液態(tài)金屬凝固原理學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1液態(tài)液態(tài)(yti)金屬凝固原理金屬凝固原理第一頁，共63頁。內(nèi)容(nirng)一、液態(tài)金屬凝固原理二、金屬塑性加工原理三、粉末冶金加工原理四、復(fù)合材料(f h ci lio)加工原理五、材料連接加工原理六、材料加工新技術(shù)及其原理第1頁/共63頁第二頁，共63頁。第一章 液態(tài)(yti)金屬凝固原理第2頁/共63頁第三頁，共63頁。凝固：液態(tài)向固態(tài)(gti)的轉(zhuǎn)變過程。工程技術(shù)中的凝固過程：鑄造：液態(tài)合金的凝固。焊接：焊縫金屬的凝固。凝固和結(jié)晶：凝固：從傳熱學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，研究凝固過程的傳熱、凝固方式、凝固組織、凝固缺陷等。 結(jié)晶：從物理化學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，研究液態(tài)金屬的生核、成長、結(jié)晶組織的形

2、成規(guī)律。 本章重點(diǎn)：認(rèn)識液態(tài)金屬的凝固規(guī)律(gul)，掌握凝固過程的控制途徑，以防止產(chǎn)生凝固缺陷、改善鑄件組織、提高鑄件質(zhì)量和性能。第3頁/共63頁第四頁，共63頁。 1.1 金屬(jnsh)凝固的溫度場1、溫度場的概念(ginin) 物體內(nèi)各點(diǎn)的溫度分布情況，稱為溫度場。 根據(jù)溫度 t 隨時間(shjin)的變化，溫度場可分為： 不穩(wěn)定溫度場：tf (x，y，z,) 穩(wěn)定溫度場：tf (x，y，z) 根據(jù)溫度 t 隨坐標(biāo) x，y，z 的變化，溫度場可分為： 一維溫度場：tf (x,) 二維溫度場：tf (x，y,) 三維溫度場：tf (x，y，z,) 最簡單的溫度場：一維穩(wěn)定溫度場tf (x

3、)第4頁/共63頁第五頁，共63頁。 1.1 金屬(jnsh)凝固的溫度場1、溫度場的概念(ginin) 第5頁/共63頁第六頁，共63頁。 1.1 金屬(jnsh)凝固的溫度場1、溫度場的概念(ginin) 等溫面（或等溫線）：同一瞬間，溫度場中溫度相同的點(diǎn)所組成的面（或線）。不同溫度的等溫面（或等溫線）不能相交。對于不規(guī)則的物體，內(nèi)部的等溫線需通過溫度的實(shí)際測定才能得到。等溫面的意義：繪出物體內(nèi)的等溫面，可以直觀地了解物體內(nèi)溫度分布(fnb)情況。在鑄件生產(chǎn)中，可以用于判斷鑄件的凝固順序，找出復(fù)雜鑄件中縮孔分布(fnb)的位置。第6頁/共63頁第七頁，共63頁。 1.1 金屬(jnsh)凝

4、固的溫度場1、溫度場的概念(ginin) 第7頁/共63頁第八頁，共63頁。 1.1 金屬(jnsh)凝固的溫度場1、溫度場的概念(ginin) 第8頁/共63頁第九頁，共63頁。 1.1 金屬(jnsh)凝固的溫度場1、溫度場的概念(ginin) 溫度梯度：在同一等溫面上沒有熱量(rling)傳遞，熱量(rling)只能由溫度場的高溫等溫面向溫度場的低溫等溫面?zhèn)鬟f，沿等溫面的法向溫度變化率最大。通常把溫度場中任意點(diǎn)的溫度沿等溫面的法線n方向的增加率稱為該點(diǎn)的溫度梯度gradt: gradt=t/n第9頁/共63頁第十頁，共63頁。 1.1 金屬(jnsh)凝固的溫度場1、溫度場的概念(gin

