|
При затвердевании сплавов теплота
передается литейной форме через ряд тепловых сопротивлений, которыми являются
расплав, слой затвердевшего металла, форма, а также поверхность раздела
металл—форма. Теплопередача осуществляется в условиях наличия температурных перепадов
внутри каждой однородной среды (жидкого и твердого металла, формы) и
температурных напоров на границе соприкосновения двух сред (металл—форма,
форма—воздух).
В теплообмене обязательно участвуют две среды: отливка
охлаждается (Bi0), а форма нагревается (В1ф).
Литейные формы различают прежде всего по
теплофпзическим свойствам. Процессы затвердевания в них отливок подобны, но
характеризуются различными значениями критерия Био (Bi0 и В1ф), которые могут
меняться от 0 до оо. Наиболее резко отличаются в этом смысле объемные
песчаные формы и тонкостенные металлические для изготовления фасонных
отливок. Проанализируем затвердевание отливок в этих формах.
В объемной песчаной форме отливка охлаждается с малой
интенсивностью, так как термическая проводимость (Х0//0) велика по сравнению
с коэффициентом теплоотдачи а. Сама же форма нагревается с большой
интенсивностью, так как ее термическая проводимость мала по сравнению с
коэффициентом теплоотдачи из-за Низкой теплопроводности формовочной смеси
(Хф) и большой толщины (/ф). Следовательно, теплофизические характеристики
песчаной формы Bi0 < 1; В1Ф > 1.
Объемная песчаная форма может считаться полубесконечной,
так как ее внешняя поверхность в период затвердевания отливки не нагревается.
Если пренебречь температурными перепадами в слоях жидкого и твердого металла
и представить, что внутренняя поверхность формы сразу же приобретает
температуру металла, залитого без перегрева, то распределение температур в
средах, участвующих в теплообмене, будет таким, какое показано на 4.
Отливки сложной конфигурации можно рассматривать как
состоящие из плоских, цилиндрических и сферических частей со своим значением
приведенного размера R. В отличие от плоских в цилиндрических и шаровых
отливках линейная скорость затвердевания к концу процесса не уменьшается, а
увеличивается, что связано с изменением соотношения объема затвердевающего
металла и поверхности охлаждения.
Кроме объемных песчаных форм, для изготовления отливок
используют песчаные (керамические) оболочковые и металлические формы. На
рабочую поверхность металлических форм в большинстве случаев наносят слой
огнеупорного покрытия, являющийся термическим сопротивлением.
Закономерности затвердевания отливок в объемных песчаных
формах справедливы и для форм других типов, в том числе металлических со
слоем теплоизолирующего покрытия. В этом случае коэффициент затвердевания
будет определяться не способностью формы отводить теплоту от отливки (6ф), а
свойствами затверде
вающего металла проводить теплоту от центра к поверхности
(0//0) и передавать ее форме (а).
Лишь в случае использования тонкостенных водоохлаждаемых
металлических форм (без слоя покрытия) для получения тонкостенных отливок
толщина слоя затвердевающего металла изменяется со временем линейно, а
скорость затвердевания становится постоянной.
|