Определение скорости кристаллизации металла в форме

Одним из основных параметров технологического процесса литья является скорость вытягивания формы из зоны действия печи подогрева. Значение этого параметра осуществляется по значению скорости кристаллизации металла в полости формы при обязательном соблюдении условия w_кр > w_выт

1.2.1. Экспериментальное определение скорости кристаллизации

Схема проведения эксперимента представлена на рис.1.7. На во­доохлаждаемый кристаллизатор устанавливается нагретая до темпе­ратуры на 50-100°С выше температуры ликвидуса сплава песчано-гли­нистая форма. После этого в форму опускается щуп из тонкой по­волоки и помощью указателя и линейки определяется нулевой уровень. Затем в форму заливается металл. В результате односто­роннего теплоотвода затвердевание происходит от холодильника, и фронт кристаллизации определяется в виде горизонтальной площадки, поднимается со скоростью, соответствующей интенсивности теплоот­вода. Скорость продвижения фронта кристаллизации определяется с помощью щупа через каждые 10-15 сек путем постукивания по расту­щей корочке металла и определения уровня затвердевания металла с помощью линейки. Замеры ведутся до момента появления бокового теплоотвода за счет охлаждения формы (практически 7-10 мин.). Вид сплава, температуры формы и заливки задаются преподавателем. Пос­ле окончания эксперимента строится график нарастания твердой кор­ки металла.

1.2.2. Теоретический расчет скорости кристаллизации

Расчетная формула для определения скорости кристаллизации имеет вид:

где х - толщина твердой корки (м);

b_ф - коэффициент теплоаккумулирующей способности формы (в данном случае это материал кристаллизатора - латунь), Вт/м град сек ^-1/2;

t - время (сек);

r - плотность жидкого металла (кг/м³);

с_ж - удельная теплоемкость жидкого металла (Дж/кг×град);

Dt_ж = t_зал-t_лик

t_зал - температура заливки, °С;

t_лик - температура ликвидуса сплава, °С;

L - скрытая теплота кристаллизации (Дж/кг);

_ф - относительная температура формы ( _ф = t_пов- t_нф).

t_пов - температура поверхности, определяемая по формуле:

Рис.1.7. Схема экспериментального определения скорости

кристаллизации

(13)

b_м - тепловая активность расплавленного металла (Вт/м² град сек ^-1/2)

b_ф - тепловая активность формы

, (14)

где l_ф и l_м - теплопроводность формы и расплава, Вт/(м К);

с_ф и с_м - удельная теплоемкость формы и расплава, Дж/(кг К);

r_ф и r_м -плотность формы и расплава, кг/м³.

Все необходимые данные можно найти в приложении настоящего пособия.

Таким образом, подставляя в формулу различные значения t мож­но рассчитать х и построить график нарастания корочки твердого металла.