Способ определения коэффициента теплоаккумулирующей способности материалов

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОАККУМУЖРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, включакиций измерение температуры термопарой, размещенной в центре отливки из металла с известными теплофизическими свойствами и определение коэффициента тёплоаккумулирующей способности, о т л Ич а ю щ и Я Q я тем, что, с целью сокращения времени измерений и расширения функциональных возможностей определения коэффициента теплоаккумулирующих способностей материала поверхностного .слоя литейной формы, отливку получают в виде капли расплава , помещают ее на спай термопары и расплкадивают образцами исследуемого | § у1атериапа до толщины,равной диаметру (О спая термопары.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

С ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 -

H. A8TOPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3417610/22-02

° (22) 31,03. 82 (46) 15. 12. 83. Бюл. )) 46 (72)Г.Ш. Кирия и A.B. Соценко (71) Днепропетровский ордена Трудового

Красного ЗНамени металлургический институт (53)621.74 .08(088 ° 8). (56}1. Берг П.П. Качество литейных форм. М., "Машиностроение", 1971, с. 29.

2. Бейник A.È. Термодинамика ли- тейной форьы, М., "Машиностроение", 1968, с. 98.

3. Петриченко A.Ì. Теория и технология кокильного литья. Киев, "Техника", 1967, с. 23.

,3151) 6 01 М 25/18; Б 22 D 2 Pp) (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОАККУМУЛИРУЕ1цЕИ СПОСОБНОСТН NATEPHAJIOB, включающий измерение температуры термопарой, размещенной в центре отливки из металла с известными теплофизическими свойствами и определение коэффициента теплоаккумулирующей способности, о т л ич а ю щ и и с я тем, что, с целью сокращения времени .измерений и расширения функциональных возможностей определения коэффициента теплоаккумулирующих способностей материала поверхностного слоя литейной форжи, отливку получают в виде капли расплава, помещают ее на спай термопары и расплющивают образцами исследуемого Я материала до толщины, равной диаметру спая термопары.

1061018

Изобретение относится к технике исследований или анализа формовочных материалов путем определения коэффициента теплоаккумулирукщей способности, Известен способ определения коэф- 5 фициента теплоаккумулирующей способности Ь, включающий расчет Ь по известным значениям теплопроводности Л, теплоемкости с и удельной массы gP1g.

Недостатком этого способа является 1р необходимость производить три различных эксперимента по определению исходных величин ), р и с . Кроме того, окончательный результат содержит по- грешности от измерения каждой из вхо" 15

Лящии в еормулр 6g = Y3 g c величин.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ (прототип )определения коэффициента Ь, включающий измерение температуры тер-2 мопарой, размещенной в центре .отливки из металла с известными теплофизическими свойствами и вычисление коэффициента теплоаккумулирующей способности.

Способ реализуется следующим образом. В плоскую литейную форму из ис— следуемого материала з аливают металл с известными теплофизическими свойствами, измеряют температуру термопа- ЗО ры в центре отливки и в нескольких точках по сечению формы, строят температурное.поле формы для момента полного затвердевания отливки и вычисляют коэффициент теплоаккумулирую- 35 щей способности Ьг (2 j.

Осуществление указанного способа сложно, требует изготовления литейной формы, сверления в ней отверстий, установки и закрепления в них нескольких термопар, количество которых обуславливает точность эксперимента. Необходимо применять. специальные приспособления для закрепления и защиты 45 от расплавленного металла термопары, установленной в центре отливки. Процесс измерения длителен, так как для охлаждения массивной отливки до пол- . ного затвердевания необходимо значительное время. Сокращение же продолжительности эксперимента за счет уменьшения массы отливки снижает точность эксперимента. Следует также отметить существенную сложность изготовления литейной формы из твердых и хрупких материалов, таких., например, как белый чугун. Наконец, с помощью известного способа невозможно измерить коэффициент Ь материала поверхностного слоя металлических 60 литейных форм, который в результате например борирования или азотирования, приобретает теплофизические свойства, отличающиеся от основной массы формы и поэтому в значительной степе 5 ни влияющие на теплообмен между отливкой и формой.

Цель изобретения - сокращение времени измерений и расширение функциональных возможностей определения коэффициента теплоаккумулирующей способности материала поверхностного слоя литейной форвард.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу определение коэффициента теплоаккумулирующей способности материалов, включающему измерение температуры термопарой, размещенной в центре отливки из металла с известными теплофизическими свойствами и определение коэффициента теплоаккумулирующей способности, отливку получают в виде капли расплава, помещают ее на спай термопары и расплющивают образцами исследуемого материала до толщины равной диаметру спая термопары.

Как известно иэ теории теплообмена, температура контакта двух тел зависит только от теплофизических свойств ма-, териала соприкасающихся тел. В частности, выражение для определения температуры контакта отливки и формы f3) имеет вид

1 1 — ф.

1 Ъ„г (Л)

1t—

2 че 1 где tk — температура контакта; температура отливки и формы соответственно, 1

b, i Ьг- коэффициент теплоаккумулирующей способности материала отливки и формы соответственно.

Преобразовав выражение (1 ), получим расчетную форму предлагаемого спо-, соба, ej- tk

Ъг=Ь1 t -t (2)

Для большинства чистых металлов величина коэффициента теплоаккумулирующей способности, входящая в формулу (2 ) в виде Ь„, определена с высокой точностью и прйводится в справочниках.

