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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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