金属零件凝固传热显微偏析铸件检测光学显微镜
凝固传热
大部分金属零件,除用粉末冶金的方法生产的以外,在其
制造过程中,都会涉及凝固问题。铸件的生产显然需要凝固过
程;锻件和轧制产品其实也就是经过了热加工的铸件,在很多场
合下,它们的特性可被追溯到凝固的方法。特别是合金的凝固速
率,乃是一极重要的操作变数。凝固速率直接关系到枝晶组织的
粗细度,因而控制着显微偏析,如晶内偏析、第二相和夹杂等的
程度与分布。凝固过程中的温度梯度亦有很重要的意义,合金中
显微疏松的形成即与它有关。由于这些冶金方面的原因,并从工
艺操作的观点出发,应当承认凝固传热是一个重要的研究课题。
凝固过程中的传热分析比第九章中介绍的热传导分析更为复
杂。这正是文献中有关这个课题的资料要比固体中的导热方面的
资料少得多的原因之一。但是,为着处理许多实际问题,也已经
提出了不少理论可供参考。
砂模中的凝固
除了浇注成锭的钢以外,在砂模中浇注的金属量较大。下面
所作的分析适用于金属在砂模中凝固的场合,或者更一般地说,
适用于主要热阻在模壁内,例如模型由灰泥、锆英石、莫来石
或其它导热性差的材料制造的情况。
现在来讨论没有过热度的纯液态金属浇到由导热性差的材料
制成的平壁模中的传热问题。
金属模中的凝固
当把液态金属注入金属模时,铸件迅速凝固,而模壁和铸件
内的温度则发生急剧的变化。搞清楚哪些变数影响金属模中凝固
过程很重要,因为大多数锭子,所有金属铸模及压铸铸件都是在
金属模中铸造成的;即使是砂型铸件,也有很多是在要害部位插
入金属型面(借以提高凝固速率)的砂模中铸成的。
液态金属注入金属模(其壁能起激冷作用)时的传热过程比
注入砂模的导热过程还要复杂;这是由于金属模的导热性能远比
砂模好之故。
除接触热阻外,砂模中的凝固过程和金属模中的凝固过程还
存在着其它一些不同之点:
1)液态金属在金属模中凝固时,其热阻在传热过程的总热
阻中占有重要的比例。这就导致表面温度远低于金属本身的熔
点,而凝固金属内部则存在显著的温度梯度。
2)在金属模情况下,由于凝固层金属处于过冷状态,因
此,凝固过程中被带走的总热量更多。正因为这样,凝固金属的
热容是个重要参数。