《材料成形基本原理（第3版）》2-2本單元重難點(diǎn)復(fù)習(xí)題解答

本單元重難點(diǎn)復(fù)習(xí)題解答第二節(jié)鑄造過程溫度場一、下面各題的選項(xiàng)中，哪一個(gè)是錯(cuò)誤的：1.在推導(dǎo)半無限大平板鑄件凝固過程溫度場的求解方程時(shí)進(jìn)行了如下簡化：（2）（1）熱量沿著鑄件與鑄型的接觸界面的法線方向一維熱傳導(dǎo)；（2）鑄件與鑄型內(nèi)部的溫度始終為均溫；（3）不考慮凝固過程中結(jié)晶潛熱的釋放；（4）不考慮鑄件與鑄型界面熱阻。2.使用半無限大平板鑄件凝固過程溫度場的求解方程時(shí)：（1）（1）鑄件一側(cè)的溫度梯度始終高于鑄型中的溫度梯度；（2）鑄件與鑄型的蓄熱系數(shù)始終不變；（3）鑄件與鑄型的接觸界面的溫度始終不變；（4）鑄件向鑄型一側(cè)的散熱速率逐漸降低。3.對于無限大平板鑄件的凝固時(shí)間計(jì)算：（1）（1）沒考慮鑄件與鑄型接觸界面的熱阻；（2）考慮了鑄件凝固潛熱的釋放；（3）凝固時(shí)間是指從澆注開始至鑄件凝固完畢所需要的時(shí)間；（4）凝固層厚度取鑄件板厚的一半。二、簡答1.已知某半無限大板狀鑄鋼件的熱物性參數(shù)為：導(dǎo)熱系數(shù)λ=46.5W/(m·K)，比熱容C=460.5J/(kg·K)，密度ρ=7850kg/m3，取澆鑄溫度為1570℃，鑄型的初始溫度為20解：（1）砂型：=12965=639界面溫度：=1497℃鑄件的熱擴(kuò)散率：=1.310-5m2根據(jù)公式分別計(jì)算出兩種時(shí)刻鑄件中的溫度分布狀況見表1。表1鑄件在砂型中凝固時(shí)的溫度分布與鑄型表面距離（m）00.020.040.060.080.10溫度（℃）t=0.02h時(shí)149715231545155915661569t=0.20h時(shí)149715051513152115281535根據(jù)表1結(jié)果做出相應(yīng)溫度分布曲線見圖1。（2）金屬型：=12965=15434界面溫度：=727.6℃同理可分別計(jì)算出兩種時(shí)刻鑄件中的溫度分布狀況見表2與圖2。表2鑄件在金屬型中凝固時(shí)的溫度分布與鑄型表面距離（m）00.020.040.060.080.10溫度（℃）t=0.02h時(shí)727.610301277143815201555t=0.20h時(shí)727.6823915100510801159t=0.02ht=0.0h圖2鑄件在金屬型中凝固時(shí)的溫度分布曲線圖1鑄件在砂型中凝固時(shí)的溫度分布曲線t=0.02ht=0.0h圖2鑄件在金屬型中凝固時(shí)的溫度分布曲線圖1鑄件在砂型中凝固時(shí)的溫度分布曲線(3)分析：采用砂型時(shí)，鑄件金屬的冷卻速度慢，溫度梯度分布平坦，與鑄型界面處的溫度高，而采用金屬鑄型時(shí)相反。原因在于砂型的蓄熱系數(shù)b比金屬鑄型小得多。2.右圖為大平板純鋁鑄件在不同凝固工藝條件下的凝固曲線，分析它們間的凝固條件差別。答：（1）線1與線2之間鑄型散熱能力不同；（2）線2與線3之間澆注溫度不同；（3）線4為激冷下的凝固過程。3.右圖為200mm厚度的25#鋼大平板鑄件分別在金屬型與砂型中的動(dòng)態(tài)凝固曲線，根據(jù)圖形說明兩種情況下的：（1）凝固方式；（2）凝固時(shí)間；（3）凝固過程中最寬的固液兩相區(qū)；（4）距鑄件表面50mm處的起始凝固時(shí)刻及凝固結(jié)束用時(shí)；（5）凝固組織差別；（6）如果鑄件兩側(cè)的鑄型分別采用金屬型與砂型，會(huì)出現(xiàn)什么情況？解：（1）凝固方式：金屬型---逐層凝固方式；砂型----體積凝固方式或中間凝固方式；（2）凝固時(shí)間：金屬型---11min；砂型---47min；（3）凝固過程中最寬的固液兩相區(qū)：近30min時(shí)刻，約80mm×2=160mm寬；（4）距鑄件表面50mm處的起始凝固時(shí)刻：金屬型---5min；砂型---17min；至凝固結(jié)束用時(shí)：金屬型---7min；砂型---42min；（5）凝固組織：金屬型---柱狀晶；砂型---外層柱狀晶，內(nèi)部等軸晶；（6）靠金屬型一側(cè)的凝固速度較快，最終凝固的對合面靠近砂型一側(cè)。4.在砂型中澆鑄尺寸為30030020mm的純鋁板。設(shè)鑄型的初始溫度為20℃，澆注后瞬間鑄件-鑄型界面溫度立即升至純鋁熔點(diǎn)660℃，且在鑄件凝固期間保持不變。澆鑄溫度為670熱物性材料導(dǎo)熱系數(shù)λW/(m·K)比熱容CJ/(kg·K)密度ρkg/m3熱擴(kuò)散率m2/s結(jié)晶潛熱J/kg純鋁212120027006.510-53.9105砂型0.739184016002.510-7試求：（1）根據(jù)平方根定律計(jì)算不同時(shí)刻鑄件凝固層厚度ξ,并作出曲線；（2）分別用“平方根定律”及“折算厚度法則”計(jì)算鑄件的完全凝固時(shí)間；（3）分析差別。解：(1)代入相關(guān)已知數(shù)解得：，=1475，=0.9433(m)根據(jù)公式計(jì)算出不同時(shí)刻鑄件凝固層厚度s見下表,曲線見下圖。τ(s)020406080100120(mm)04.226.007.318.449.4310.3關(guān)系曲線關(guān)系曲線(2)利用“平方根定律”計(jì)算出鑄件的完全凝固時(shí)間：取＝10mm，代入公式解得：τ=112.4(s)；利用“折算厚度法則”計(jì)算鑄件的完全凝固時(shí)間：=8.824(mm)=87.5(s)（3）采用“平方根定律”計(jì)算出的鑄件凝固時(shí)間比“折算厚度法則”的計(jì)算結(jié)果要長，這是因?yàn)椤捌椒礁伞钡耐茖?dǎo)過程假設(shè)鑄件僅沿板厚方向一維散熱，而“折算厚度法則”考慮了鑄件的三維方向散熱。5.比較同樣體積大小的球狀、塊狀、板狀及桿狀鑄件凝固時(shí)間的長短。解：一般在體積相同的情況下上述物體的表面積大小依次為：A球<A塊<A板<A桿根據(jù)與所以凝固時(shí)間依次為：t球>t塊>t板>t桿。10001601606001206.右圖為一灰鑄鐵底座鑄件的斷面形狀，其厚度為30mm，利用1000160160600120解：將底座分割成A、B、C、D四類規(guī)則幾何體。查表2-3得：K=0.72()對A有：RA=VA／AA=1.23cmA=RA2／KA2=2.9minAAAAAAA