CN112077651B - 高温合金屑样的收集装置及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高温合金屑样的收集装置及应用，属于化学分析制样技术领域。其在收集盒内贴放纸筒，在纸筒内放入合金样品并夹紧，盖上上盖，全部固定在平口钳上，将平口钳固定在钻床工作台上，钻头固定在钻床的主轴上，连接在半自动滴定器上的软管靠近钻头的头部和合金样品的底部，打开旋塞，调解滴定冷却剂的速度，打开钻床的主轴转动开关开始钻屑。本发明用于合金样品的钻屑取样，克服了在钻取硬质高温合金样品时极易产生过热氧化及飞溅的不足，使得钻头和合金样品保持低温状态避免快速磨损，便于取得具有金属光泽的合格屑样。

Description

高温合金屑样的收集装置及应用
技术领域
本发明涉及一种高温合金屑样的收集装置及应用，具体涉及一种高温合金屑样的收集装置及采用该装置制备高温合金屑样的方法，属于化学分析制样技术领域。
背景技术
在金属材料化学成分分析领域，气体元素如碳硫氮的分析，以及需要将固体试样溶解成液体的湿法和仪器分析，都需要将金属样品制备成屑状后才方便熔融或溶解进行成分分析。具体如滴定分析法或ICP-AES、ICP-MS、AAS等湿法方法等。
机加工部门常使用立式钻床或台式钻床对金属试样进行快速钻屑加工。由于金属试样的基体材质、形状等的各异性，尤其硬度和韧性极大的合金铸铁、铸造高温合金、变形高温合金、高合金钢特种材料，在钻屑加工过程中，存在以下问题：
(1)在大气条件下高速钻屑，合金钻头与金属试样高速摩擦，产生大量的热，在大气中的氧气极易氧化屑样而焦化变黑，造成屑样中的碳硫测试结果波动性极大；其次，过热使得合金钻头被烧糊，在高温下容易快速磨损而失去钻屑能力；再次，过热也使得金属样品内部组织发生变化，尤其当铸造合金内部有裂纹或缩松时，过热氧化会沿着裂纹或缩松向基体内部延伸。
(2)高温屑样在制取过程中经常飞溅出去，极易烫伤机加工人员，而飞溅出去的屑样收集起来比较困难，也容易被污染，同时影响环境卫生。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足之处，提供一种高温合金屑样的收集装置及应用，可有效防止氧化，制取的屑样具有金属光泽，尤其适合于气体元素含量较低的单晶铸造合金、定向铸造合金。
本发明的技术方案，一种高温合金屑样的收集装置，包括上盖、收集盒、钻头、纸筒、平口钳、软管、半自动滴定器和钻床；
所述收集盒内设有纸筒，收集盒上设有上盖，上盖上设有通孔；所述收集盒设置于平口钳的钳口上；所述平口钳设置于钻床的工作台上，钻床的钻头能够穿过上盖的通孔伸入到纸筒；所述半自动滴定器通过两根软管与收集盒连接。
所述半自动滴定器包括磨口瓶、双联打气球、橡皮管、玻璃管和收集瓶；
所述半自动滴定器的两个管尖分别连接两根软管，一根软管通过上盖的通孔靠近钻头头部，另一根软管伸入收集盒底部；
所述半自动滴定器上端通过玻璃管连接收集瓶，下端包括磨口瓶，磨口瓶上部通过橡皮管连接双联打气球。
进一步地，所述平口钳为改装平口钳；所述平口钳的活动钳口部分可能为齐平或弧形等形状，与待测合金样品的形状一致，使得平口钳能够完全夹紧待测合金样品。
进一步地，所述收集盒上开有对称口，平口钳的活动钳口能够通过对称口伸入收集盒中执行夹紧和放松的动作。
进一步地，所述上盖具体为透明的钢化玻璃或硬质塑料，上盖上口直径大于25mm。
进一步地，所述收集盒为具体为金属圆形收集盒，其直径大于50mm，高度大于40mm；在距圆形金属收集盒底部10mm以上部位开出一对对称口，该对称口能够通过平口钳的活动钳口，根据样品的形状选择对应的活动钳口。
进一步地，所述纸筒为定性滤纸筒或牛皮纸筒，该纸筒能够快速过滤冷却剂乙醇或丙酮，其外径小于或等于收集盒的内径。
进一步地，所述钻床具体为立式钻床或台式钻；所述钻头为麻花合金钻头，具体为钨钴或钨钼合金钻头，直径为15～25mm。
所述高温合金屑样的制备方法包括以下步骤：
