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：①改变铸件的浇注温度、浇铸方式与浇铸速度；②选用适当的铸型材料和起始（预热）温度；③在铸型中适当布置冷铁、冒口与浇口；④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

2、大，相对运动也越困难，原子无法迁移排成晶体。2）液体的冷却速度：冷却速度越大，阻止金属材料中原子的迁移。（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-t），在同一时间

3、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，即得到金属凝固动态曲线；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：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

4、）对铸件质量的影响：.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；.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；.中间凝固方式：介于逐层凝固与体积凝固方式二者之间。5)凝固时间“平方根定律”与“折算厚度法则”有何区别？答：（1）“折算厚度法则”考虑了铸件形状影响因素，（R为铸件模数），其计算结果接

5、近实际，“折算厚度法则”是对“平方根定律”的修正；“平方根定律”公式为（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%；（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，制定生产工艺，“平方根定律”得到广泛应用。1)比较同样体积大小的球状、块状、板状及杆状

6、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S的大小顺序为：S球状R块状>R板状>R杆状。由“折算厚度法则”算凝固时间t=R2/K2得，凝固时间与铸件模数的平方成正比，而且各种形状铸件的K（K是凝固常数）值相等，故凝固时间长短按顺序为：t球状>t块状>t板状>t杆状。2)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20°C，浇注后瞬间铸件-铸型界面温度立即升至纯铝熔点66

7、0°C，且在铸件凝固期间保持不变。浇铸温度670°C，金属与铸型材料热物性参数见表：热物性材料导热系数λW/(m·K)比热容CJ（kg·K）密度ρkg/m3热扩散率αm2/s结晶潜热J/kg纯铝212120027006.5×10-53.9×105砂型0.739184016002.5×10-7试求：（1）根据“平方根定律”计算不同时刻铸件凝固层厚度ξ，并作出ξ-τ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。解：（1）由题意可知，铸型的蓄热系数:=凝固时的凝固常数：由平方

8、根定律得，铸件凝固层厚度与时间的关系如下：；故-的关系曲线如下：（2）“平方根定律”计算铸件完全凝固时间：；“折算厚度法则”计算铸件完全凝固时间：铸件模数R:；；（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%。