Способ определения положения фронта кристаллизации расплава

.М.Мещанов88.8) ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Камский политехнический инсттут(56) Баландин Т.Р. Основы теории формирования отливки. - М .: Машиностроение, 1976, т.1 с.22.Авторское свидетельство СССР 9 272657, кл. С 01 Н 11/14, 1969,Теллер Ю.А. Материаловедение.М,: Металлургия, 1984, с.79-88.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯФРОНТА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ РАСПЛАВА(57) Изобретение относится к измерительной техники и может быть использовано для определения физических характеристик расплава. Цель -определение положения фронта кристаллизации в расплавеСущность изобретения заключается в том, что передзаливкой расплава в днище формы 4жестко фиксируют стержень 1, ак другому концу стержня после заливки расплава в форму периодически прикладывают постоянный по величине крутящиймомент. По мере продвижения фронтакристаллизации изменяется длина свободного конца стержняи соответственно изменяется угол его поворота,по величине которого определяют положение фронта кристаллизации в форме4 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано н литейном производстве и других отраслях промьппленности для определения скорости напранленной кристаллизации металлов и сплавов.Цель изобретения - повышение точности измерения.На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства для определения скорости направленной кристаллизации отливок; на фиг.2 - график Функции изменения абсолютного сдвига ц от длины упругого элемента 1; на Фиг.3- график 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 длинуравную 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 О до 2 передается заданный крутящий момент М с помощью груза 13, рычага 16, тросса 12 и блока 11. Другой конец рычага 16 является указателем шкалы 17,.на которой дана градуировка угла закручивания Р (абсолютный сдвиг). Исполнительный механизм 14 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 зависимостьюМР0(1)СЕРгде Ю - абсолютный сдвиг;длина упругого элемента;С - модуль сднига;Е - полярный момент инерции;М - крутящий момент.рПри неизменном сечении упругого элемента и постоянной температуры 1 О выражение(2) МхР- сопв 1 С Ер Ю- = М Г) - 1 с (Н-Ь). (4)По графику определяется величинаслоя закристаллизовавшегося расплаваЬ при любом ь. Вычисляют скорость5 кристаллизации.Оценка скорости кристаллизациинеобходима как для прогнозированияструктуры и свойств отливки, так и Угол сдвига у в зависимости отдлины упругого элемента определяетсялинейной Функцией (Фиг.2).20 = 1 с Х (3)Анализ уравнения (1) показывает,что при =О уголтакже равен нулю,а при = 0, угол ц принимает максимальное значение. Длина упругого 25 элемента 11, для удобства экспериментирования выбирается равной высотеотливки Н.Методика определения скорости направленной кристаллизации отливки по 30 высоте от О до Н сводится к определению скорости перемещения фронта направленного затнердевания отливки.Научастке от Р=О до 0, = о упругогоэлемента по мере продвижения фронтакристаллизации отливки вверх, упругий элемент постепенно вморажина 11ется 1 н отливку и изменяет длину свободного конца3.Определение в любой момент времени скорости кристаллизации осуществляется следующим образом.Через равные, строго регламентированные промежутки времени н течение всего периода кристаллизации(ь) 45 отливки на нсю ее высоту от О до Н,осуществляется измерение углауп"ругого элемента, который в данныйпериод времени полностью от О до11 вморозится в отливку, Затем строится график Функции127 1 О для определения неравновесного солидуса и построения термокинетическихдиаграмм.Анализ уравнения (4) показывает,что в начальный момент Времени, когда Ь=О и с =О, угол Ц определяется из выражения Ч= 1 с (Н)=1 с 2т.е. соответствует максимальному значению, показанному на тарировочномграфике.В конце затвердевания при сЬ=Н уголравен нулю. А при Ь=2,-- , Ц =1 с(Н - -) ==1 с -о так как2" 2 2 2Н по условию равно 15Следовательно, при постоянной скорости затвердевания отливки графикифункций ( =1 с 1 и Ц= 1 с (Н-Ь)идентичны, представляют из себя прямые линии и накладываются один на дру-Югой (фиг. 3),В данном случае скорость кристаллизациИ определяется иэ соотношенияЬКл ) (5)где К - скорость кристаллизации;Ь- величина, определяемая пографику в интервале от О доН при известном времени сПри этом функция Ь= КС линейная.Линейный закон кристаллизации является частным случаем. При непрерывной кристаллизации в условиях направленного теплоотвода скоростьпродвижения фронта кристаллизации изменяется по сложному режиму.В начальный момент скорость кристаллизации высокая, а по мере уменьшения теплоотвода за счет удаления40фронта кристаллизации от кристаллизатора скорость уменьшается.Поскольку в реальных условиях направленной кристаллизации функцияЬ=Кнелинейная, то и соответст 2 184венно функция (л =1(Н-Ь) тоже не.линейная. В данном случае, чтобы определить толщину закристаллизовавшегося слоя Ьза время с (при равномерной шкале времени на участке затвердевания всей отливки от О до Н), необходимо в исследуемый момент времени с(точка А, фиг.4) восстановить перпендикуляр до пересечения с пунктирной линией функции Ч=Е(Н-Ь) (точка Б, фиг.4) затем провести горизонтальную линию до пересечения со сплошной линией функции Ч =1 Г тарировочного графика (фиг.4) и опустить перпендикуляр на ось Н. При этом точка пересечения Н показывает искомую величину Ь , соответствующую времениСкорость кристаллизации определяется из выражения (5).Предлагаемый способ позволяет построить график распределения скорости направленной кристаллизации отливки на всем протяжении продвижения фронта кристаллизации от О до Н.Формула изобретенияСпособ определения положения фронта кристаллизации расплава, включающий заливку расплава в форму и замер толщины закристаллиэовавшегося расплава, о т л и ч а ю щ и й с я 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.1 иг. 3 ми ехред В.Еад дакто лан ректор А.Обруч Заказ 6330/4 афическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная оизводственно Тираж 77 НИИПИ Государственног по делам изобретен 13035; Москва, Ж, РПодписноекомитета СССРи открытийушская наб., д, 4/