凝固科学基础：5 凝固的传热学基础

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1、液态金属成型原理液态金属成型原理0、概论1、液态金属的结构和性质2、凝固的热力学基础3、界面4、凝固的结晶学基础5、凝固的传热学基础6、凝固过程的流体流动7、凝固金属的组织结构8、凝固过程的缺陷和对策第五章凝固的传热学基础第五章凝固的传热学基础HeatTransferinSolidification第五章凝固的传热学基础2•凝固过程是一个温度降低、热量散失的传热过凝固过程是一个温度降低、热量散失的传热过程。程。•凝固传热要解决的主要问题是凝固过程温度场及其变化。凝固潜热散失速度和金属内部的温度场决定了凝固速度、进程和组织。•目前凝固传热是研究凝固理

2、论的一个重要分支。第五章凝固的传热学基础3第五章凝固的传热学基础第一节温度场及其确定方法第二节糊状区第三节铸件的凝固时间第五章凝固的传热学基础4第一节温度场及其确定方法一、凝固传热的基本形式：一、凝固传热的基本形式：导热、对流、辐射导热、对流、辐射•不稳定温度场：温度场不仅在空间上变化，并且也随时间变化的温度场：T=f()x,y,z,t028601.3E21.4E21001.5E22001.4E2844001.3E2•稳定温度场：不随时间而变的1.2E2600温度场（即温度只是坐标的函1.1E21.2E28001.3E252数）76：1.2E210

3、00926836T=f()x,y,z44120002004006008001000120014001600第五章凝固的传热学基础5二、凝固动态曲线二、凝固动态曲线第五章凝固的传热学基础6二、凝固动态曲线二、凝固动态曲线第五章凝固的传热学基础7二、凝固动态曲线二、凝固动态曲线第五章凝固的传热学基础8二、凝固动态曲线二、凝固动态曲线第五章凝固的传热学基础9三、三、铸型导热的基本类型铸型导热的基本类型铸件铸件//铸型换热系统铸型换热系统•5个区域:¾1-液区；¾2-液固并存区；¾3-固态区；¾4-中间层-涂料，保护渣或气隙；¾5-铸型；•不稳定温度场-各

4、点温度随时间变化;第五章凝固的传热学基础10A.A.铸件铸件--非金属型换热系统非金属型换热系统图示τ瞬间的温度分布第五章凝固的传热学基础11铸件铸件--非金属型换热特点非金属型换热特点òλ-导热系数，单位温度梯度时的热流密度，W/m•ºC;òλ/λ<<1；铸件断面内G很小，温差很小，冷却缓慢；21铸型则相反；ò中间层极薄，性质与非金属铸型相近似；可以忽略；ò非金属铸型是换热的控制因素。第五章凝固的传热学基础12B.B.铸件铸件--金属型换热系统金属型换热系统第五章凝固的传热学基础13铸件铸件--金属型换热系统特点金属型换热系统òλ<<λ,λ<<λ

5、;3132ò铸件、铸型断面内G都很小；可以忽略其温差；ò中间层极薄，性质与非金属铸型相近似，是换热的控制因素。第五章凝固的传热学基础14例例::连铸结晶器过程（相当于水冷金属型）传热过连铸结晶器过程（相当于水冷金属型）传热过程、温度分布和控制措施程、温度分布和控制措施分析：（1）传热现象（2）温度分布铸坯与结晶器之间气隙热阻最大。（3）解决办法：改变中间层（气隙）厚度。第五章凝固的传热学基础15第一节温度场及其确定方法第一节一、一、凝固传热的基本形式凝固传热的基本形式二、凝固动态曲线二、凝固动态曲线三、铸型导热的基本类型三、铸型导热的基本类型四、温

6、度场的影响因素四、五、温度场的确定五、温度场的确定第五章凝固的传热学基础16四、铸件温度场的影响因素¢A.金属铸件的性质¢金属的导热系数——金属的导热系数大，铸件内部的温度均匀化的能力就大，温度梯度就小，即断面上的温度分布较平坦。¢结晶潜热——金属的结晶潜热大，向铸型传热的时间则要长，铸型内表面被加热的温度也越高，因此铸件断面上的温度梯度较小，铸件冷却速度下降，温度场分布较平坦。第五章凝固的传热学基础17四、铸件温度场的影响因素¢B.铸型性质¢铸型的蓄热系数——铸型的蓄热系数越大，对铸件的冷却能力就越大，铸件的温度梯度就越大。¢铸型的预热温度——铸

7、型预热温度越高，对铸件的冷却作用就越小，铸件断面上的温度梯度也就越小。第五章凝固的传热学基础18四、铸件温度场的影响因素¢C．浇注条件的影响浇注温度：过热热量加热了铸型，所以过热度越大，相当于铸型预热温度越高。铸件内的温度场越平坦。¢D．铸件结构的影响¢铸件的壁厚——厚壁铸件比薄壁铸件含有更多的热量，当凝固层向中心推进时，把铸型加热到更高温度，所以铸件内温度场均匀。¢铸件的形状——铸件的棱角和弯曲表面，与平面的散热条件不同。第五章凝固的传热学基础19第一节温度场及其确定方法第一节一、一、凝固传热的基本形式凝固传热的基本形式二、凝固动态曲线二、凝固动

8、态曲线三、铸型导热的基本类型三、铸型导热的基本类型四、温度场的影响因素四、五、温度场的确定五、温度场的确定第五章凝固的传热