Тепловые основы кристаллизации чугуна в простейших условиях

16.10.2019

Вне зависимости от того, рассматривается ли кристаллизация из жидкою пли твердого состояния, тепловые условия этих процессов в обычных неизотермических условиях определяются теплоотводом. Для анализа этих процессов достаточно рассмотреть один самый простой из них. Таким процессом является затвердевание плоской отливки с одномерным линейным полем в условиях идеальною контакта металла с песчаной формой при отсутствии интервала кристаллизации и перегрева. Кроме того, примем, как эго обычно бывает в песчаных формах, что слой формовочных смесей достаточно большой, чтобы с внешней поверхности форма не прогревалась и чтобы она, следовательно, полностью аккумулировала теплоту кристаллизации. В этих условиях (рис. 14) можно принять, что переохлаждение (AT) мало, а избыточная температура поверхности соприкосновения (0n) между металлом и формой весьма близка к избыточной температуре затвердевания (0кр). В этом случае независимо от характера кристаллизации — последовательной (рис. 14, а) или объемной (рис. 14, б) — можно принять следующие выражения для теплового потока (q) и количества отводимого с единицы поверхности тепла (QF):

где bф — коэффициент тепловой активности формы;

т — продолжительность процесса.

Таким образом, переохлаждение (AT) и свойства металла оказывают на тепловой поток и продолжительность процесса в условиях песчаной формы очень малое влияние (через температуру соприкосновения), и поэтому их значения отсутствуют в выражениях (I.14) и (I.15).

Однако, с точки зрения характера кристаллизации, как будет показано ниже, переохлаждение играет большую роль, несмотря на свою малую величину, и поэтому его следует обязательно учитывать. Точно также им нельзя пренебрегать в тепловых расчетах в первые моменты кристаллизации, когда изменения величины переохлаждения и соответствующего физического тепла играют существенную роль в тепловом потоке. В этом случае независимо от того, имеет ли место последовательная или объемная кристаллизация отливки, приближенно справедливы равенства

где e — толщина корки (рис. 14, а) или твердой фазы (рис. 14, б), как бы собранной в единую корку;

L — теплота кристаллизации; у — удельный вес металла;

l — половина толщины плоской отливки;

с — теплоемкость металла.

Первые слагаемые правых частей уравнений выражают скорость выделения и количество тепла кристаллизации, а вторые слагаемые — соответствующие значения физического тепла при изменении величины переохлаждения (AT). Однако по мере увеличения объема или толщины корки закристаллизовавшейся фазы (e) относительное значение физического тепла (lсуАТ) уменьшается вследствие малой величины AT, так что к моменту конца затвердевания (тк) можно пренебречь физическим теплом. В этом случае уравнение (I.17) изобразится,

где k = 2/Vп bф0кр/Ly — коэффициент затвердевания для указанных условий кристаллизации плоской отливки в песчаной форме.

При малой интенсивности теплоотвода, в частности, для песчаных форм, формула (I.19) приближенно пригодна для отливок любой конфигурации, если заменить половину толщины плоской отливки (l) приведенной толщиной R = W/F, представляющей отношение объема отливки, а значит, и теплосодержания к ее теплоотводящей поверхности.

где Re — приведенная толщина образованной новой фазы.

Реальные условия, конечно, значительно сложнее указанных, в частности экспериментальные исследования показывают, что кинетика затвердевания определяется более точно формулой

Однако для поставленной цели (качественной оценки) точность приведенных формул вполне достаточна. В частности, можно утверждать, что если величина теплоотвода q в действительности и не точно пропорциональна Vт, то во всяком случае она несомненно возрастает во времени, что весьма важно для последующих выводов.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна