型砂高温强度试验仪技术方案

1 方案信息

标题：型砂高温强度试验仪（热湿拉/压/弯/剪四合一）技术方案

型号：STR-HTS-4IN-1205

版本号：V2025.10

日期：2025-10-21

编制：赛特瑞铸造材料测试技术部

2 概述简介

本型砂高温强度试验仪设备用于测定铸造型砂、芯砂及其粘结剂体系在 20–1200 ℃、可控湿度与气氛条件下的高温瞬时强度（抗拉、抗压、抗弯、抗剪）及残留强度曲线，为浇注工艺窗口优化、粘结剂选型、旧砂回用极限判定提供量化依据。

3 遵循标准

GB/T 2684-2023　铸造用砂及混合料试验方法

JB/T 9156-2023　铸造用膨润土试验方法

GB/T 31563-2023　铸造用再生砂 残留强度测定

ISO 17792:2023　Founding — Determination of hot strength of moulding sand

ASTM C181-23　Standard Test Method for Workability Index of Fireclay and High-Alumina Plastic Refractories（参考加载原理）

4 用途

a) 高温抗拉（热湿拉）强度 – 模拟铸件凝固收缩时砂芯表面拉应力；

b) 高温抗压强度 – 模拟金属静压力对砂型的破坏；

c) 高温抗弯强度 – 评估砂桥/砂芯自支撑能力；

d) 高温抗剪强度 – 表征分型面滑移倾向；

e) 残留强度（冷却后） – 判定落砂难易程度。

5 测试原理

将标准试样（“8”字形抗拉、Φ50×50 mm 抗压、40×40×160 mm 抗弯、剪切环）置于可控温升温炉内，按设定速率升至目标温度并保温；通过外置高精度伺服电机-滚珠丝杠系统，经 99.7 % Al2O3陶瓷推杆将力传递至试样，实时采集载荷-位移曲线，自动记录最大破坏力并计算强度值。可选配湿度发生器，实现 20–95 %RH 热湿耦合。

6 主要技术参数

1 设备名称：型砂高温强度试验仪

2 英文名称：High-Temperature Sand Strength Tester

3 设备型号：STR-HTS-4IN-1205

4 设备结构：卧式对开管式炉 + 外置横向加载框架

5 温度范围：室温–1200 ℃（连续可调）

6 升温速率：0–20 ℃·min-1，PID 可编程

7 控温精度：±2 ℃（N 型热电偶，两点校准）

8 均温区：Φ80 mm×150 mm，温差 ≤ ±3 ℃

9 加载模式：伺服电机 + 滚珠丝杠，闭环力控

10 最大载荷：5000 N（拉、压、弯、剪共用）

11 力值分辨率：0.1 N，精度 ±0.5 %FS

12 位移测量：光栅尺 0–25 mm，分辨率 0.001 mm

13 试验气氛：自然空气（标配）；可选 N?、CO?、埋碳还原

14 湿度耦合：选配蒸汽发生器 20–95 %RH，精度 ±3 %RH

15 试样数量：单次 1 工位（标配）；可选 3 工位转盘

16 数据接口：USB-A×2、RJ45、Wi-Fi 5 GHz

17 电源：AC 220 V±10 %，50 Hz，峰值功率 3 kW

18 外形/重量：1200 mm×600 mm×1350 mm，约 280 kg

7 可增选配置

三工位自动转盘（一次装夹 3 组试样，连续测试）

蒸汽湿度模块（高温高湿同步）

冷却水循环器（延长炉壳寿命）

全自动制样机（标准“8”字试样一次成型）

工业摄像头（高温变形可视化）

数据分析软件包（自动拟合 Arrhenius 残留强度模型）

8 结构特点（模块与细节）

炉壳：双层 304 不锈钢，后水冷套，外壁 ≤45 ℃。

保温层：梯度复合—硅酸铝纤维 + 轻质高铝砖，厚度 180 mm。

发热体：Fe-Cr-Al 电阻丝螺旋镶嵌，寿命 ≥3000 h。

加载框架：自反力结构，刚性 100 kN·mm?1，横向布置避免炉体开孔。

陶瓷推杆：Φ8 mm 刚玉棒，两端水冷过渡，长度 350 mm，热膨胀自动补偿。

力传感器：S 型应变片，水冷护套，1200 ℃ 区外置，避免热漂移。

测控系统：工业平板 + 实时操作系统，支持 OPC-UA 对接 MES。

安全联锁：超温、断偶、过载、炉门开启、冷却水流量低—自动停炉卸荷。

9 标准配置清单

主机炉体（含保温、发热元件）　1 套

伺服加载系统（电机、丝杠、导轨）　1 套

S 型水冷力传感器（5 kN）　1 套

光栅位移传感器　1 套

N 型热电偶（Φ6×500 mm）　2 支

万能夹具套件（拉、压、弯、剪）　各 1 套

工业平板（15.6″ 触控，Win11）　1 台

测控软件（中英文，含报表模板）　1 套

工具箱（镊子、刚玉推杆 2 根、热电偶 1 根）　1 套

合格证、校准证书、说明书（U 盘+纸质）　各 1 份

10 易损件与使用寿命

Fe-Cr-Al 发热丝　≥3000 h（连续 1100 ℃）

刚玉推杆　平均 500 次（视型砂化学侵蚀）

热电偶　N 型 800 次

炉门陶瓷纤维密封圈　1 年

11 售后质保

整机 12 个月或 1000 炉次（先到为准）；

发热体、热电偶 6 个月包换；

软件终身免费升级，24 h 内响应，72 h 到场（国内）。

12 包装运输

小件（传感器、工具）：熏蒸木箱 + 防震泡沫；

主机：简易拉伸膜 + 胶合板护角 + 托盘，叉车孔 1.0 m；

运输标识：向上、防潮、易碎、重心标识，符合 ISTA-2A。

13 使用环境要求

温度 5–40 ℃，湿度 ≤85 %RH，无导电粉尘；

地面承重 ≥500 kg，水平度 ≤2 mm/2 m；

独立 16 A 断路器，良好接地电阻 ≤4 Ω；

冷却水（如选配）进口温度 15–25 ℃，硬度 ≤60 mg·L?1 CaCO?。

14 使用注意事项

型砂高温强度试验仪首次升温 ≤5 ℃·min?1，≤300 ℃ 保持 1 h 排潮；

1200 ℃ 连续运行单次 ≤2 h，避免发热丝过热蠕变；

陶瓷推杆必须保持直线，轻拿轻放，严禁侧向撞击；

每 50 次试验检查推杆水冷接头，防止泄漏；

湿度模块使用后及时排空冷凝水，防止腐蚀。

15 操作方法（SOP 级摘要）

开机：冷却水（如选配）→工业平板→测控软件→空载回零

装样：选择对应夹具→试样对中→闭合炉门→通保护气（如选配）

编程：输入试样编号、试验类型、目标温度、保温时间、加载速率

启动：点击“自动开始”→炉体升温→到温后自动加载→实时曲线

结束：试样破坏后自动卸荷→数据保存→导出 PDF/Excel 报告

关机：炉温 <200 ℃→关闭电源→关闭水源→清理炉膛

16 重要声明

本型砂高温强度试验仪设备为 1200 ℃ 级机电一体化精密仪器，必须由受过培训的专业人员操作与维护；非授权人员禁止进入高温、加载区域，以防人身伤害及设备损坏。