。902 北京科技大学学报 第31卷 毛卫民等9采用自制的上搅拌头不动、下坩埚旋转 元件的最大允许功率：炉腔几何尺寸为110mm× 的Couette型双筒旋转黏度计测量了AZ91D镁合金 90mm,保温层采用相对密度为1.0的黏土砖，供电 的表观黏度.但是，半固态金属表观黏度测量存在 和控温用JWC高精度温度控制仪：保护气（一般是 数据分散、实验结果难以统一等问题，不同研究小组 氩气从炉腔上部引入，以保证合金不发生燃烧和氧 测出的结果存在很大差别，原因是测量装置的精确 化，同时也减轻了石墨坩埚的氧化，从而延长其使用 性和稳定性存在差别.例如：①浆料承受的搅拌过 寿命 于剧烈而呈紊流态，测得的扭矩不能通过计算换算 (2)机械搅拌部分.核心部分是石墨坩埚和石 为黏度值：②金属搅拌桨和叶片易污染合金浆料，由 墨搅拌头，形状和尺寸如图2所示，两者形成一个间 于阻力太大，难以处理高固相分数的合金：③防止合 隙宽2.5mm的环状空腔，浆料合金在其中受到搅 金浆料氧化的措施欠缺，或者由于保护严密而使得 拌，坩埚通过螺纹与下部的电机输出轴连接，选用的 无法迅速取得供分析的样品：④保护气引入方式不 电机转速在1~6000rmin1范围内可调，且启动加 恰当，保护效果不理想，或者造成炉内温度场剧烈变 速度很高；搅拌时石墨坩埚转动，将扭矩传递给其中 化：⑤开始搅拌的瞬间，扭矩有很大的冲击值，扭矩 的石墨搅拌头，搅拌头上端制有螺纹孔，带螺纹头的 传感器容易损坏等.这里提供的半固态金属表观黏 不锈钢轴可旋入，不锈钢轴与上部的扭矩传感器通 度测量及样品制取的装置与技术可以有效地克服以 过连轴器连接：连轴器外套柱面上设置有一个突起， 往技术与设备存在的缺点. 当扭矩过大可能超过扭矩传感器量程时，从支架上 梁竖直伸下的限位挡块可以顶住该突起，限制不锈 1 实验装置 钢轴随搅拌头继续扭转：不锈钢轴上焊接有冷却水 整套装置在功能上分为以下四个部分，如图1 套，以免传感器受热 所示. NF JS WF WX 20 WK 1一调位螺母：2一扭矩传感器：3一联轴器：4一热电偶：5一电阻 炉壁：6一石墨搅拌头：7一半固态金属浆料8一石墨坩埚：9一 电阻炉：10-水冷套：11一高频调速电动机：12-联轴器：13一 转轴：14一机架：15一环形管：16一炉盖：17一不锈钢轴：18一 6一石墨搅拌头：8一石墨坩埚：20一石墨坩埚螺纹孔：21一竖直 进气直管：19一限位挡块：JS一计算机：NF一扭矩信号电压放大 孔：22-石墨头螺纹孔23一盛浆料环形槽：24一凹槽 器：WF一温度信号电压放大器：WX一温度显示表WK一温度 图2石墨搅拌头与石墨坩埚示意图 控制器：DK一电动机控制器：A一通氩气：B一进冷却水：C一出 Fig.2 Schematic plan of the graphite stiring mod and graphite pot 冷却水 图1装置整体示意图 (3)保护气引入部分.如图3所示，将金属管弯 Fig.I Schematic plan of the equipment 曲成环形，外径等于炉腔内径，在该管上钻孔，使得 (1)熔化及温度控制部分.熔化用的电阻炉最 一根较细的直管可以插入，将两管焊接.安装时环 大加热功率为2kW,加热元件为1.5mm的 形管卡在炉腔内石墨坩埚上方接近炉盖处，直管竖 20Cr80Ni电阻丝，总长约18m,满足炉温750C的 直穿过炉盖伸出，通过软管与保护气钢瓶连接，可以毛卫民等 [ 9] 采用自制的上搅拌头不动、下坩埚旋转 的Couette 型双筒旋转黏度计测量了 AZ91D 镁合金 的表观黏度 .