第二章答案

发布 2022-07-14 16:01:28 阅读 7690

第二章。

1. 已知某半无限大板状铸钢件的热物性参数为:导热系数λ=46.

5 w/(m·k), 比热容c=460.5 j/(kg·k), 密度ρ=7850 kg/m3,取浇铸温度为1570℃,铸型的初始温度为20℃。 用描点作图法绘出该铸件在砂型和金属型铸模(铸型壁均足够厚)中浇铸后0.

02h、0.2h时刻的温度分布状况并作分析比较。铸型的有关热物性参数见表2-2。

解:(1)砂型: =12965 =639

界面温度: =1497℃

铸件的热扩散率: =1.3 10-5 m2/s

根据公式分别计算出两种时刻铸件中的温度分布状况见表1。

表1 铸件在砂型中凝固时的温度分布。

根据表1结果做出相应温度分布曲线见图1。

2)金属型: =12965 =15434

界面温度727.6℃

同理可分别计算出两种时刻铸件中的温度分布状况见表2与图2。

表2 铸件在金属型中凝固时的温度分布。

(3) 分析:采用砂型时,铸件金属的冷却速度慢,温度梯度分布平坦,与铸型界面处的温度高,而采用金属铸型时相反。原因在于砂型的蓄热系数b比金属铸型小得多。

2. 采用(2-17)、(2-18)两式计算凝固过程中的温度分布与实际温度分布状况是否存在误差?分析误差产生的原因,说明什么情况下误差相对较小?

解:是有误差的。因为在推导公式时做了多处假设与近似处理,如:

没有考虑结晶潜热。若结晶潜热小,则误差就小;

假设铸件的热物理参数、、与铸型的热物理参数、、不随温度变化。若它们受温度影响小,则误差就小;

没有考虑界面热阻。若界面热阻不大,则误差就小;

假设铸件单向散热,因此只能用于半无限大平板铸件温度场得估算,对于形状差异大的铸件不适用。

3. 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;

选用适当的铸型材料和起始(预热)温度;

在铸型中适当布置冷铁、冒口与浇口;

在铸型型腔内表面涂敷适当厚度与性能的涂料。

4. 比较同样体积大小的球状、块状、板状及杆状铸件凝固时间的长短。

解:一般在体积相同的情况下上述物体的表面积大小依次为:a球根据与

所以凝固时间依次为: t球》t块》t板》t杆。

5. 在砂型中浇铸尺寸为300 300 20 mm的纯铝板。设铸型的初始温度为20℃,浇注后瞬间铸件-铸型界面温度立即升至纯铝熔点660℃,且在铸件凝固期间保持不变。

浇铸温度为670℃,金属与铸型材料的热物性参数见下表:

试求:(1)根据平方根定律计算不同时刻铸件凝固层厚度s,并作出曲线;

2)分别用“平方根定律”及“折算厚度法则”计算铸件的完全凝固时间,并分析差别。

解:(1) 代入相关已知数解得: ,1475 ,

= 0.9433 (m)

根据公式计算出不同时刻铸件凝固层厚度s见下表,曲线见图3。

2) 利用“平方根定律”计算出铸件的完全凝固时间:

取=10 mm, 代入公式解得: τ112.4 (s) ;

利用“折算厚度法则”计算铸件的完全凝固时间:

8.824 (mm) =87.5 (s)

采用“平方根定律”计算出的铸件凝固时间比“折算厚度法则”的计算结果要长,这是因为“平方根定律”的推导过程没有考虑铸件沿四周板厚方向的散热。

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