材料成型原理第八章答案第二章答案

1、第二章習題解答1.已知某半無窮大板狀鑄鋼件的熱物性參數(shù)為：導熱系數(shù)X=W/(mK),比熱容C=J/(kgK),密度p=7850kg/m3，取澆鑄溫度為1570C，鑄型的初始溫度為20C。用描點作圖法繪出該鑄件在砂型和金屬型鑄模(鑄型壁均足夠厚)中澆鑄后、時刻的溫度散布狀況并作分析比較。鑄型的有關熱物性參數(shù)見表2-2。解：(1)砂型：b=九cp=12965b=J九cp=6391、1112222界面溫度：T=b1T10+b2T20=1497cib+b12+九=x10-5m2/s(T10別離計算出兩種時刻鑄件中的溫度散鑄件的熱擴散率：按照公式T=T1i布狀況見表1。表1鑄件在砂型中凝固時的溫度散布與

2、鑄型表面距離(m)0溫度t二時149715231545155915661569(C)t二時149715051513152115281535按照表1結(jié)果做出相應溫度散布曲線見圖1。(2)金屬型：b=九cp=12965b=、入cp=154341*1112222界面溫度：T=W+2卩20=727.6Cib+b12同理可別離計算出兩種時刻鑄件中的溫度散布狀況見表2與圖2。表2鑄件在金屬型中凝固時的溫度散布與鑄型表面距離(m)0溫度t二時10301277143815201555(C)t二時823915100510801159（3）分析：采用砂型時，鑄件金屬的冷卻速度慢，溫度梯度散布平坦，與鑄型界面處的溫

3、度高，而采用金屬鑄型時相反。原因在于砂型的蓄熱系數(shù)b比金屬鑄型小得多。采用（2-17）、（2-18）兩式計算凝固進程中的溫度散布與實際溫度散布狀況是不是存在誤差？分析誤差產(chǎn)生的原因，說明什么情形下誤差相對較?。拷猓菏怯姓`差的。因為在推導公式時做了多處假設與近似處置，如：沒有考慮結(jié)晶潛熱。若結(jié)晶潛熱小，則誤差就??；假設鑄件的熱物理參數(shù)九、C、P與鑄型的熱物理參數(shù)九、c、P不隨溫度轉(zhuǎn)111222變。若它們受溫度影響小，則誤差就?。粵]有考慮界面熱阻。若界面熱阻不大，則誤差就??；假設鑄件單向散熱，因此只能用于半無窮大平板鑄件溫度場得估算，對于形狀不同大的鑄件不適用。凝固速度對鑄件凝固組織、性能與凝固缺

4、點的產(chǎn)生有重要影響。試分析能夠通過哪些工藝辦法來改變或控制凝固速度？解：改變鑄件的澆注溫度、澆鑄方式與澆鑄速度；選用適當?shù)蔫T型材料和起始（預熱）溫度；在鑄型中適當布置冷鐵、冒口與澆口；在鑄型型腔內(nèi)表面涂敷適當厚度與性能的涂料。比較一樣體積大小的球狀、塊狀、板狀及桿狀鑄件凝固時刻的長短。解：一般在體積相同的情形下上述物體的表面積大小依次為：A球A塊A板A桿球塊板桿按照R與R-斗KRA1所以凝固時刻依次為：t球t塊t板t桿。球塊板桿5.在砂型中澆鑄尺寸為300 x300 x20mm的純鋁板。設鑄型的初始溫度為20C，澆注后剎時鑄件-鑄型界面溫度當即升至純鋁熔點660C，且在鑄件凝固期間維持不變。澆

5、鑄溫度為2)別離用“平方根定律”及折算厚度法則”計算鑄件的完全凝固時刻，并分析不同。解：(1)代入相關已知數(shù)解得：b22b(T-T)K二誦L+C(T20-T)1110S(mm/、s)按照公式=計算出不同時刻鑄件凝固層厚度S見下表,-T曲線見圖3。K(2)利用“平方根定律”計算出鑄件的完全凝固時刻670C，金屬與鑄型材料的熱物性參數(shù)見下表:熱物性材料導熱系數(shù)尢W/(mK)比熱容CJ/(kgK)密度pkg/m3熱擴散率am2/s結(jié)晶潛熱J/kg純鋁21212002700 x10-5x105砂型18401600 x10-7試求：(1)按照平方根定律計算不同時刻鑄件凝固層厚度S,并作出s-T曲線;取g

6、=10mm,代入公式解得：t=(s)；利用“折算厚度法則”計算鑄件的完全凝固時刻：(s)(mm)采用“平方根定律”計算出的鑄件凝固時刻比“折算厚度法則”的計算結(jié)果要長，這是因為“平方根定律”的推導進程沒有考慮鑄件沿周圍板厚方向的散熱。右圖為一灰鑄鐵底座鑄件的斷面形狀，其厚度為30mm，利用“模數(shù)法”分析砂型鑄造時底座的最后凝固部位，并估量凝固終了時刻.解：將底座分割成A、B、C、D四類規(guī)則幾何體（見右下圖）查表2-3得：K=(cm/fmin)對A有:R=VA=1.23cmAAAe=R2/K2=AAA對B有:R=VA=1.33cmBBBe=R2/K2=BBB對C有:R=VA=1.2cmCCCe=

7、R2/K2=CCC對D有:R=VA=1.26cmDDDe=R2/K2=DDD116011111160r011ACBCAD1D1DA丄A因此最后凝固部位為底座中肋B處，凝固終了時刻為分鐘。對于低碳鋼薄板，采用鎢極氬弧焊較容易實現(xiàn)單面焊雙面成形（背面均勻焊透）。采用一樣焊接規(guī)范去焊一樣厚度的不銹鋼板或鋁板會出現(xiàn)什么后果？為何？解：采用一樣焊接規(guī)范去焊一樣厚度的不銹鋼板可能會出現(xiàn)燒穿，這是因為不銹鋼材料的導熱性能比低碳鋼差，電弧熱無法及時散開的緣故；相反，采用一樣焊接規(guī)范去焊一樣厚度的鋁板可能會出現(xiàn)焊不透，這是因為鋁材的導熱能力優(yōu)于低碳鋼的緣故。對于板狀對接單面焊焊縫，當焊接規(guī)范一按時，常常在起弧部位周圍存在必然長度的未焊透，分析其產(chǎn)生原因并提出相應工藝解決方案。解：（1）產(chǎn)生原因：在焊接起始端，準穩(wěn)態(tài)的溫度場尚未形成，周圍焊件的溫度較低，電弧熱不足以將焊件熔透，因此會出現(xiàn)必然長度