

h„

Вл 5 где R.x — скорость кристаллизации;

h „ — величина, определяемая по графику в интервале от 0 до

Н при известном времени с„

При этом функция h x = К„С„ линей- 30 ная.

Линейный закон кристаллизации является частным случаем. При непрерывной кристаллизации в условиях направленного теплоотвода скорость продвижения фронта кристаллизации изменяется по сложному режиму.

В начальный момент скорость кристаллизации высокая, а по мере уменьшения теплоотвода за счет удаления

40 фронта кристаллизации от кристаллизатора скорость уменьшается.

Поскольку в реальных условиях направленной кристаллизации функция

h R 1, нелинейная, то и соответст4 венно функция q ë =1(Н-hx) тоже нелинейная. В данном случае, чтобы определить толщину закристаллизовавшегося слоя h „ за время с „ (при равномерной шкале времени на участке затвердевания всей отливки от 0 до Н), необходимо в исследуемый момент времени с„(точка А, фиг.4) восстановить перпендикуляр до пересечения с пунктирной линией функции cg =Е(Н-Ь„) (точка Б, фиг.4) затем провести горизонтальную линию до пересечения со сплошной линией функции q =k Г тарировочного графика (фиг.4) и опустить перпендикуляр на ось Н. При этом точка пересечения Н показывает искомую величину h, соответствующую времени

Скорость кристаллизации определяется из выражения (5) .

Предлагаемый способ позволяет построить график распределения скорости направленной кристаллизации отливки на всем протяжении продвижения фронта кристаллизации от 0 до Н.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ определения положения фронта кристаллизации расплава, включающий заливку расплава в форму и замер толщины закристаллиэовавшегося расплава, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, перед заливкой расплава в форму вводят стержень и жестко фиксируют один его конец в днище формы, а к свободному концу стержня после заливки расплава в форму периодически прикладывают постоянный по величине крутящий момент и по изменению угла поворота свободного конца стержня определяют положение фронта кристаллизации расплава.

1272178

1, ни (/ -/1Х) Техред В.Кадар Корректор А.Обручар

Редактор М. Бланар

Заказ 6330/40 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035; Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4