凝固习题第二章

金属凝固理论第二章习题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？答：可以通过以下的工艺措施改变或控制凝固速度：①改变铸件的浇注温度、浇注方式以及浇注速度；②选用适当的铸型材料和预热温度；③在铸型中适当设置一些冒口、浇口等；④在铸型型腔内表面涂适当厚度与性能的材料。2.影响铸件凝固方式的因素有哪些？答：影响铸件凝固方式的因素有合金凝固的温度区间和铸件断面的温度梯度两方面。3.何为凝固动态曲线？有何意义？答：根据凝固体断面各位置的温度与时间的关系曲线，在位置与时间的坐标图上绘制成的凝固体断面上，不同位置、不同时间达到同一温度的连线，称之为凝固动态曲线。凝固动态曲线的意义：可以判断金属在凝固过程中两相区（凝固区）的宽窄，由两相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：凝固方式分为三种：①逐层凝固方式对铸件质量的影响：流动性好，容易获得健全凝固体，液体补缩好，铸件组织致密，形成集中缩孔的倾向大；热裂倾向小，气孔倾向小，应力大，偏析严重。②体积凝固方式对铸件质量的影响：流动性差，不容易获得健全的凝固体，液体补缩差，铸件组织不致密，形成集中缩孔的倾向小，热烈倾向大，气孔倾向大，缩松倾向大，应力小，宏观偏析不严重。③中间凝固方式对铸件质量的影响介于上述二者之间。5.凝固时间“平方根定律”与“折算厚度法则”有何不同？答：“平方根定律”对大平板、球体、长圆柱体铸件比较准确，对于短而粗的杆和矩形，由于边角效应的影响，计算结果一般比实际凝固时间长10％～20％，但其揭示了凝固过程中的基本规律；“折算厚度法则”考虑了铸件形状的影响因素，更接近实际，是对“平方根定律”的修正。6．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。答：在体积相同的前提下，上述铸件的表面积大小依次为：𝐀杆﹥𝐀板﹥𝐀块﹥𝐀球。根据凝固时间𝐭=𝐑𝟐𝐊𝟐，𝐑𝟐=𝐕𝟐𝐀𝟐，V、K均为定值所以𝐭∝𝟏𝐀𝟐，即凝固时间：𝐭球𝐭块𝐭板𝐭杆7．在砂型中浇注尺寸为300×300×20mm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。浇注温度670℃，金属与铸型热物性参数见表：热物性材料导热系数W/(m·K)比热容∁J(kg·K)密度ρKg/m³热扩散率α㎡/s结晶潜热J/kg纯铝212120027006.5×10−53.9×105砂型0.739184016002.5×10−7试求：⑴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；⑵分别用“平方根定律”及“折算厚度法则”计算铸件完全凝固时间，并分析差别。解、⑴b2=√λ2∁2ρ2=√0.739×1840×1600=1475.0K=2b2（Ti−T20）√πρ[L+∁1(T浇−Ts)]=2×1475.0×(660−20)√π×2700×[3.9×105+1200×(670−660)]=9.8×10−4不同时刻得到的铸件凝固层厚度ξ=9.8×10−4√tξ-τ曲线如图：ξ/mm20416τ/s⑵用“平方根定律”：t=ξ2K2=0.022(9.8×10−4)2=4.16×102s用“折算厚度法则”：R=V1A1=0.3×0.3×0.022×0.3×0.3+4×0.3×0.02=8.82×10−3t=R2K2=(8.82×10−3)2(9.8×10−4)2=81s计算结果显示，用“平方根定律”和“折算厚度法则”计算大平板的凝固时间时结果相差很大，前者适用于大平板、球体和长圆柱体，后者适用于短而粗的杆和矩形。采用“平方根定律”计算出的时间比较长，是因为其没有考虑铸件沿四周板厚方向的散热。