在职研究生论文栏目提供最新在职研究生论文格式、在职研究生论文硕士论文范文。详情咨询QQ:4006227154

在职研究生论文:负压回升速率法铝合金熔体含气量检测装置

论文编号:lw201705260918443313 所属栏目:在职研究生论文 发布日期:2018年02月07日 论文作者:无忧论文网

第 1 章 绪论


1.1 本课题研究目的及意义

铝在地球上的蕴藏量排在金属中的第 1 位[1],其比重小,铝熔点低,易成型,在铸造行业中的航空航天、汽车、机械制造等应用广泛。随着铝及其合金应用的增加,对其质量要求也越高,为了获得高质量的铝合金制品,控制其铸造工艺,并且提高其铸件的质量将是首要环节。

.............................


1.2 国内外研究现状

检测铝合金熔体含氢量的方法众多,目前生产中应用较多的是减压凝固法、第一气泡法、惰性气体携带法、直接测压法和浓差电池法等[9-10]。这些方法中多数基于 Sievert 定律,即通过检测铝合金熔体氢分压来计算熔体氢含量。为了计算氢分压,众多测氢方法都是通过各种手段让氢扩散到某一特定装置内,然后在扩散达到平衡时,检测此装置内氢分压,即为熔体内氢分压。而要达到扩散平衡是一个缓慢的过程,因此测试时间普遍较长,不能达到快速测氢的目的。

.............................


第 2 章 铝合金熔体的测氢原理


2.1 铝合金中氢的来源及存在形式

相对于其他气体,氢几乎是唯一大量溶于铝合金熔体中的气体。氢在固态铝中的溶解度很小,在液态铝中溶解度很大,并且随着温度的升高,溶解度逐渐增大[44-46],并且氢在铝熔化过程中的最大溶解度约为 1 mL/100gAl,在温度过高(高于 750 ℃)时,氢的溶解度会更多。如表 2-1 所示。

.............................

2.2 铝合金熔体中氢的溶解和析出

影响铝液中氢的溶解和扩散主要有两个因素,分别是热力学因素和动力学因素。从热力学角度看,大气中的氢分压相对于铝合金熔体中的氢分压是非常低的,则溶解在铝液中的氢源自是十分不稳定的,随着温度及相的变化,溶解在铝液中的氢就会有向大气中扩散的趋势。

.............................


第 3 章 负压回升速率法测氢装置的研制....................17

3.1 测氢装置的总体设计...........................17

3.2 真空系统设计...................................18

第 4 章 负压回升速率法测氢装置的实验测试........................32

4.1 真空系统漏气率的检测.........................32

4.2 温度与压力的校准.............................33



第 4 章 负压回升速率法测氢装置的实验测试


4.1 真空系统漏气率的检测

常用铝合金熔体中的氢含量在 0.1-0.5 mL/100g Al 左右,根据 Sievert 定律可粗略估算铝合金熔体表面平衡氢分压为 10 kPa 级,要求比较高。因此,该装置的测量精度要高,气密性要好。为保证装置气密性良好,在正压和负压情况下做了检测试验。只有装置中压力传感器所测得的压力在真空情况下保持长时间不变,这样才能保证测量结果的准确可靠。

.............................


4.2 温度与压力的校准

铝合金熔体温度是系统通过热电偶,然后通过冷端补偿方法测到的,影响温度的主要因素就是热电偶的灵敏度,影响温度测量精度的最主要的因素是所使用的热电偶的灵敏度。而校准温度可以选用高精度的电位差计,此校准方法就是通过系统热电偶所测得温度与高精度电位差计所测得的温度进行对比,如表 4-3 所示,在相同条件下,通过两种方式测得的铝合金熔体温度。


.............................


结论

本文通过研究国内外现有的测氢装置后,以负压回升速率法为测氢原理,提出了一种新的测氢方法-负压回升速率法,研制出负压回升速率法测氢装置,通过实验与研究,得出以下结论:1. 本文提出一种新的测氢方法-负压回升速率法,通过测量铝液中的氢向真空气室扩散的速率来计算铝液的含氢量,无需等待氢气扩散平衡,缩短了测量时间。2. 本实验优化设计出了   40  200mm 的真空缓冲室,以及   4 mm 3m的管路,经实验证明真空缓冲室与管路的选择与设计对实验结果无影响。3. 研制了一种耐高温、“透气不透液”的简单且价格低廉的稳定探头,通过透气性实验,证明了探头的良好的透气性、可实用性。4. 以负压回升速率为原理,设计负压回升速率法测氢装置,此装置包括硬件和软件两部分,不仅可实现合金熔体氢含量的测试,也可实现不同氢含量熔体的配置,并通过对气路的控制,选择了可自动控制的电磁阀、继电器、模拟量输入输出模块、转换接口等元件,实现了装置的可自动化控制。5. 对负压回升速率法测氢装置进行的正压及负压气密性检测、温度及压力校准等实验,证明了测氢装置满足要求。通过对该装置进行的标定与测氢试验,证明了负压回升速率法实验的可行性,并与减压凝固装置做了对比实验,测量结果在趋势上基本保持一致,验证了实验的准确性及装置的可靠性。

参考文献(略)