Способ определения коэффициента аккумуляции тепла литейной формы
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (19) (11) (5O 4 В 22 С 9/00, G 0
25 18
Щ («Ю «1,(Р
13," д
ВИЬЛМйТЕ1(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 l ) 3782085/22-02
ro в предварительно изготовленную (22) 14.08.84 форму-пробу жидкого металла от теп(46) 15.06.86. Бюл. У 22 лофнзических характеристик металла (71) Уфимский ордена Ленина авиацион- и формы, измерение этого параметра ный институт им. Серго Ордконикидэе и определение по его значению коэф(72) С.C. Шпиндлер, А.А. Неуструев фициента акуумуляции тепла, о т л ни P.Ô. Мамлеев ч а ю шийся тем, что, с целью (53) 620.179 132:621,746.588 (088.8) повышения точности его определения, (56) Авторское свидетельство СССР в качестве параметра поведения зали1(« 1061018А, кл. G 01 Б 25/18, 1983. того в форму жидкого металла иэмеряВейник А.И. Термодинамика литей- ют длину прутка диаметром 1,2-4,0 мм, ной формы.-М.: Машиностроение, полученного заливкой формы-пробы пе1978, с. 76-107. регретым жидким металлом с постоян(54)(57) СПОСОБ ОПРЕПЕЛЕНИЯ КОЗФФИ- ной скоростью ее заполнения, а коэфЦИЕНТА АККУМУЛЯЦИИ ТЕПЛА ЛИТЕЙНОЙ фициент аккумуляции тепла литейной
ФОРИН, включающий установление эави- формы определяют из следующего выра-. симости параметра поведения залито- жения .
f ъм
У ? ° с(«1 1«
Т„-т, ««„Ч-m
W.R (С л Ln- — + - "- ——
«р 0 «p o где b — эффективный коэффициент ак р - М л — плотность жидкого металла, кумуляции литейной формы, кг/м
Вт.с /(м .К); Т ; темцература заливки метал м — коэффициент аккумуляции тепла, К; ла жидкого металла, Т вЂ” начальная температура формы, Вт.с 1/(м . К); к;
Ь вЂ” длина прутка затвердевшего
Т вЂ” температура кристаллиэакр в канале формы-пробы, м; ции металла, К; а „ — коэффициент теплоотдачи от 1„ — плотность затвердевшего потока металла в форму, металла, кг/и
Вт/(м .К); — эффективная теплота кристаллизации металла, W — скорость течения металла в Дж/кг; канале формы-пробы, м/с; m — доля твердой фазы в гоБ --гидравлический радиус кана- ловной части потока меГ ла м талла в момент прекраl ла™
С вЂ” удельная теплоемкость жидко" щения заполнения канала м го металла, Дж/(кг.К); формы" пробы.
1237303 л
1 где Б„ р к
Х,ц
Изобретение относится к измерению теплофизических свойств материалов, а именно к измерению коэффициента аккумуляции тепла литейной фоРМЫ °
Цель изобретения — повышение точности измерения коэффициента аккумуляции тепла литейной формь1.
Сущность изобретения заключается в изготовлении формы-пробы с канала" 10 ми диаметром или толщиной l,2-4 мм, заливке ее жидким металлом с постоянной скоростью течения расплава в каналах пробы, измерения длины прутков, полученных в них, и определе- l5 нии эффективного коэффициента аккумуляции тепла литейной формы из уравнения теплового баланса металла и формы для периода заполнения каналов. 20
Начальный участок длины канала расплав заполняет в жидком сос-! тоянии, при этом он охлаждается от температуры заливки Т с,„ до температуры кристаллизации Т„ при пос- 25 тоянной скорости заполнения: где W — скорость потока жидкого ме- ЗО талла, м/с; л время течения металла в канале до начала затвердевания, с.