Значения t<, t > и 1.)гопределяют экспериментально. Для этого между электродами и термопарой, подключенной к осциллографу, непосредственно за спаем защемляют навеску металла с известными тецлофизическими свойствами, вводят термопару в вертикальную трубчатую печь и нагревают выше температуры плавления металла навески. Образовавшаяся в результате плавления навески капля расплава под действием собственного веса стекает на спай термопары и удерживается на нем за счет сил поверхностного натяжения. Затем термопара, которая в этот момент фик1061018

«Ь» «ФВ «Ю «««

Теьвература, С

««««49 «Ю ««$0 «ЯВ Ф Ю ««

Ьг, кк /РW

«««««В««««

Средняя продоакнтельность экспериментов, мин. СпОсОб ,опреде.ления

Исслвдувеый объект .

«4««««««««М«

« «аЬ«« средняя экспериментальная

«««««

Подготовитель-ный этап

Непо средствен-: но экс1t9P0% мент

«««««

° Ю«ФЬ«юю «

Предлагаемый Обычный

930 25

935 28

678 .. 194,6 .

678 . 190,1

692 195,5

740 158,0

730 156,9

728 158,2

193,4 кокиль

8 3

950 26

945 28

Кокиль с борированной рабочей поверхностью

157,7

950 27

930 27 сирует температуру 1„, извлекает иэ печи и расплющивает каплю расплава образцами исследуемого материала до. толщины равной диаметру спая термопа- . ры, которая при"этом фиксирует температуру контакта Ь„. Неполное расплю- 5 щивание, т.е. когда при расплющивании капля расплава имеет толщину боль.шую, чем диаметр спая термспары, приводит к невоспроизводимости эксперимента, поскольку повторить его с той же степенью расплющивания капли практически невозможно. Последнее важно с точки зрения точности эксперимента.

Температуру исследуемых, образцов

t в эксперименте принимают равной температуре в термостате, где образцы выдеРживают до начала эксперимента.

В исследованиях, не требующих особой коррекции измерений, температуру образцов допускается принимать равной температуре окружающей среды.

Подставив полученные значения t<, й2 и ., в формулу (2, рассчитывают коэффициент &Z.

Пример. Оценивают влияние поверхностного модифицирования металлической формы (кокиля ) на контакт-. ный теплообмен ее с отливкой. Для этого измеряют коэффициент теплоаккумулирующей способности рабочего слоя двух одинаковых разборных кокилей.

Каждый кокиль состоит из четырех стенок, сочленяеьых по торцам, причем стенки одного из них имеют бориро- 35 ванный рабочий слой толщиной 3,53,8 мм с микроструктурой белого чугуна.

Согласно изобретению в трубчатой .печи расплавляют и перегревают до 930950 С навеску алюминия, размещенную между электродами хромель-алюмелевой термопары с диаметром электродов

0,2 мм и спаем диаметром 0,23 мм.

Затем температуру с каплей расплава на спае извлекают иэ печи и расплющивают двумя стенками обычного кокиля (рабочей поверхностью к капле), служащими в данном случае исследуе». ьыми образцами. Те же операции производят с кокилем, имеющим борированную рабочую поверхность. Температуру расплава t и контакта Ф;, фиксируют на осциллографе К-115. Температуру стенок кокиля t> принимают рав% ной температуре окружающей среды.

Значение Ь„, равное 550 ккал/м ч, берут по справочным данным.

Для получения сравнительных данных параллельно на собранных кокилях производят определение b> по прототипу.

Результаты экспериментов и их продолжительность приведены в таблице.

Значения Ъ, полученные при определении по предлагаемому способу для обычного кокиля и !кокиля с борированной рабочей поверхностью, отчетливо отражают различие в теплоаккумулирую-, щей способности белого и серого чугунов (157,7 ккал/м чо с и 193 ккал/м Р% соответственно 1 и хорошо согласуются c литературными данными.

1061018

Ьеф кк//W ююююююеаюавююююююююююююаивююю

Температура, С

»ювю вюа»4юавюю

4В ЮВ»ЮЮЮЮЮ»ЮЮЮЮ«Ю» а еюю юююювююавю

Среди лл продолжи тельносте экспериментоэ, аел

Исснедуеэеей объект.Способ опреще» ленмл а ю»юю

° ю ав»» »4а » среди ля

Ф» юююююв ю экспври» ментальная

»»ююю ююю»ю

Heacj» сред атэеи-: ио экс» перв;,. мент

Подготоэитень»

НЫЙ этап ю юю ю ю ю»

ЮвюювювВв4 аыв4вюю» 44

444»евюю»юю ававаюююю юю юююа »

196, 3

194,1

193,8

930 28

Извест- Обычный ный кокиль

194,7

950 28

940 25

210 37

Кокиль с борированной рабочей поверхностью.

196,1

194 „2I

195,2

930 26

950

940 27

195,2!

Составитель Мю .Ершов

Техред И.Метелева Корректор В. Бутяга

Редактор Л. Авраменко

Эаказ 10030/45 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

При определении Ъ по прототипу подобного различия не выявлено: как для обычйога кокиля, так и для коки-, ля с борированной рабочей поверхностью получены близкие значения b (194,7 ккал/м2чо Си 195,2ккал/м + С соответственно J характерные для .. 35 теплоаккумулирующей способности се. рого чугуна, т.е. основной массы кокиля. Очевидно, что этот способ не позволяет решить поставленную задачу.

Кроме того, изобретение позволяет 4п повысить экспрессность определения Ъ2 по сравнению с прототипом: продолжи! тельность подготовительных- операций (сверление отверстий, изготовление термопар, установка и закрепление их в форме, размещение и закрепление навески ) сокращается более, чем в

26 раз, а время собственно эксперимента (плавка и заливка металла и его охлаждение, расплющивание капли расплава ) - почти в 13 раз. При этом точность эксперимента не снижается.

Способ определения коэффициента теплоаккумулирующей способности является универсальным и применим для любых твердых материалов.