47. Методы исследования затвердевания металла в отливки

Экспериментальные методы основаны на прямом измерении скорости перемещения твердого слоя металла в зависимости от времени . По измеренным величинам рассчитывают константу затвердевания К и затем по закону квадратного корня определяют величину затвердевшего слоя металла:

где К - константа затвердевания;

На практике применяют следующие экспериментальные методы: 1 . Метод выливания жидкого остатка. Из форм, залитых одним и тем же сплавом, при постоянной температуре через разные промежутки времени выливают жидкий остаток и измеряют толщину затвердевшего слоя металла. Метод непригоден для широко интервальных сплавов.

2. Метод исследования по макроструктурным слоям путем до­бавления в расплав серы, радиоактивных веществ или путем вибрации формы. Этим методом получают для изучения четкие выделенные гра­ницы твердой фазы.

3. Метод прямого измерения температурного поля отливки и формы с помощью термопар, вмонтированных как в отливку, так и в форму на различных расстояниях от поверхности металл-форма теплопроводностью формы. Постепенно температуры металла и формы на их границе выравниваются и начинается процесс охлаждения,

Располагая температурными кривыми можно построить температурно-временное поле в координатах Т-Х (расстояние от по­верхности раздела формы и отливки). Поле показывает рас­пределение температур в последовательные промежутки времени. На границе металл-форма существует скачок температур, связанный с теп­ловым сопротивлением зазора между ними.

Математические методы (аналитические) основаны на решении дифференциального уравнения Фурье для теплопереноса в системе от­ливка-форма (для теплоотвода в одном направлении. Однако уравнение выведено на основе общих физических зако­нов. Для каждого конкретного случая к данному уравнению необходимо добавить математически выраженные особые условия этого случая (краевые условия). Краевые условия учитывают; геометрические усло­вия (форму и размер тела); физические условия (физические свойства тела и окружающей среды); граничные условия; временные условия.

Приближенные методы - это более простые решения на основе расчетов и предложений, позволяющих получать довольно точные ре­зультаты.

К приближенным относятся:

полуэмпирические (инженерные) расчеты, которые используют отдельные параметры в виде безразмерных критериев, что упрощает расчеты;

численные методы (более трудоемкие), основой их является ме­тод элементарных (тело разбивается на элементарные объемы) тепловых балансов. Эти методы не требуют упрощающих допущений, используются для расчета температурного поля и процесса затвердевания конкретных отливок. При этих методах из-за трудоемкости применяют ЭВМ.

аналоговые методы, которые используют подобие процесса теплопереноса другим теплофизическим процессам. Например, на подобии явления теплопереноса ламинарному течению жидкости разработан ме­тод гидротепловой аналогии и т.д.