Значение С, определяют из уравнения теплового баланса для первого участка заполнения канала:
-C, „ „Я„dP =) „(T(x;Ы-T„,,J.P„d «, (2) площадь поперечного сечения канала, м
2. периметр этого сечения, м; коэффициент теплоотдачи от потока металла к поверхНОсти фОрмы Вт/(м K); удельная теплоемкость жидкого металла, Дж/(кг.К); плотность жидкого металла, кг/м
I
Т(х,. ) — текущая температура жидкого металла, К;
Т вЂ” температура поверхности каА,у нала формы, К.
Из граничных условий IV рода, решая уравнение теплового баланса на границе металла и формы, находят температуру на граничной поверхности."
Т =, -"-- ° (Т (х c ) — Т ) +.Т.
Ь
+ h о о (3) где о« вЂ” коэффициент аккумуляции .тепла расплавленного металла, Вт.с /(м .К);
1 о — коэффициент аккумуляции тепла -формы, Вт. со /(м . К) .
После подстановки (3) и (2), интегрирования в пределах от 0 до, H oT 6 p „PQ T«p HGXQPHT
I л Ьм + h
C — — ---- ° R
-7, кр -о где К„-S,/p — гидравлический радиус канала, м.
Подставляя значение,, в (1) имеем
1 ,Ьм Ьр С ° Рм Т ал То
L =W.— — — —.-- — --.Я .1
Ь, Х т„-т ()
При заполнении второго участка канала в металле выделяется твердая фаза и уравнение теплового баланса для этого периода иммет вид л .q.,Б„.dm =о, „(Т„-Т„)Р .d<,, ) л< «р эзар где P — плотность твердого металла, кг/м
9.
4 „р — эффективная теплота кристаллизации металла, Дж/кг;
m — доля твердой фазы в головной части потока.
При заполнении второго участка канала Т(„-,„) = Т «р „используя выражение (3 ),, находим
Ь„ i« -T„. = =, (Т« -Т,) м + р р (б) Подставляя это выражение в (5), а
aL также учитывая что d c = --; — по9
hery dL
Я дш =М -T ) ° м «р. р м««р о h h м ср Г (7) В результате интегрирования (7) от 0 до m и от 0 до L находим следующее выражение для расчета величины l при остановке потока за счет накопления твердой фазы в головной части: (Общая длина заполняемого канала
L равна сумме Ь1 и Ь
40, b „ib, ((„„т д„-то f" (rqqq а„ь " т„-т, qÄp-, . (9)
Т
Из последнего выражения после некоторых преобразований получим уравнение для расчета эффективного коэффициента аккумуляции тепла формы при ее заполнении:
1 м
Ь
Ь м
W К, (C у „ l т,.„-т, „, Т„ -ТТ„ -Т (10}
Таким образом, способ основан на использовании расчетной форму, лы (10) .
Для определения значения b< измеряют длину L заполненного металлом канала литейной формы-пробы, имеющего калиброванный размер R и залитого с постоянной скоростью
W течения металла в ней. Другие значения параметров в формуле ((О) являются справочными .данными. Значение m принимают равным 0,2-0,3. Диаметр толщины каналов выдерживают в интервале 1,2-4 мм. При диаметре, меньшем нижнего предела, длина заполненного канала зависит не только от тепловых фактовов, но и от капиллярных сил, поэтому способ становится некорректным. При диаметре, большем верхнего предела, форма в процессе заполнения канала прогревается на большую глубину и способ не имеет преимуществ перед известНЫМИ»
Пример. По выплавляемым моделям на этилсиликатном связующем изготовили семислойные корундосиллиманитовые формы прутковой пробы с диаметрами 1,25; 2,1 3,1 мм с расстояниями между каналами 4, 6, 8, 9 и 1О мм. В пробе каналы каждого из указанных размеров сгруппированы по три и расположены симметрично по обе стороны от стояка. Жидкий металл от стояка поступает в каналы снизу через общий коллектор.