5、in) 熱流方向和溫度梯度方向相反。 對于一維穩(wěn)定溫度場，其溫度梯度為 gradt=dt/dx 在同一瞬間，溫度場中等溫線密集(mj)處溫度梯度較大，等溫線稀疏處溫度梯度較小。 第10頁/共63頁第十一頁，共63頁?；緜鳠岱绞接腥N：傳導(dǎo)、對流和輻射。如圖示出了典型金屬凝固(nngg)過程中的主要傳熱方式。鑄件與鑄型的傳熱主要是傳導(dǎo)傳熱。 1.1 金屬(jnsh)凝固的溫度場2、凝固過程(guchng)中傳熱的方式與特點(diǎn) 第11頁/共63頁第十二頁，共63頁。傳導(dǎo)傳熱：傅里葉定律(dngl)（傅里葉導(dǎo)熱方程式）： 1.1 金屬(jnsh)凝固的溫度場2、凝固過程中傳熱的方式(fngsh)與特

6、點(diǎn) 其中：q為比熱流量，單位是W/m2, 表示單位時間內(nèi)，通過單位截面面積所傳遞的熱量； 為導(dǎo)熱系數(shù)，單位為W/m，導(dǎo)熱系數(shù)表示物體的導(dǎo)熱能力，在數(shù)值上等于物體單位距離上溫度降低1時的比熱流量。 負(fù)號表示導(dǎo)熱方向永遠(yuǎn)沿著溫度降低的方向。gradtq或ntq/第12頁/共63頁第十三頁，共63頁。鑄件與鑄型(zh xn)的傳熱過程：鑄件凝固期間與鑄型(zh xn)的熱交換，主要是將液態(tài)金屬的顯熱（過熱熱量）和凝固潛熱通過一系列熱阻傳給鑄型(zh xn)和環(huán)境。熱阻：熱交換系統(tǒng)中某組元的厚度與該組元導(dǎo)熱系數(shù)之比( D/ )稱為該組元的熱阻。凝固過程的熱阻主要包括：液態(tài)金屬的熱阻、已凝固金屬的熱阻、

7、中間層的熱阻、鑄型(zh xn)的熱阻等。 1.1 金屬(jnsh)凝固的溫度場2、凝固過程中傳熱(chun r)的方式與特點(diǎn) 第13頁/共63頁第十四頁，共63頁。 各部分的熱阻隨鑄造條件的不同而不同，因此，在鑄件凝固過程(guchng)中，對熱交換起決定作用的熱阻隨鑄造條件不同而改變，使得不同鑄造條件下具有不同的熱交換特點(diǎn)。液態(tài)金屬澆入鑄型后，鑄件與鑄型間的熱交換主要有四種典型形式。 1.1 金屬(jnsh)凝固的溫度場2、凝固過程中傳熱(chun r)的方式與特點(diǎn) 第14頁/共63頁第十五頁，共63頁。1.鑄型熱阻 D/ 起決定作用砂型(shxng)鑄造屬于這種情況。由于金屬鑄件的導(dǎo)熱系

8、數(shù)遠(yuǎn)大于砂型(shxng)的導(dǎo)熱系數(shù)，鑄件中的溫差相對于鑄型的溫差可以忽略不計（圖1.5）。熱交換主要取決于砂型(shxng)的導(dǎo)熱。 1.1 金屬(jnsh)凝固的溫度場2、凝固(nngg)過程中傳熱的方式與特點(diǎn) 第15頁/共63頁第十六頁，共63頁。2中間層熱阻起決定作用鑄件在型腔內(nèi)表面涂有厚隔熱涂料的金屬(jnsh)型中凝固時屬于這種情況。由于鑄件和鑄型的導(dǎo)熱系數(shù)都大，而涂料層的導(dǎo)熱系數(shù)小。其傳熱特點(diǎn)是，中間涂料層的溫差很大，鑄件和鑄型中的溫差很小，可忽略不計（圖1.6）。熱交換主要取決于中間涂料層的導(dǎo)熱。 1.1 金屬(jnsh)凝固的溫度場2、凝固過程中傳熱(chun r)的方式與特

