第2章 液态成形中的流动性与充型性资料.pptVIP

* * * 有限元法:有限元法是根据变分原理来求解热传导问题微分方程的一种数值计算方法。有限元法的解题步骤是先将连续求解域分割为有限个单元组成的离散化模型，再用变分原理将各单元内的热传导方程转化为等价的线性方程组，最后求解全域内的总体合成矩阵。 * * （三） 实验测定方法 测温法： 采取在铸型中安放热电偶来直接测出凝固过程中铸件的温度变化情况，其主要技术包括热电偶布放位置的选择及测温结果的处理，要求采用尽可能少的热电偶获得尽可能多的有效信息。 * 凝固状态与方式 铸件凝固方式分类 铸件动态凝固曲线 铸件凝固方式及作用 铸件凝固方式的影响因素 凝固时间的计算 * （一） 铸件凝固方式分类 固相区 固-液 凝固相区 液-固 液相区 凝固区域结构示意图 固相线边界 液相线边界 倾出边界 * 根据固液两相区的宽度，可将凝固过程分为逐层凝固方式与体积凝固方式（或糊状凝固方式）。 当固液两相区很窄时称为逐层凝固方式，反之为糊状凝固方式，固液两相区宽度介于两者之间的称为“中间凝固方式”。 * 铸件凝固方式对凝固液相的补缩能力影响很大，从而影响最终铸件的致密性和热裂纹产生几率。 * （二）铸件动态凝固曲线 铸型型腔内各个部位的凝固状况的动态变化，可通过在浇注前在铸型型腔内预置测温热电偶，来记录凝固过程中各点的温度变化，从而可以绘制出各个瞬间铸型内的凝固状况。所得图形称为铸件动态凝固曲线。 * 可以根据“液相边界”与“固相边界”之间的横向距离直观地得出铸件内各部位的开始凝固时刻与凝固结束时刻，也可以根据“液相边界”与“固相边界”之间的纵向距离得出凝固过程中的任一时刻铸件断面上已凝固固相区、固液两相区和尚未凝固的液相区的宽度。 * * （三）铸件凝固方式及作用 合金凝固温度区间 温度梯度 * 合金凝固温度区间的影响 * G大 → 两相区窄 G小 → 两相区宽 温度梯度G的影响 * 实际铸件凝固中的温度梯度受很多因素影响, 包括铸型的导热性能、预热温度、合金的浇注温度等。 逐层凝固 中间凝固 体积凝固 窄 宽 陡 平 温度梯度的影响 合金凝固温度区间的影响 * 铝合金的动态凝固曲线 * 结论： 以逐层方式凝固时，在凝固过程中容易补缩，组织致密，成形件性能好； 以体积方式凝固时，不易补缩，易产生凝固缺陷（如缩松、夹杂、开裂等），成形件性能差。 * （四）凝固温度场的影响因素 凝固材料的性质 模型的性质 浇铸条件 制件结构 * 凝固材料的性质 导温系数：材料的导温系数大，则成形件内部的温度均匀化倾向大，温度梯度小，断面上的温度分布曲线平坦。 凝固结晶潜热：在其它条件相同的情况下，材料的凝固结晶潜热大，成形件断面的温度梯度分布越小，成形件的冷却速度降低，温度场比较平坦。 凝固温度：材料的凝固温度越高，则在凝固成形件表面和模型内表面温度越高，致使成形件断面的温度梯度较大，温度分布曲线较陡。 * 模型性质 液态金属在铸型中的凝固是依靠模型将热量传递并向环境散失而进行的，故其铸型的吸热速度越大，铸件断面上的温度梯度越大，即温度场越陡。 例： 砂型铸造：吸热速度慢，故铸件截面的温度分布曲线始终都很平坦，温度梯度小。 水冷金属铸型：吸热速度最大，故温度梯度最大。 预热模型：预热温度越高，外冷却作用越小，制件断面上的温度梯度越小，温度场也越平坦。 * 浇铸条件 对于金属的砂型铸造，因铸型的吸收速度慢，散热能力低，故浇铸温度对温度场也有影响。 原因：浇铸温度高，则放出的过热显热增大，相当于提高了铸型的温度，冷却速度降低，故铸件断面上的温度梯度减小。 * 制件结构 成形件越厚，断面的温度梯度越小； 成形件的凸面和外角部分的冷却速度比平面快，温度梯度较大。 原因：厚壁成形件比薄壁成形件需传递更多的热量，故凝固过程势必将模型加热到更高温度。 * （五）铸件凝固时间计算 铸件的凝固时间：是指从液态金属充满型腔后至凝固完毕所需要的时间。铸件凝固时间是制订生产工艺、获得稳定铸件质量的重要依据。 无限大平板铸件的凝固时间 理论计算法 大平板铸件凝固时间计算（凝固系数法） 一般铸件凝固时间计算的近似公式（模数法） * 对于铸型： 所以： 凝固时间 t 内导出的总热量： 至凝固结束时刻，铸件放出的总热量（包括潜热L）： 根据能量守恒定律得： Ti T T20 T10 铸型侧 铸件侧 * 对于大平板铸件，凝固层厚度 ξ与凝固层体积 V1 、铸件与铸型间接触面积 A1 三者间满足关系式： 令 （K — 凝固系数，与铸件与铸型材料有关，可由试验测定，见下表） 得： 或： * 常见材料的凝固系数 铸件材料 铸型 凝固系数K 灰铸铁 砂型 0.72 金属型 2.2 可锻铸铁 砂型 1.1 金属型 2.0 铸钢 砂型 1.3 金属型 2.6 黄铜