课件 金属成型理论基础 第五章 铸件的凝固 第一节 铸件的温度场(2)

第13 次课 2 学时
第五章 铸件的凝固
第一节 铸件的温度场（2）
三、铸件的温度场的测定
测定方法见图3-11 铸件及铸型各部分安放热电偶，然后分别利用多点自动记录装置给出温度与时间的曲线 如图3-12a 其中1、2、3、、、、为铸件中不同位置（距界面间距）每一条曲线代表铸件某一特定位置的温度随时间变化的曲线。

根据图3-12a 可给出铸件断面上不同时刻的温度场图3-12b （叙述曲线的做法）和铸件凝固动态曲线（下一节讲）
从温度场曲线看出：○
1温度场随时间变化 --- -不稳定温度场； ○
2温度场的变化速率---- 温度梯度； 两个例子：
—— 图3-13是纯铝圆柱形铸件的温度场
a ．铸型中的液态金属几乎同时从t 浇 降到t s
b ．接近铸件表面的合金结晶时释放，阻止了内部合金的温度下降，在曲线上表现出平台；
c ．拐点出现的时刻说明结晶（凝固前沿）到达的时刻；
d ．凝固初期，温度梯度大，以后逐渐减慢；
e ．固溶体合金的温度场与此相似t L 有拐点 t s 没有明显拐点
——图3-14共晶型合金的温度场
a ．铸型内合金很快降至液相线温度
b ．两个拐点：t L 液相线温度 t s 共晶温度
两个概念：
等温面（等温线）：某一瞬间温度场中温度相同点组成的面（或线）有时温度场用等温面（或线）表示。

用途：不规则的铸件通过测定或通过数值模拟来确定等温面，直观判断铸件的凝固顺序，找出缩孔的位置。

——所以对铸造工艺设计很有意义。

四、影响铸件温度场的因素
以上已指出：某一瞬间的温度场可以用等温面表示，即是由不同温度的等温面组成。

温度场任何点的温度沿等温面法线方向上的增加率称为该点的温度梯度：gradt=x
t x t lim x ∂∂=∆∆∆（℃/m ） 所以，温度梯度是表示温度场沿单位长度上的温度变化速率，也是时间空间的函数。

gradt 增大 ，铸件的温度场越陡，铸件的凝固速度越大。

下面讨论温度场的影响因素，实际上是温度梯度的影响因素。

1．金属性质的影响：
（1）金属的热扩散率 ：a=ρ
λc a 变大，铸件内部的温度均匀化的能力就大，温度梯度小，温度分布曲线平坦； a 下降与上相反。

a v 上升，gradt 下降； a 高合金钢<a 碳钢合金钢铸件的gradt 上升。

（2）结晶潜热
L 上升，铸型内表面被加热的温度也高，gradt 下降温度曲线平坦。

（3）金属的凝固温度
t L 越高，铸型内外表面温度差集越大，gradt 升高
有色件，温度场平坦；
铸铁件铸钢件较陡，因为有色合金t L 低
2．铸型性质的影响
铸型的吸热速度越大，则铸件的凝固速度越大，断面的温度场的梯度也就越大。

（1）铸型的蓄热系数b 2
b 2越大，冷却能力强，铸件中的gradt 越大
（2）铸型的预热温度：
铸型温度上升，冷却作用小 ，gradt 下降；
熔模铸造的型壳 金属型需加热，提高铸件精度减少热裂；
3．浇注条件的影响
砂型中 t 浇上升 t 2上升，gradt 下降；
金属型中 λ上升 热量迅速导出，浇注温度影响不明显；
4．铸件结构的影响：
（1）铸件的壁厚 S 件变大 gradt 变小；S 件变小gradt 变大
（2）铸件的形状
铸型中被液态金属包围的突出部分，型芯以及靠近内浇道附近的铸型部分，由于大量金属液通过，被加热到很高温度，吸热能力显著下降，对应铸件部分的温度场较平坦。

图3-15 L 、T 行的等固相线位置（不同时刻）
——外角的冷却速度>平面壁>内角；内角易热裂；
图3-16 直内角改成圆内角，散热条件得到改善，减少热裂需要直角处，应采取措施
（冷铁）。

第二节 焊接温度场
1．概念及表征：温度场――焊接时，焊件上某瞬时的温度分布。

用等温线或等温面表示，对比地理的等高线的知识。

2．焊接传热的基本形式：
热源――焊件：辐射和对流；
母材和焊条一部分――另一部分：热传导。

辐射――自然界中的一切物体,只要温度在绝对温度零度以上,都以电磁波的形式时刻不停地向外传送热量,这种传送能量的方式称为――。

对流――靠气体或液体的流动来传热的方式。

是液体和气体中热传递的主要方式，
热传导――热从物体温度较高的一部分沿着物体传到温度较低的部分的方式。

是固体中热传递的主要方式。

本科研究内容――焊件上温度分布及其随时间的温度变化问题；
形式――热传导为主。

3．分类：
a 按温度变化情况分：稳定温度场，非稳定温度场，准稳定温度场；
焊接温度场―准稳定温度场，温度虽然在变，但各点以固定的温度随热源移动。

b按传热类型分：
三维温度场，
二维温度场，
一维温度场；
4．影响因素：
a热源的特性：热能越集中，温度
场范围越小；
b焊接参数――图0-7。

焊接线能量＝热源功率q／焊接速度v。

c母材的物理性质：
热导率λ――导热的能力；
纯铁、碳钢和低合金钢：温度↑，热导率↓；
不锈钢、耐热钢和耐酸钢：温度↑，热导率↑；
比热容c――1g，温升1℃所需的热量；
体积比热容cρ――单位体积，温升1℃所需的热量；
热扩散率a――热导率与容积比热容之比；
热焓――单位物质所具有的全部热能；
表面散热系数α――散热体表面与周围介质，每相差1℃时，单位时间内单
位面积所散失的热量。

d板厚及形状。