9、點(diǎn) 第16頁/共63頁第十七頁，共63頁。3金屬(jnsh)凝固層熱阻起決定作用鑄件在水冷金屬(jnsh)型中凝固時，金屬(jnsh)型的冷卻能力遠(yuǎn)大于金屬(jnsh)凝固層的導(dǎo)熱能力。當(dāng)液態(tài)金屬(jnsh)澆入型腔之后，金屬(jnsh)的表面溫度便由熔點(diǎn)突然降至很低的溫度，造成鑄件金屬(jnsh)凝 固 層 的 溫 差 很 大 ， 金 屬(jnsh)型的溫差很?。ㄈ鐖D1.7），可忽略不計。熱交換主要取決于金屬(jnsh)凝固層的導(dǎo)熱。 1.1 金屬(jnsh)凝固的溫度場2、凝固過程(guchng)中傳熱的方式與特點(diǎn) 第17頁/共63頁第十八頁，共63頁。4金屬凝固層熱阻和鑄型熱阻共同起決定

10、作用在非水冷厚壁金屬型鑄造的情況下，鑄型與鑄件充分接觸時，由于(yuy)鑄件金屬凝固層、鑄型、鑄件-鑄型界面的導(dǎo)熱系數(shù)接近，鑄件和鑄型的溫差都比較大（圖1.8）。熱交換由金屬凝固層和鑄型的熱阻共同控制。 1.1 金屬(jnsh)凝固的溫度場2、凝固過程中傳熱的方式(fngsh)與特點(diǎn) 第18頁/共63頁第十九頁，共63頁。結(jié)論：鑄件中間層鑄型(zh xn)系統(tǒng)中，熱阻最大的組元是傳熱過程的決定性因素。通常利用該因素控制鑄件的凝固過程。 1.1 金屬(jnsh)凝固的溫度場2、凝固過程(guchng)中傳熱的方式與特點(diǎn) 第19頁/共63頁第二十頁，共63頁。 研究金屬(jnsh)凝固溫度場的意義

11、 對金屬凝固過程中溫度場的變化進(jìn)行研究，就是要獲得鑄件任一位置在任一時刻的溫度情況。從而根據(jù)鑄件溫度場隨時間的變化特征，預(yù)計鑄件凝固過程中其斷面上各時刻的凝固區(qū)域的大小及變化、凝固前沿向中心的推進(jìn)(tujn)速度、鑄件結(jié)構(gòu)上各部分的凝固次序等重要問題。為正確設(shè)計澆注系統(tǒng)、設(shè)置冒口、冷鐵以及采取其他工藝措施控制凝固過程提供可靠的依據(jù)。對于消除凝固缺陷、提高鑄件組織及性能、獲得高質(zhì)量的鑄件非常重要。主要方法：數(shù)學(xué)分析法（解析法）、數(shù)值計算法和實(shí)驗(yàn)測定法。3、金屬凝固(nngg)溫度場的測定 1.1 金屬凝固的溫度場第20頁/共63頁第二十一頁，共63頁。（1）解析法： 傅里葉導(dǎo)熱微分方程（不穩(wěn)定導(dǎo)

12、熱微分方程）: 式中：為導(dǎo)溫系數(shù)，=/c，單位為m2/s，表示物體使其內(nèi)部各點(diǎn)的溫度趨于一致的能力。其中，為導(dǎo)熱系數(shù)（W/m），表示物體的導(dǎo)熱能力；c為比熱容（J/kg）；為密度(kg/m3)。 將溫度的各個邊界條件和初始條件代入求解，獲得液相、固相及鑄型(zh xn)中不同時刻溫度場的解析表達(dá)式：3、金屬(jnsh)凝固溫度場 )/(/222222ztytxtt)2(xDerfct第21頁/共63頁第二十二頁，共63頁。（1）解析法：下面以一維半無限大鑄件凝固為例進(jìn)行說明，圖1.9。邊界條件：（1） 鑄型與鑄件邊界：ti； （2） 凝固層與液相邊界：tk。初始條件：（1）液態(tài)(yti)金屬原

13、始溫度：tL0；（2）鑄型原始溫度：tM0。 3、金屬(jnsh)凝固溫度場 第22頁/共63頁第二十三頁，共63頁。（1）解析(ji x)法： 通解3、金屬(jnsh)凝固溫度場 SSikiSxerferftttt2)2/(LLkLLLxerferftttt2)2/(00MiMiMxerftttt2)(0第23頁/共63頁第二十四頁，共63頁。（2） 數(shù)值計算法 數(shù)值計算法是把所研究的物體從時間和位置上分割成許多小單元，對于這些小單元用差分方程式近似地代替微分方程式，給出初始條件和邊界條件，逐個計算各單元溫度的一種方法。即使鑄件形狀很復(fù)雜，也只是計算式和程序煩雜而已，在原則上都是可以計算的。

