2凝固过程传热

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1、1)凝固速度对铸件凝固组织、性能与凝固缺陷的产生有重要影响试分析可以通过哪些工艺措施来改变或控制凝固速度? 解:改变铸件的浇注温度、浇铸方式与浇铸速度;选用适当的铸型材料和起始(预热)温度;在铸型中适当布置冷铁、冒口与浇口;在铸型型腔内表面涂敷适当厚度与性能的涂料。2)影响铸件凝固方式的因素有哪些?答:(1)金属本身的凝固特点(凝固温度范围:)金属或合金的成分,液相线与固相线的凝固动态曲线;(2)外界条件:决定凝固体的断面温度分布的因素。3液体的粘度:粘度越大,表示液体越粘稠,4液体层间的内摩擦力越大相对运动也越困难,原子无法迁移排成晶体。)液体的冷却速度:冷却速度越大,阻止金属材料中原子的迁

2、移。(1)合金凝固温度范围的影响合金的液相线和固相交叉在一起,或间距很小,则金属趋于逐层凝固;如两条相线之间的距离很大,则趋于糊状凝固;如两条相线间距离较小,则趋于中间凝固方式。(2)铸件温度梯度的影响增大温度梯度,可以使合金的凝固方式向逐层凝固转化;反之,铸件的凝固方式向糊状凝固转化。3)何为凝固动态曲线?有何意义?答:(1)凝固动态曲线:根据凝固体断面上实际测得的温度随时间变化曲线上-t),在同一时间坐标下,制作凝固体断面上不同位置与时间框图,将实际测得的T-t)曲线上确定的温度点投影到凝固体断面上不同固动态曲线;即在凝固体断面上,不同时间、不同位置达到同一温度的连线。(2)动态曲线意义:

3、凝固动态曲线用于判断金属在凝固过程中两相区凝固区)的宽窄;由两相区(凝固区)的宽窄判断凝固断面的凝固方式。4)凝固方式分为几种?对铸件质量有何影响?答:(1)凝固方式分为逐层凝固方式、体积凝固方式、中间凝固方式三种;(2)对铸件质量的影响:Q逐层凝固方式:流动性能好,容易获得健全的凝固体;液体补缩好,凝固体的组织致密,形成集中缩孔的倾向大;热裂倾向小;气孔倾向小,应力大,宏观偏析严重2.体积凝固方式:流动性能不好,不容易获得健全的凝固体;液体补缩不好,凝固体的组织不致密,形成集中缩孔的倾向小;热裂倾向大,气孔倾向大;应力小,宏观偏析不严重;30中间凝固方式:介于逐层凝固与体积凝固方式二者之间。

4、5)凝固时间“平方根定律”与“折算厚度法则”有何区别?R2t二答:(1)“折算厚度法则”考虑了铸件形状影响因素,k2(R为铸件模数)其计算结果接近g2t-g实际,“折算厚度法则”是对“平方根定律”的修正;“平方根定律”公式为K2(g是凝固层厚度),“折算厚度法则”与“平方根定律”二者形式一致,但意义不同;(2)铸件的形状、结构、热物性参数、浇注条件等对凝固时间有影响*,平方根定律”对大平板、球体和长圆柱体铸件比较准确;对于短而粗的杆和矩形,由于边角效应影响,其计算结果一般比实际凝固时间长10%-20%;位置与时间的框图中,把不同时间、不同位置的同一温度点(液相温度、固相温度)连接起来,即得到金

5、属凝(3)实际生产中多数情况并不需要计算铸件凝固时间,只比较它们的相对厚度或模数定生产工艺,“平方根定律”得到广泛应用。6)比较同样体积大小的球状、块状、板状及杆状铸件凝固时间的长短。答:体积相同的情况下,球状、块状、板状和杆状铸件表面积的大小顺序为:S球状ttt球状块状板状杆状9.814x10-47)在砂型中浇铸尺寸为300*300*20mm的纯铝板。设铸型的初始温度为0C,浇注后瞬间铸件-铸型界面温度立即升至纯铝熔点660。C,且在铸件凝固期间保持不变。浇铸温度70C,金属与铸型材料热物性参数得,铸件凝固层厚度三与时间T的关系如下:热物性导热系数A比热容C密度p热扩散率a结晶潜热材料W/(

6、mK)J(kgK)kg/m3m2/sE=/kKt=981.芝T.-.故勺-的大系曲线如下:纯铝212120027006.5X10-53.9X105砂型0.739184016002.5X10-7(2)“平方根定律”计算铸见表:由平方根定律Tx10-4试求:(1)根据“平方根定律”计算不同时刻铸件凝固层厚度,并作出-T曲线;(2)分别用“平方根定律”及“这算厚度法则”计算铸件完全凝固时间,并分析差别。t=-=0.02=415.31sK2(9.814x10-4)2解:(1)由题意可知,铸型的蓄热系数“折算厚度法则”计算铸件完全凝固时间:b=九Cp=70.739x1840x1600=1475.0VW-J/K-m22222凝固时的凝固常数:铸件模数R:V0.3x0.3x0.02R=8.824x10-3mA2(0.3x0.3+0.3x0.02+0.02x0.3);-竺=沖兰10-乞=80.84sK2(9.814x10-4)2(3)分析差别:“折算厚度法则”考虑了铸件形状影响因素,接近实际,是对“平方根定律”的修正平方根定律”对大平板、球体和长圆柱体铸件比较准确;对于短而粗的杆和矩形,由于边角效应影响,计算结果一般比实际凝固时间长10%-20%。

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