但是, 半固态金属表观黏度测量存在 数据分散 、实验结果难以统一等问题, 不同研究小组 测出的结果存在很大差别, 原因是测量装置的精确 性和稳定性存在差别.例如:①浆料承受的搅拌过 于剧烈而呈紊流态, 测得的扭矩不能通过计算换算 为黏度值 ;②金属搅拌桨和叶片易污染合金浆料, 由 于阻力太大, 难以处理高固相分数的合金;③防止合 金浆料氧化的措施欠缺, 或者由于保护严密而使得 无法迅速取得供分析的样品 ;④保护气引入方式不 恰当, 保护效果不理想, 或者造成炉内温度场剧烈变 化;⑤开始搅拌的瞬间, 扭矩有很大的冲击值, 扭矩 传感器容易损坏等.这里提供的半固态金属表观黏 度测量及样品制取的装置与技术可以有效地克服以 往技术与设备存在的缺点 . 1 实验装置 整套装置在功能上分为以下四个部分, 如图 1 所示 . 1—调位螺母;2—扭矩传感器;3—联轴器;4—热电偶;5—电阻 炉壁;6—石墨搅拌头;7—半固态金属浆料;8—石墨坩埚;9— 电阻炉;10—水冷套;11—高频调速电动机;12—联轴器;13— 转轴;14—机架;15—环形管;16—炉盖;17—不锈钢轴;18— 进气直管;19—限位挡块;JS—计算机;NF—扭矩信号电压放大 器;WF—温度信号电压放大器;WX —温度显示表;WK —温度 控制器;DK —电动机控制器;A —通氩气;B —进冷却水;C —出 冷却水 图 1 装置整体示意图 Fig.1 Schematic plan of the equipment ( 1) 熔化及温度控制部分.熔化用的电阻炉最 大加 热功率 为 2 kW, 加热元 件为 1.5 mm 的 20Cr80Ni 电阻丝, 总长约 18 m, 满足炉温 750 ℃的 元件的最大允许功率;炉腔几何尺寸为 110 mm × 90 mm, 保温层采用相对密度为 1.0 的黏土砖, 供电 和控温用 JWC 高精度温度控制仪;保护气( 一般是 氩气) 从炉腔上部引入, 以保证合金不发生燃烧和氧 化, 同时也减轻了石墨坩埚的氧化, 从而延长其使用 寿命. ( 2) 机械搅拌部分.核心部分是石墨坩埚和石 墨搅拌头, 形状和尺寸如图 2 所示, 两者形成一个间 隙宽 2.5 mm 的环状空腔, 浆料合金在其中受到搅 拌, 坩埚通过螺纹与下部的电机输出轴连接, 选用的 电机转速在 1 ～ 6 000 r·min -1范围内可调, 且启动加 速度很高;搅拌时石墨坩埚转动, 将扭矩传递给其中 的石墨搅拌头, 搅拌头上端制有螺纹孔, 带螺纹头的 不锈钢轴可旋入, 不锈钢轴与上部的扭矩传感器通 过连轴器连接;连轴器外套柱面上设置有一个突起, 当扭矩过大可能超过扭矩传感器量程时, 从支架上 梁竖直伸下的限位挡块可以顶住该突起, 限制不锈 钢轴随搅拌头继续扭转 ;不锈钢轴上焊接有冷却水 套, 以免传感器受热. 6—石墨搅拌头;8—石墨坩埚;20—石墨坩埚螺纹孔;21—竖直 孔;22—石墨头螺纹孔;23—盛浆料环形槽;24—凹槽 图 2 石墨搅拌头与石墨坩埚示意图 Fig.2 Schemati c plan of the graphit e stirring rod and graphit e pot ( 3) 保护气引入部分.如图3 所示, 将金属管弯 曲成环形, 外径等于炉腔内径, 在该管上钻孔, 使得 一根较细的直管可以插入, 将两管焊接 .安装时环 形管卡在炉腔内石墨坩埚上方接近炉盖处, 直管竖 直穿过炉盖伸出, 通过软管与保护气钢瓶连接, 可以 · 902 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