14、 數(shù)值計算法比其它近似計算法準(zhǔn)確性高，當(dāng)單元選得足夠小時，差分方程的離散誤差趨于零。用差分法把定解問題轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程，就可由電子計算機(jī)計算。 數(shù)值計算法有種種方法，目前(mqin)，有限差分法應(yīng)用較多。 3、金屬(jnsh)凝固溫度場 第24頁/共63頁第二十五頁，共63頁。（3）測溫法3、金屬(jnsh)凝固溫度場 測溫法是獲得金屬凝固溫度場最通用的方法，它是通過在鑄型中安放熱電偶直接測出金屬凝固過程的溫度變化情況,下圖。將各測溫點(diǎn)在不同時間(shjin)的溫度測量出來后，以時間(shjin)為橫坐標(biāo)，溫度為縱坐標(biāo)，繪制冷卻曲線。第25頁/共63頁第二十六頁，共63頁。（3）測溫法3、金屬(

15、jnsh)凝固溫度場 根據(jù)冷卻曲線繪制的鑄件斷面(dun min)上不同時刻的溫度場。 第26頁/共63頁第二十七頁，共63頁。4 影響金屬凝固溫度場的因素(yn s) 四個方面： 1）凝固金屬的性質(zhì)； 2）鑄型的性質(zhì)； 3）澆注條件； 4）鑄件結(jié)構(gòu)。第27頁/共63頁第二十八頁，共63頁。1金屬性質(zhì)的影響 1） 金屬的導(dǎo)溫系數(shù) 金屬的導(dǎo)溫系數(shù)大，鑄件(zhjin)內(nèi)部的溫度均勻化的能力就大，溫度梯度就小，即斷面上的溫度分布較平坦。 例如：鋁的導(dǎo)溫系數(shù)比鐵碳合金高9-11倍，而高合金的導(dǎo)溫系數(shù)只有碳鋼的1/3左右。 2） 結(jié)晶潛熱 金屬的結(jié)晶潛熱大，向鑄型傳熱的時間則要長，鑄型內(nèi)表面被加熱的溫

16、度也越高，因此鑄件(zhjin)斷面上的溫度梯度較小，鑄件(zhjin)冷卻速度下降，溫度場分布較平坦。 3） 金屬的凝固溫度 金屬的凝固溫度越高，在凝固過程中鑄件(zhjin)表面和鑄型內(nèi)表面的溫度越高，鑄型內(nèi)外表面的溫差就越大，鑄型導(dǎo)熱速度提高，致使鑄件(zhjin)斷面溫度場出現(xiàn)較大的梯度。 如：有色金屬與鋼鐵相比，凝固溫度低，其溫度場較平坦。ca 第28頁/共63頁第二十九頁，共63頁。 2. 鑄型性質(zhì)的影響(yngxing) 1）鑄型的蓄熱系數(shù) 鑄型的蓄熱系數(shù)越大，對鑄件的冷卻能力就越大，鑄件的溫度梯度就越大。 鑄型的導(dǎo)熱系數(shù)越大，能把鑄型內(nèi)表面吸收的熱迅速傳至外表面，使鑄型內(nèi)表面保

17、持強(qiáng)的吸熱能力，鑄件內(nèi)的溫度梯度也就大。 不同鑄型材料的導(dǎo)熱能力（從大到小排列）： 水冷金屬型（尤其是紫銅）、銅鑄型、鑄鐵型、涂料金屬型、砂型。 鑄型厚度的影響(yngxing)： 對于鋁、鎂、銅等低熔點(diǎn)合金，厚壁金屬型比薄壁金屬型冷卻能力大； 對于鑄鐵件、鑄鋼件等高熔點(diǎn)合金，金屬型的壁厚對冷卻速度影響(yngxing)不大。cb 第29頁/共63頁第三十頁，共63頁。 2. 鑄型性質(zhì)的影響2）鑄型的預(yù)熱(y r)溫度的影響 鑄型預(yù)熱(y r)溫度越高，對鑄件的冷卻作用就越小，鑄件斷面上的溫度梯度也就越小。第30頁/共63頁第三十一頁，共63頁。3澆注條件的影響 澆注溫度越高，過熱熱量加熱了鑄