a、将钻屑面直径大于25mm的铸造高温合金样品置于纸筒中，将该纸筒放入圆形金属收集盒内，然后盖上透明上盖；
b、将上述组合装置及合金块样置于平口钳的钳口上，调解旋钮使得平口钳的活动钳口通过圆形金属收集盒的对称口将合金块样对称夹紧，保持合金块样钻屑位置在圆形金属收集盒的中心；
c、将平口钳固定在钻床的工作台上，并将麻花合金钻头固定在钻床的主轴上，并能通过透明上盖的上口伸入到合金块样的上表面；
d、在半自动滴定器的2个管尖分别连上直径为3～10mm的铝质金属软管，将其中一只金属软管通过透明上盖的圆孔靠近合金钻头的头部，另一只金属软管通过圆形金属收集盒的圆孔靠近合金样品的底部；
e、通过双联打气球打气将磨口瓶内的冷却剂流经橡皮管压入到玻璃管和收集瓶内，打开半自动滴定器的旋塞，调解滴定冷却剂的速度为10～120滴/min，润湿合金钻头，并保证合金块样底部的纸筒润湿并有深0.5～3mm的冷却剂；
f、打开钻床的主轴转动开关，调解钻速为200～1400r/min，选择钻屑模式开始钻屑。
g、钻屑结束后，关闭旋塞，取出合金钻头、金属软管，旋开旋钮，打开明上盖，取出剩下的合金样品，将金属屑连同纸筒一同取出，将金属屑转移至干净的玻璃烧杯中，加50mL清洗剂进行超声清洗，时间控制在2～5min，超声波的频率为100～300kHz，功率为150～800W，清洗后吹干待用。
所述合金样品具体为铸造高温合金、变形高温合金、合金钢或合金铸铁；基体包括镍基、钴基、钛基、铝基或铜基。
步骤f中，所述钻屑模式为手动或自动模式。
步骤g中，所述清洗剂为无水乙醇、***、丙酮、四氯化碳中的一种或者两种以体积比2:1混合。
本发明用于冷却合金钻头和合金块样，以此钻取合格的屑样，采用上述技术方案，本发明用透明上盖盖在圆形金属收集盒上，可防止屑样飞溅，同时可观察钻屑状况。
用圆形金属收集盒，可有效散热并防止变形，还能盛放冷却剂。用定性滤纸筒或牛皮纸筒收集屑样，其在无水乙醇或丙酮中不易被溶解并可快速润湿，且可以过滤掉上述冷却剂并很快风干，可重复使用。
用半自动滴定器盛放冷却剂，并极为方便的用双联打气球打气将冷却剂压升到收集瓶，使用完可随时打气充装收集瓶，加工结束还可以将冷却剂回流到到磨口瓶中，防止挥发，同时，可方便调节旋塞控制冷却剂的流速。
使用低沸点的无水乙醇或丙酮，在挥发时带走大量的热量，可快速冷却钻头和合金样品。
本发明的有益效果：采用本发明所述装置及其方法可使合金样品、钻头以及屑样的温度从200～500℃降低到30～70℃，有效防止样品氧化。制取的屑样具有金属光泽，尤其适合于气体元素含量较低的单晶铸造合金、定向铸造合金。该装置操作简单，使用范围广，安全性和自动化程度较高，且方便收集屑样，污染小。
附图说明
图1是本发明装置示意图。
图2是本发明装置立体示意图。
附图标记说明：1、上盖；2、收集盒；3、钻头；6、纸筒；7、平口钳；8、软管；10、半自动滴定器；11、磨口瓶；12、双联打气球；13、橡皮管；14、玻璃管；15、收集瓶；16、旋钮；17、钻床。
具体实施方式
实施例1一种高温合金屑样的收集装置
包括上盖1、收集盒2、钻头3、纸筒6、平口钳7、软管8、半自动滴定器10和钻床17；
所述收集盒2内设有纸筒6，收集盒2上设有上盖1，上盖1上设有通孔；所述收集盒2设置于平口钳7的钳口上；所述平口钳7设置于钻床17的工作台上，钻床17的钻头3能够穿过上盖1的通孔伸入到纸筒6；所述半自动滴定器10通过两根软管8与收集盒2连接。
所述半自动滴定器10包括磨口瓶11、双联打气球12、橡皮管13、玻璃管14和收集瓶15；
所述半自动滴定器10的两个管尖分别连接两根软管8，一根软管8通过上盖1的通孔靠近钻头3头部，另一根软管8伸入收集盒2底部；
所述半自动滴定器10上端通过玻璃管14连接收集瓶15，下端包括磨口瓶11，磨口瓶11上部通过橡皮管13连接双联打气球12。
所述收集盒2上开有对称口，平口钳7的活动钳口5能够通过对称口伸入收集盒2中执行夹紧和放松的动作。
所述上盖1具体为透明的钢化玻璃或硬质塑料，上盖1上口直径大于25mm。
