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文档简介
第一节
凝固过程的传热特点第二节非金属型铸造的凝固传热第三节
非金属型铸造的凝固传热第一章
凝固过程的传热第一节
凝固过程的传热特点合金从液态转变成固态的过程,称为一次结晶或凝固。一次结晶和“凝固”这两个术语虽然指的是同一个状态变化过程,但它们的含意是有区别的。一次结晶是从物理化学观点出发,研究液态金属的生核、长大、结晶组织的形成规律。凝固则是从传热学观点出发,研究铸件和铸型的传热过程、铸件断面上凝固区域的变化规律、凝固方式与铸件质量的关系、凝固缺陷形成机制等。凝固过程的传热特点:“一热、二迁、三传”“一热”指热量的传输是第一重要;“二迁”指存在两个界面,即固-液相间界面和金属-铸型间界面。“三传”动量传输、质量传输和热量传输的三传耦合的三维热物理过程。凝固过程的传热方式:导热:——傅里叶第一定律
——傅里叶第二定律辐射:对流:1)物理条件(物性参数),2)几何条件(凝固系统几何形状)3)时间条件(初始条件),4)空间条件(边界条件)λ导热系数a=λ/ρcp
热扩散系数Tc
环境温度T,c
铸件温度典型金属凝固过程的主要传热方式:K----导热C---对流R----辐射N---牛顿换热
固液相界面:(1)凝固界面——移动的热源;(2)固液相面凹凸不平或为枝晶状;(3)凝固区,存在着传热与传质的偶合问题;(4)铸件的收缩形成的间隙;金属—铸型界面:
1)界面热阻,不完全接触;
2)界面间隙,金属收缩与铸型膨胀。
非金属相对浇铸其中的金属有很小的热导系数,金属凝固速度主要决定于铸型的传热性能;铸型外表面温度变化不大,可认为铸型是半无限大的。第二节非金属型铸造的凝固传热
在铸件和铸型的不稳定导热过程中,温度与时间和空间的关系可由傅里叶导热微分方程来描述:
忽略对流,辐射的作用半无限大的铸件:砂型铸型断面上的温度分布方程
凝固层厚度s与时间t关系
在凝固过程中,热源是凝固潜热,有:
契富利诺夫定理
金属的熔点越高,密度越小,潜热越小,越容易凝固铸造热扩散率,反映其吸热能力
最先由实验得到,计算结果与实验较好的吻合1)少算了A处的传热面,会使得计算的凝固时间偏大;2)忽略了铸件的热阻,会使得计算的凝固时间偏小;实际结果为这两者互相抵消的结果。
第三节金属型铸造的凝固传热
0sx金属型铸造的凝固传热
问题转变为具有共同界面温度的纯导热问题
假设虚拟厚度,虚拟坐标系中求解。问题归结为在虚拟系统中解如下微分方程:
其通解为:
通过通解以及边界方程,可以得到:1、凝固时间t
将两坐标系间关系式带入凝固系数表达式中,有:
2、温度分布Ts,
Tm铸件一侧:
铸型一侧:
3、界面温度Ti在铸件和铸型的界面上有:
连续性
4、凝固系数φ根据固液相变界面上,有:
L表示凝固潜热给定铸件和铸型的参数,可迭代得到凝固系数5、虚拟凝固层厚
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