18、型，所以過熱度越大，相當(dāng)于鑄型預(yù)熱溫度越高。鑄件內(nèi)的溫度場越平坦(pngtn)。 金屬型導(dǎo)熱快，澆注溫度的影響不大；砂型導(dǎo)熱慢，澆注溫度的影響比較大。 一般澆注溫度在金屬凝固溫度以上100內(nèi)。4鑄件結(jié)構(gòu)的影響1）鑄件的壁厚 厚壁鑄件比薄壁鑄件含有更多的熱量，當(dāng)凝固層向中心推進(jìn)時，把鑄型加熱到更高溫度，所以鑄件內(nèi)溫度場較平坦(pngtn)。2）鑄件的形狀 鑄件的棱角和彎曲表面，與平面的散熱條件不同。向外凸出的部分，散熱快，鑄件的冷速較大，溫度場陡峭；如果鑄件內(nèi)凹的表面，則相反。 第31頁/共63頁第三十二頁，共63頁。4鑄件結(jié)構(gòu)的影響2）鑄件的形狀 鑄件的棱角和彎曲表面，與平面(pngmin)的

19、散熱條件不同。向外凸出的部分，散熱快，鑄件的冷速較大，溫度場陡峭；如果鑄件內(nèi)凹的表面，則相反。 第32頁/共63頁第三十三頁，共63頁。1.2 金屬(jnsh)的凝固方式液態(tài)金屬澆入鑄型以后，隨著溫度的降低，便要發(fā)生凝固(nngg)。除純金屬和共晶合金以外，凝固(nngg)都在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。在凝固(nngg)過程中，斷面一般呈現(xiàn)三個區(qū)域：固相區(qū)、凝固(nngg)區(qū)（液固兩相區(qū)）、液相區(qū)。三個區(qū)域在鑄件斷面的位置和寬窄隨時間發(fā)生變化。這種凝固(nngg)過程中的動態(tài)變化情況可用凝固(nngg)動態(tài)曲線進(jìn)行分析。金屬的凝固(nngg)方式（逐層凝固(nngg)、糊狀凝固(nngg)、中間凝

20、固(nngg)）取決于凝固(nngg)區(qū)的寬度，可以直接從凝固(nngg)動態(tài)曲線上判斷。第33頁/共63頁第三十四頁，共63頁。1.2 金屬的凝固方式(fngsh)1.2.1 凝固動態(tài)曲線（凝固動態(tài)圖）利用凝固動態(tài)曲線可以(ky)找到任一時刻合金內(nèi)部的凝固情況。第34頁/共63頁第三十五頁，共63頁。1.2 金屬的凝固方式(fngsh)1.2.2 凝固區(qū)域及其結(jié)構(gòu)某一瞬間鑄件(zhjin)內(nèi)凝固區(qū)域的確定： 第35頁/共63頁第三十六頁，共63頁。1.2 金屬的凝固(nngg)方式1.2.2 凝固(nngg)區(qū)域及其結(jié)構(gòu)凝固(nngg)區(qū)域的結(jié)構(gòu)示意圖(另一半與之對稱)： 第36頁/共63頁

21、第三十七頁，共63頁。1.2 金屬(jnsh)的凝固方式1.2.3 凝固方式及其影響因素 1. 凝固方式 根據(jù)凝固區(qū)域的寬窄(kunzhi)可將鑄件的凝固方式分為逐層凝固、體積凝固（糊狀凝固）、中間凝固三種方式。 第37頁/共63頁第三十八頁，共63頁。1.2 金屬的凝固方式(fngsh)1.2.3 凝固方式(fngsh)及其影響因素 (1) 逐層凝固(nngg)屬于逐層凝固(nngg)的金屬：純銅、純鋁、灰鑄鐵、低碳鋼等 。第38頁/共63頁第三十九頁，共63頁。1.2 金屬的凝固方式(fngsh)1.2.3 凝固方式(fngsh)及其影響因素 (2) 體積(tj)凝固屬于這種凝固方式的金屬