По одну сторону от стояка на пробе была сформирована оболочка
N„ 0,7 Ре, м где N„-=-->-.d
Ре=-; †.d
С(м („и а„, критерий Нуссельта; критерий Пекле; диаметр канала, м; коэффициент теплопроводности (Вт/м.К) и температуропроводности (м /с) жидкого металла.
Очевидно, 4 (м 0 7 г((("„) (C, ° „ )°.
Формула (11) справедлива для об55 ласти значений 20 Результаты экспериментального определения заполнения и расчета ма мх 237303 4 пористостью 367, а по другую — 55X. Такого изменения пористости достига (. ли путем введения парообразующих добавок в оболочку, начиная с второго слоя. Первый слой у всех форм в соответствии с принятой технологией изготовления имел одинаковую и более высокую по сравнению с другими слоями плотность. 10 Оболочки прокаливали при 1200 К в течение 5 ч и заливали в вакууме 50 Па жаропрочным сплавом.ЖС6У. Температуры заливки металла Т „ бы,ли равны 1690 и 1770 К, а начальные 15 температуры форм То — 970 и 1180 К. Скорость подъема металла в стояке и каналах пробы (скорость течения металла) О,06 м/с. Постоянство скорости подъема уровня металла обес20 печивали благодаря наличию под чашей отверстия диаметром 10 мм, сечение которого значительно меньше сечения стояка. После охлаждения отливки с нее отбивали керамику и измеряли вы2> соту залитых прутков. Усредненные, данные по заполнению каналов одинакового диаметра использовали для оп ределения коэффициента аккумуляции тепла формы по формуле (10). При 30 этом было принято: q„ » =346 ((, (10 Дж/кг; )„ = 8400 кг/м ; Ъм 9920 Вт.с((/(м .К); S> = 780Q кг/м См = 880 Дж/(кг. К); Т„ =1588 К; m = 0,25. Коэффициент теплоотдачи К(т(рассчитывали по критериальному уравнению 1237303 ливки проб при пористости форм 36Х. уменьшается в среднем с 1700 до а,е 1 50 Вт.с /(м..К), а при пористости 557. — с 1550 до 1050 Вт.с /(м .К). ПориНачальная темКоэффициент теплоотдачи, к„.10 Вт/(м .К) Температура заливки Заполнение формы, Ь, мм Эффективный коэффициент аккумуляции тепла формы в период ее заполнения,, Вт.с /(м .К) стость > обопература формы, К лочки, 7 металла, К Диаметр канала формы, мм 1,25 2,1 3,1 1,25 2,1 3,1 1,25 2,1 3,1 1 770 20 57 118 1800 1480 1350 16 48 90 1720 1330 1390 26,5 18,7 14,4 15 42 82 1620 1350 1310 22 73 145 1600 1130 1080 18 62 108 1510 1010 980 16 58 99 !500 950 1070 1180 1690! 180 1770 970 1770 1180 1180 1690 1170 970 Составитель Э. Тен Техред Л.Сердюкова Påäàêòîð К. Волощук Корректор M. Шароши Тираж 757 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 3227/11 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная 4 Э основе эффективного коэффициента аккумуляции тепла корундосиллиманитовых оболочек различной пористости приведены в таблице. При заполнении канала диаметром 1,25 мм коэффициенты аккумуляции тепла форм, существенно различающих ся по пористости (36 и 557), весьма близки (см. таблицу). В этом случае прогрев формы незначителен и теплоотдача от металла зависит преимущественно от свойств первого слоя. С увеличением диаметра канала до 3,1 мм и соответственно глубины прог- !5 рева формы влияние на теплообмен с расплавом оказывают менее теплопроводные глубинные слон. Поэтому при указанных температурных режимах заТаким образом, предложенный способ прост в реализации, не требует специальной аппаратуры для контроля продолжительности затвердевания отливки и температурного слоя формы, а также позволяет определить коэффициент аккумуляции тепла поверхностных слоев формы, прогревающихся к моменту заполнения. Он наиболее эффективен при измерениях много слойных, облицованных или окрашенных форм в начальные моменты формирования отливки.
