Расчет затвердевания

Используя общее решение задачи затвердевания с помощью математической модели ( 5 -1)-( 5 -) возможно решить конкретные инженерные задачи, связанные с затвердеванием отливки.

Так, для данной отливки возможно произвести расчет ее затвердевания. Продолжительность затвердевания отливки t₃определяем по формуле [34]:

(5-)

где L_E- удельная теплота кристаллизации эвтектики, Дж/кг;

b₄- коэффициент теплоаккумуляции формы, Дж/м²К×с^0,5или Вт×с^1/2/м²К;

R₀- приведенный размер;

Т_Е- температура эвтектики сплава, К;

r₃- плотность отливки, кг/м³;

Т_ф- температура формы, К;

t₁- время полного охлаждения перегретого расплава, К.

(5-)

где С₁- удельная теплоемкость расплава, Дж/кг×К;

r₁- плотность расплава, кг/м³.

Т_Н= 1/2 (Т_n+ Т_L), Т_н»Т_зал;

Т_Н= 1/2 (Т_зал+ Т_L),

где Т_зал- температура заливки, К;

Т_L- температура ликвидуса, К.

Рис.5-3.

На Рис. 5 -3,а приведена кривая изменения скорости затвердевания тела отливки в зависимости от времени. Расчет выполнен по

(5-)

где V_Е- температура эвтектики,

для t ³t₁.

На Рис. 5 -3, б представлено распределение линейной скорости затвердевания в теле отливки. График построен по формуле

(5-)

при к = 0,

где l₀= r₀- характерный приведенный размер, равный половине толщины отливки.

Распределение скорости затвердевания неоднородно: в центре тела скорость более, чем в 2 раза меньше скорости у поверхности (Рис. 5 -3). С помощью структурной диаграммы [34] по средней скорости затвердевания и скорости затвердевания у поверхности и в центре отливки, а также химическому составу чугуна (чугунный лом - тормозные колодки от железнодорожных вагонов, химический состав: Si- 1.18%,Mn- 0.61%,C- 3.47%,P- 0.185%,S- 0.083%) иНВ= 229, определяем структуру чугуна. Судя по этой диаграмме, основной структурой данной отливки является феррит, причем концентрация его от поверхности к середине увеличивается, что и подтверждает структура реальной отливки (Рис. 5 -4).

Рис.5-4.

Эта структура является не желательной для отливки теплообменник, т.к. ферритная структура плохо работает при повышенных давлениях, в результате чего отливка дает течь. Необходимо изменить ферритную структуру на перлитную.

Применение эвм

Для приближенного инженерного решения математической модели и построения графиков скорости затвердевания и эквивалентной скорости затвердевания (Рис. 5 -3) с помощью ЭВМ, использовалась авторская программа. Программа написана на языке высокого уровня TURBO Pascal 7.0.

Результаты расчетов выведены на магнитные носители информации при помощи САПР “Аuto CAD 12”.

Исходные данные для расчета и текст программы см. приложение.

Герметичность чугунов

Под герметичностью чугуна понимают его способность противостоять проникновению через него находящихся под давлением жидкости или газа [24].

Герметичность чугуна во многом зависит от физического его состояния и, в частности, от наличия в нем пористости. Герметичность и пористость чугуна являются взаимно связанными величинами, одна из которых обусловливает другую. Поэтому оценка герметичности чугуна в дальнейшем будет произведена на основании пористости.