一种金属熔体过热处理的模拟方法和装置与流程
一种金属熔体过热处理的模拟方法和装置与流程
金属熔体过热处理是提高金属制品质量的重要工艺，但现有的研究方法难以同时检测显微组织、导电/热和粘度等重要参数的动态变化。本文介绍了一种创新的金属熔体过热处理模拟方法和装置，能够实现温度、电导率变化、粘度与结晶图像的同步实时监测与获取，为实际生产中过热工艺的优化和提高金属性能提供指导。
背景技术
高温熔炼是规模化生产高品质金属制品的重要方法。金属在液相时的状态会对之后金属的凝固过程及凝固组织有很大影响。熔体过热处理技术是一种利用高温对合金液态结构、预结晶状态、凝固过程进行处理以改善金属的组织、性能和质量的技术。
近年来对熔体过热的研究越来越多，根据变化的因素不同，熔体过热处理通常分为以下四类：
- 简单过热法：将熔化物简单加热到液相线以上的温度。
- 循环过热法：在设定的温度区间内循环升温。
- 热速处理法：控制过热温度、时间和冷却速率。
- 混熔法：融合两种温度不一的合金液体。
然而，现有的研究方法由于在高温过程中不能实时且同时检测显微组织、导电/热和粘度等重要参数的动态变化，协同性较差。因此，亟需相应的研究来获得与实际生产更为接近的研究数据并建立更为可靠的过热处理模式。
技术实现思路
本发明提供了一种金属熔体过热处理的模拟方法和装置，其目的在于提高金属熔体过热处理模拟的真实性和准确性，更为真实地反应出金属熔体过热处理过程中温度参数、熔体粘度、导电率和结晶物变化之间的关系，能有效指导实际工业生产中通过调控温度参数获得理想的金属组织和性能。
模拟方法
根据相似原理构建模拟金属熔体熔化和凝固的模拟装置，向模拟装置中加入传热介质、溶质和溶剂，所述溶质和溶剂通过溶液槽置入所述传热介质中，所述传热介质的液面高度不低于所述溶液槽内液面高度且不高于所述溶液槽顶部高度；
将模拟装置中的传热介质加热至所述溶质的完全溶解温度tm的1-1.1倍，搅拌充分以获得混合均匀的溶液；
将步骤s2获得的溶液冷却至所述溶液凝固温度ts的0.95-1.05倍，以获得含有基本一致形态溶质的混合物；
根据实际工况折算，按照设定的加热速度将步骤s3获得的混合物加热至溶质完全溶解温度tm的1.1倍以上，保温一段时间使其溶解完全，获取模型中的实时电导率和粘度值，并根据电导率的变化控制摄像机进行图像捕捉以获取结晶物的尺寸和溶解速率，所述控制机制按照如下标准进行：
- 当0.95<σ<1时，控制摄像机放大倍数为40-200倍进行拍摄；
- 当0.8<σ≤0.95时，控制摄像机放大倍数为200-500倍进行拍摄；
- 当0.2<σ≤0.8时，控制摄像机放大倍数为500-1000倍进行拍摄；
- 当0.0<σ≤0.2时，控制摄像机放大倍数为1000-2000倍进行拍摄，
其中，σ为电导率，所述电导率需按照将完全溶解的电导率记为1、完全凝固的电导率记为0的标准进行归一化处理；
- 通过统计步骤s4获得的数据，建立所述结晶物尺寸温度参数、粘度和电导率的数学模型，即得。
模拟装置
包括容器、溶液槽、测温仪、粘度仪、电导率仪、数据记录仪、摄像机、搅拌装置，所述容器具有一开口，用于盛装传热介质，所述溶液槽放置于容器内上方，并确保所述传热介质的高度不低于所述溶液槽内溶液的高度，所属搅拌装置位于所述容器内，用于搅拌传热介质，以保证均匀传热，所述测温仪有两个，分别设置于所述容器和所述溶液槽内用于获取传热介质和溶液的温度，所述电导率仪位于所述溶液槽内用于获取所述溶液的电导率，所述粘度仪位于所述溶液槽内用于获取所述溶液的粘度，所述摄像机位于所述溶液槽上方用于拍摄溶质的溶解和结晶状态，所述测温仪、粘度仪、电导率仪和摄像机均与所述数据记录仪电连接或电信号连接，所述电导率仪和摄像机还同时与控制系统电连接。
有益效果
本发明能够实现温度、电导率变化、粘度与结晶图像的同步实时监测与获取，各个检测手段之间互为关联，数据互为辅助和验证；利用电导率敏感度高的优势既可以有效矫正敏感度相对较低的粘度检测仪，使其获得数据更准确的粘度数据。
本发明通过利用电导率的特定变化控制摄像机的参数设置，可使其捕捉到更为清晰和细节的晶体变化规律，避免现有手动调节不及时导致图片清晰度差或没有捕捉到晶体细节生长信息的缺点。
本发明能够真实地还原金属熔体的过热处理行为，并通过获取温度参数、电导率、粘度以及结晶物变化之间的关系，获得的数据更全面更准确，避免了以往检测手段太少，缺乏矫正和相互验证而导致误差较大的缺点，能够有效的指导实际生产工艺中通过调控温度参数，监控电导率、粘度来获得理想的组织和性能。