鑄件的凝固時(shí)間和凝固速度

1、鑄件的凝固時(shí)間和凝固速度鑄件的凝固時(shí)間是指從液態(tài)金屬充滿鑄型后至凝固完畢所需要的時(shí)間，單位時(shí)間凝固層增長的厚度則稱為凝固速度。鑄件的凝固時(shí)間是設(shè)計(jì)冒口尺寸的依據(jù)。 合理地確定冒口和冷鐵的位置，控制鑄件各部分的凝固速度，使其按一定的順序 或方向進(jìn)行凝固，是獲得致密健全鑄件的重要條件。另外，對(duì)大型或重要鑄件， 為了控制開箱時(shí)間，需對(duì)凝固時(shí)間和凝固速度進(jìn)行估算。下面介紹兩種計(jì)算方法。(1)平方根定律 對(duì)鑄件的凝固過程進(jìn)行傳熱計(jì)算，可以推導(dǎo)出凝固層厚度隨 時(shí)間的變化規(guī)律：20 K.、t或t丄K2d oKv(1)(2)dt2t式中 S 0-凝固層厚度(cm);K凝固系數(shù)(cm/min )；t 凝固時(shí)間(

2、min);U凝固速度(cm/min)。式(1)就是平方根定律，表明在砂型或金屬型鑄造條件下凝固層厚度S 0與凝固時(shí)間t的平方根成正比。凝固系數(shù) K值與許多因素有關(guān)，實(shí)際中常用實(shí)驗(yàn)方法測(cè) 得，見表1。鑄件凝固完畢，凝固層厚度到達(dá)壁厚中心，將壁厚的一半(S。/2)代入式(1)，即可求得凝固時(shí)間。表1各種合金的凝固系數(shù)合金冷卻條件凝固系數(shù)K/cm min-1/2灰鑄鐵砂型金屬型0.72.0可鍛鑄鐵砂型金屬型1.12.0鑄鋼砂型金屬型1.32.6砂型1.1.8黃銅金屬型2.8水冷金屬型4.2平方根定律的推導(dǎo)，本身對(duì)鑄件的凝固過程作了一些假設(shè)，故其僅適用于大型平板類結(jié)晶溫度間隔較小的合金鑄件，求得近似值

3、。(2)模數(shù)法 當(dāng)合金、鑄型和澆注條件確定之后，鑄件凝固時(shí)間決定于鑄件的 體積與散熱表面積之比，即鑄件的模數(shù)MC(Mc= VC / S)，也稱折算厚度或當(dāng)量厚度?？梢酝瞥?mC式中t鑄件凝固時(shí)間;鑄件體積；VCVcS鑄件散熱表面積;MC鑄件模數(shù)。圖1是各種形狀的鑄鋼件10kg到65t)實(shí)測(cè)凝固時(shí)間與模數(shù)的關(guān)系。(重量從鑄件摸散wc/mm圖1實(shí)測(cè)凝固時(shí)間與模數(shù)的關(guān)系模數(shù)法由于考慮了鑄件結(jié)構(gòu)形狀的影響，使計(jì)算值更接近于實(shí)際。由模數(shù)法可知，即使鑄件的體積和重量相等，如果其幾何形狀不同，則鑄件 模數(shù)及其凝固時(shí)間均不相等。反之，不論鑄件的體積和形狀如何，只要其模數(shù)相 等，則凝固時(shí)間相近。應(yīng)用模數(shù)法計(jì)算鑄件凝固時(shí)間時(shí)，可將復(fù)雜的鑄件化為簡(jiǎn)單的平板、圓柱、球、長方體及立方體的組合，分別計(jì)算各簡(jiǎn)單體的模數(shù) M其中M最大的簡(jiǎn)單體的 凝固時(shí)間即為鑄件的凝固時(shí)間。模數(shù)法是近似的計(jì)算方法，對(duì)于大平板類較準(zhǔn)確， 對(duì)于短而粗的桿、立方體、圓柱形和球形鑄件，由于邊緣和棱角散熱效應(yīng)的影響 較大，計(jì)算結(jié)果一般要比實(shí)際凝固時(shí)間長 10%-50%如果被金屬包圍的型芯，其 直徑或厚度較小時(shí)，由于型芯很快達(dá)到熱飽和，與型芯接觸的鑄件表面，可不納 入鑄件散熱面積。在實(shí)際生產(chǎn)中，為了控制鑄件的凝固方向，并不需要計(jì)算出鑄件結(jié)構(gòu)上各部 分的凝固時(shí)間，