22、有：球墨鑄鐵(qim-zhti)、高碳鋼、錫青銅等。 第39頁/共63頁第四十頁，共63頁。1.2 金屬的凝固(nngg)方式1.2.3 凝固(nngg)方式及其影響因素 (3) 中間(zhngjin)凝固大多數(shù)合金都是以中間凝固方式進(jìn)行凝固，如中碳鋼、白口(biku)鑄鐵等。 第40頁/共63頁第四十一頁，共63頁。1.2 金屬的凝固(nngg)方式1.2.3 凝固(nngg)方式及其影響因素 根據(jù)凝固動態(tài)(dngti)曲線上的“液相邊界”與“固相邊界”之間的縱向距離可以直接判斷凝固區(qū)域的寬度，并確定凝固方式。 第41頁/共63頁第四十二頁，共63頁。（1）合金(hjn)的結(jié)晶溫度范圍：取決

23、于鑄件材料。（2）鑄件的溫度梯度：是調(diào)節(jié)凝固方式的重要因素。1.2 金屬的凝固(nngg)方式1.2.3 凝固(nngg)方式及其影響因素 2. 影響凝固(nngg)方式的因素第42頁/共63頁第四十三頁，共63頁。第43頁/共63頁第四十四頁，共63頁。1.2 金屬的凝固方式1.2.4 凝固方式對鑄件(zhjin)質(zhì)量的影響(1) 逐層凝固(nngg)純金屬和共晶(n jn)成分合金的凝固過程 窄結(jié)晶溫度范圍合金的凝固過程 第44頁/共63頁第四十五頁，共63頁。逐層凝固(nngg)縮孔特點(diǎn)1.2 金屬的凝固(nngg)方式1.2.4 凝固(nngg)方式對鑄件質(zhì)量的影響(1) 逐層凝固(n

24、ngg)對鑄件的影響：（1）形成集中的縮孔（可通過設(shè)置冒口消除）。（2）熱裂傾向小。逐層凝固方式具有良好的充填及補(bǔ)縮條件。第45頁/共63頁第四十六頁，共63頁。體積凝固(nngg)過程體積凝固(nngg)方式的縮松1.2 金屬的凝固方式1.2.4 凝固方式對鑄件質(zhì)量(zhling)的影響(2) 體積凝固對鑄件的影響：（1）形成分散性的縮孔即縮松 。（2）熱裂的傾向大 。體積凝固時充填和補(bǔ)縮條件變差。第46頁/共63頁第四十七頁，共63頁。1.2 金屬的凝固方式1.2.4 凝固方式對鑄件質(zhì)量(zhling)的影響對于這類合金鑄件，采用普通冒口消除其縮松是很困難(kn nn)的，而往往必須采取其

25、它措施，如增加冒口的補(bǔ)縮壓力，加速鑄件冷卻等方法，以增加鑄件的致密性。(2) 體積(tj)凝固第47頁/共63頁第四十八頁，共63頁。1.3 金屬(jnsh)的凝固時間 金屬的凝固時間，是指從液態(tài)金屬充滿鑄型后至凝固完畢所需要的時間。 在設(shè)計冒口和冷鐵時需要對鑄件的凝固時間進(jìn)行估算，以保證冒口和冷鐵具有合適(hsh)的尺寸和正確的位置。 對于大型或重要鑄件，為了掌握其開箱時間，也需要對凝固時間進(jìn)行估算。 鑄件凝固時間可以采用熱電偶直接測定，也可以通過計算來確定。 下面主要介紹砂型鑄造和金屬型鑄造情況下，凝固時間的計算方法。第48頁/共63頁第四十九頁，共63頁。1.3 金屬(jnsh)的凝固時