所述收集盒2为具体为金属圆形收集盒，其直径大于50mm，高度大于40mm；在距圆形金属收集盒底部10mm以上部位开出一对对称口，该对称口能够通过平口钳7的活动钳口5。
所述纸筒6为定性滤纸筒或牛皮纸筒，该纸筒能够快速过滤冷却剂乙醇或丙酮，其外径小于或等于收集盒2的内径。
所述钻床17具体为立式钻床或台式钻；所述钻头3为钨钴或钨钼合金钻头，直径为15～25mm。
实施例2高温合金屑样的制备方法
a、将钻屑面直径大于25mm的K417铸造高温合金块样4置于直径约为100mm，高为20mm定性滤纸筒中，将该纸筒6放入直径为100mm、高为60mm的圆形铝合金收集盒2，然后盖上钢化玻璃透明上盖1；
b、将上述组合装置及K417铸造高温合金块样4置于平口钳7的钳口上，调解旋钮16使得平口钳7的活动钳口5通过圆形铝合金收集盒2的对称口将K417铸造高温合金块样4对称夹紧，保持K417铸造高温合金块样4的钻屑位置在圆形铝合金收集盒2的中心；
c、将平口钳7固定在Z51-40B型立式钻床17的工作台上，并将直径为20mm的钨钴麻花合金钻头3固定在Z51-40B型立式钻床的主轴上，并能通过钢化玻璃透明上盖1的直径为25mm上口伸入到K417铸造高温合金块样4的上表面；
d、半自动滴定器10的2个管尖分别连上直径为7.5mm的铝质金属软管8，将其中一只铝质金属软管8通过钢化玻璃透明上盖1的圆孔靠近钨钴麻花合金钻头3的头部，另一只铝质金属软管8通过圆形铝合金收集盒1的圆孔靠近K417铸造高温合金样品4的底部；
e、通过双联打气球12打气将5L磨口瓶11内的无水乙醇流经橡皮管13压入到500mL玻璃管14和收集瓶15内，打开半自动滴定器10的旋塞，调解滴定冷却剂的速度为30d/min，润湿合金钻头3，并保证合金块样4底部的纸筒6润湿并有深0.5mm的无水乙醇；
f、打开立式钻床17的主轴转动开关，调解钻速为701r/min，选择手动模式开始钻屑。
g、钻屑结束后，关闭旋塞9，取出钨钴麻花合金钻头3、金属软管8，旋开旋钮16，打开钢化玻璃透明上盖1，取出剩下的K417铸造高温合金样品4，将金属屑连同纸筒6一同取出，将金属屑转移至干净的250mL玻璃烧杯中，加50mL丙酮在通风厨中进行超声清洗，时间控制在2min，超声波的频率为200KHz，功率为150W，清洗后吹干，用碳硫分析仪测定该金属屑中的碳硫元素含量。
对比实施例1
将K417铸造高温合金块样下垫一张定性滤纸，并置于平口钳的钳口上夹紧；将平口钳固定在Z51-40B型立式钻床的工作台上，并将直径为20mm的钨钴麻花合金钻头固定在Z51-40B型立式钻床的主轴上；打开立式钻床的主轴转动开关，调解钻速为701r/min，选择手动模式开始钻屑。钻屑结束后，取出钨钴麻花合金钻头和剩下的K417铸造高温合金样品，将金属屑转移至干净的250mL玻璃烧杯中，加50mL丙酮在通风厨中进行超声清洗，时间控制在2min，超声波的频率为200kHz，功率为150W，清洗后吹干，用碳硫分析仪和氧氮分析仪测定该金属屑中的碳硫元素含量，并用红外测温枪对上述钻头和样块进行测温，以此来评价制样的重复性，结果见表1。
表1
Figure BDA0002666625150000051
表1中数据结果表明，使用本发明制备高温合金屑样，制备的屑样具有良好的金属光泽，气体元素测试结果稳定，表明屑样氧化较少，满足化学分析的要求；该方法对高温合金屑样的制备具有良好的指导作用，利于推广应用。
上面结合附图1和附图2对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合用于本发明用于高温合金屑样的制备方法原理，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高温合金屑样的制备方法，其特征是步骤如下：
a、将钻屑面直径大于25mm的块状合金样品（4）置于纸筒（6）中，将该纸筒（6）放入收集盒（2）内，然后盖上上盖（1）；
