半固态合金软度检测系统设计与应用

　　半固态合金坯料二次加热状态控制是半固态触变成形工艺的关键环节。为了实现金属半固态坯料固相分数的精确控制，现在正在开发的检测技术主要有热电偶直接测温法、尖针侵入法、加热能量测量法、声压法等。实际工业生产中热电偶测温法受到很多限制，而尖针侵入法具有直观、准确、简单的优点[1]。Flemings[2~4]最早采用尖针侵入法，开发出了实验室用软度指示器，但是目前国内尚未有采用侵入法应用于合金坯料二次加热状态研究的报导。本文通过软度检测的原理，开发出实验室用半固态合金软度检测机械装置，并设计出微机控制的软硬件检测系统，意在对这一方法作一些有益的探索和为后续改进工作奠定基础。

　　1 试验方法

　　1.1 试验材料

　　实验材料为喷射成形的亚共晶铝硅合金，尺寸为φ60 mm×50 mm，并在合金坯料边部开有热电偶插入孔。光谱分析实验合金的质量分数为：wAl=88% ， wSi>10.4% ， wFe>0.73% ， wMg>0.42% ，wZn>0.20%。由热分析实验可知不同温度下实验合金的固相体积比例为：fs(532℃)=1, fs(540℃)=0.99, fs(548℃)=0.96, fs(556℃)=0.76, fs(560℃)=0.49, fs(560℃)=0。

　　1.2 试验方法

　　根据 Flemings 软度指示器原理，采用滑轮机构开发出软度检测装置，原理如图 1 所示。二次加热状态检测试验在电阻加热炉中进行，实验载荷为1.96N，不锈钢探头规格如图 2。待合金坯料加热到适宜的半固态温度区间，探头在实验载荷作用下侵入合金坯料，计算机采集数据。

　　利用探头在载荷的作用下侵入半固态合金坯料的深度-时间变化规律，来反映二次加热过程中合金坯料的触变成形状态。

　　2 数据采集系统设计

　　软度测量系统的硬件组成见图 3。位移传感器输出的是 0~5V 电压信号，经由数据采集卡送入计算机。而热电偶输出的是 0~50mV的电压信号，进行增益放大之后，然后通过数据采集卡送入计算机处理。位移信号的采集使用了 ISA总线的 KH-9250 数据采集卡，热电偶温度信号采集使用了 ISA 总的 AC-1058 数据采集卡进行采集。

　　软件部分采用 Visual C++ 编制，获取信号的方式采用查询方式，对电压数据进行数学计算转换成温度和位移的数值并存储文件，数据文件可用任何数据库软件打开进行数据处理。采用的 DA-20 型直流差动变压器位移传感器出厂检测结果如表 1 所示;温度传感器采用自制的 Ni-Cr: Ni-Si 热电偶。电压变化反映位移、温度变化的采集程序采用插值法。下面为位移采集程序。

　　3 实验结果与分析

　　选定探头在相同载荷下，侵入不同加热温度下的合金坯料，探头侵入的速度必然不同。这是因为不同加热温度下，合金坯料的固相体积比例不同，合金坯料的软化程度即软度也就不同。由实验可知，合金坯料具有良好触变成形性能的温度范围为559.7~561℃，因而在这个温度区间内，作侵入实验，来检测合金坯料的软度。图 4 是计算机采集的数据结果。位移采集频率是 10 次/秒，位移传感器线性度为 0.08%, 温度传感器精度为±0.4℃, 所有测试结果均通过重复性实验取数学平均值而成。