26、間1.3.1 砂型鑄造(zhzo)條件下的鑄件凝固時間 1鑄件和鑄型(zh xn)斷面上溫度場的簡化模型tmt20 砂型熱阻對換熱起主要作用，溫度梯度主要集中在砂型中，鑄件和中間層的溫度梯度可以忽略。第49頁/共63頁第五十頁，共63頁。1.3 金屬(jnsh)的凝固時間1.3.1 砂型鑄造條件(tiojin)下的鑄件凝固時間 1鑄件和鑄型(zh xn)斷面上溫度場的簡化模型為了簡化計算，對該模型做如下假設(shè)：1）鑄件與鑄型都是半無限大，其接觸面為無限大平面；2）與液態(tài)金屬接觸的鑄型表面溫度，澆注后立即達(dá)到金屬表面溫度，且以后保持不變；3）凝固是在恒溫下進(jìn)行的；4）除凝固潛熱外，在凝固過程中沒有

27、釋放其他熱量；5）鑄型和金屬的熱物理性質(zhì)不隨溫度變化；6）由于液態(tài)金屬對流作用所引起的溫度場的改變略去不計；7）與凝固潛熱相比，金屬的顯熱可以忽略不計。第50頁/共63頁第五十一頁，共63頁。1.3 金屬(jnsh)的凝固時間1.3.1 砂型鑄造(zhzo)條件下的鑄件凝固時間 2凝固時間的計算 單位時間、單位面積(min j)，鑄型-鑄件界面換熱： 金屬釋放的結(jié)晶潛熱q1 = 鑄型吸收的熱量q2tmt20dLdq/11022)/(xxtq第51頁/共63頁第五十二頁，共63頁。1.3 金屬(jnsh)的凝固時間1.3.1 砂型鑄造(zhzo)條件下的鑄件凝固時間 k1）平方根定律(dngl)

28、：)2/(/kddv2）鑄件的凝固速度： 圖1.28-與-的關(guān)系曲線1-曲線；2-曲線結(jié)論：k 為鑄件的凝固系數(shù)，可由實(shí)驗(yàn)測得。 第52頁/共63頁第五十三頁，共63頁。1.3 金屬(jnsh)的凝固時間1.3.1 砂型(shxng)鑄造條件下的鑄件凝固時間 局限：只能用于大型平板鑄件(zhjin)凝固時間的計算。不能用于其他形狀，如立方體、圓柱體、球體等鑄件(zhjin)的凝固時間的計算。3）凝固時間（平板鑄件的厚度為D）：22)4/1 (Dk結(jié)論：2D第53頁/共63頁第五十四頁，共63頁。1.3 金屬(jnsh)的凝固時間1.3.1 砂型(shxng)鑄造條件下的鑄件凝固時間 為了考慮鑄

29、件(zhjin)形狀的影響，Chvorinov引入了鑄件(zhjin)模數(shù)的概念，將“平方根定律”發(fā)展為著名的“Chvorinov法則”。 對于平板鑄件(zhjin)，當(dāng)表面面積為S時，體積V=SD，散熱表面積可近似為2S，則鑄件(zhjin)的體積與散熱的表面積之比為M = D/2。 22)/1 (Mk M稱為鑄件模數(shù)，又稱當(dāng)量厚度、折算厚度，定義為鑄件體積與鑄件有效散熱表面積之比。 右式就是著名的“Chvorinov法則”。利用這個法則，可以計算立方體、圓柱體、球體等鑄件的凝固時間。22)4/1 (Dk改寫為第54頁/共63頁第五十五頁，共63頁。1.3 金屬(jnsh)的凝固時間1.3.1 砂型(shxng)鑄造條件下的鑄件凝固時間 鑄件模數(shù) M 的意義：當(dāng)液態(tài)金屬、鑄型、澆注條件一定時，鑄件的凝固時間主要決定于鑄件本身所含熱量的大小以及冷卻時散熱的快慢(kuimn)。前者與鑄件體積成正比，后者則與鑄件表面積成正比。鑄件體積越大，所含熱量就越多，凝固時間就越長；鑄件表面積越大，散熱面積就越大，凝固時間就越短。 第55頁/共63頁第五十六頁，共63頁。1.3 金屬(jnsh)的凝固時間1.3.1 砂型鑄造條件(tiojin)下的鑄件凝固時間 表1.3不同形狀鋼鑄件凝固時間第56頁/共63頁第五十七頁，共63頁。1.3 金屬(