b、将由上述纸筒（6）、收集盒（2）及上盖（1）形成的组合装置及合金样品（4）置于平口钳（7）的钳口上，调节旋钮（16）使得平口钳（7）的活动钳口（5）通过收集盒（2）的对称口将合金样品（4）对称夹紧，保持合金样品（4）钻屑位置在收集盒（2）的中心；
c、将平口钳（7）固定在钻床（17）的工作台上，并将钻头（3）固定在钻床（17）的主轴上，并能通过上盖（1）的上口伸入到合金样品（4）的上表面；
d、在半自动滴定器（10）的2个管尖分别连上软管（8），将其中一只软管（8）通过上盖（1）的圆孔靠近钻头（3）的头部，另一只软管（8）通过收集盒（2）的对称口靠近合金样品（4）的底部；
e、通过双联打气球（12）打气，将磨口瓶（11）内的冷却剂流经橡皮管（13）压入到玻璃管（14）中，进一步流进收集瓶（15）内；打开半自动滴定器（10）的旋塞，使得冷却剂润湿钻头（3），并保证合金样品（4）底部的纸筒（6）润湿，所述冷却剂为无水乙醇或丙酮；
f、打开钻床（17）的主轴转动开关，调节钻速，选择钻屑模式开始钻屑；
g、钻屑结束后，关闭旋塞（9），取出钻头（3）、软管（8），旋开旋钮（16），打开上盖（1），取出剩下的合金样品（4）；将金属屑连同纸筒（6）一同取出，将金属屑转移至干净的玻璃烧杯中，加清洗剂进行超声清洗，清洗后吹干待用。
2.如权利要求1所述高温合金屑样的制备方法，其特征是：所述合金样品（4）具体为铸造高温合金、变形高温合金、合金钢或合金铸铁；所述合金样品基体包括镍基、钴基、钛基、铝基或铜基。
3.如权利要求1所述高温合金屑样的制备方法，其特征是：所述清洗剂为无水乙醇、***、丙酮或四氯化碳中的一种或两种以体积比2:1混合。
4.实施权利要求1-3任一项所述高温合金屑样的制备方法采用的高温合金屑样的收集装置，其特征是：包括上盖（1）、收集盒（2）、钻头（3）、纸筒（6）、平口钳（7）、软管（8）、半自动滴定器（10）和钻床（17）；
所述收集盒（2）内设有纸筒（6），收集盒（2）上设有上盖（1），上盖（1）上设有通孔；所述收集盒（2）设置于平口钳（7）的钳口上；所述平口钳（7）设置于钻床（17）的工作台上，钻床（17）的钻头（3）能够穿过上盖（1）的通孔伸入到纸筒（6）；所述半自动滴定器（10）通过两根软管（8）与收集盒（2）连接。
5.如权利要求4所述高温合金屑样的收集装置，其特征是：所述半自动滴定器（10）包括磨口瓶（11）、双联打气球（12）、橡皮管（13）、玻璃管（14）和收集瓶（15）；
所述半自动滴定器（10）的两个管尖分别连接两根软管（8），一根软管（8）通过上盖（1）的通孔靠近钻头（3）头部，另一根软管（8）伸入收集盒（2）底部；
所述半自动滴定器（10）上端通过玻璃管（14）连接收集瓶（15），下端包括磨口瓶（11），磨口瓶（11）上部通过橡皮管（13）连接双联打气球（12）。
6.如权利要求4所述高温合金屑样的收集装置，其特征是：所述收集盒（2）上开有对称口，平口钳（7）的活动钳口（5）能够通过对称口伸入收集盒（2）中执行夹紧和放松的动作。
7.如权利要求4所述高温合金屑样的收集装置，其特征是：所述上盖（1）具体为透明的钢化玻璃或硬质塑料，上盖（1）上口直径大于25mm。
8.如权利要求4所述高温合金屑样的收集装置，其特征是：所述收集盒（2）具体为金属圆形收集盒，其直径大于50mm，高度大于40mm；在距圆形金属收集盒底部10mm以上部位开出一对对称口，该对称口能够通过平口钳（7）的活动钳口（5）。
9.如权利要求4所述高温合金屑样的收集装置，其特征是：所述纸筒（6）为定性滤纸筒或牛皮纸筒，该纸筒能够快速过滤冷却剂无水乙醇或丙酮，其外径小于或等于收集盒（2）的内径。
10.如权利要求4所述高温合金屑样的收集装置，其特征是：所述钻床（17）具体为立式钻床或台式钻；所述钻头（3）为钨钴或钨钼合金钻头，直径为15~25mm。
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