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金属成型理论基础第五章液态金属的传热与凝固方式

金属成型理论基础第一节铸件的温度场

金属成型理论基础?温度场：不同时刻铸件各个部位的温度分布。?根据温度场的变化：预计凝固区域大小的变化凝固前沿向中心推进的速度缩孔缩松的位置?在此基础上进行工艺的设计：浇注系统、冒口、冷铁、及其他的工艺措施。?研究温度场的方法：实测法、数学解析法、数值模拟法。

金属成型理论基础所以用数学解析的方法研究此过程必须进行简化

金属成型理论基础?对于不稳定导热：以上微分方程的解特别复杂，只能用来解决特殊的问题。如：平壁、球、圆柱——温度场是一维的

金属成型理论基础23.设液态金属充满铸型后立即停止流动且各处温度均匀及铸件的初始温度为t1

金属成型理论基础在以上条件下，铸型和铸件任意一点的温度T与y和z无关，为一维导热问题：

金属成型理论基础+（t-t10）erf（）

金属成型理论基础2222F20FFF=

金属成型理论基础1F10220FF

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金属成型理论基础?可以利用计算机进行大量的计算，来得到温度场的满意结果（近似解）下面以有限差分法为例：?沿热流方向把物体分割为若干单元，端面为一单位面积，单元长度为△x?则用差分代替微分：

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金属成型理论基础?令：M=’t’=[t+(M-2)t+t]0此方程的解：M

金属成型理论基础?以上为铸件或铸型内部的温度计算方式，下面讨论一个界面的单元的处理方法

金属成型理论基础界面初始温度：tF=为了省去砂型单元的传热计算，可以实测求出一下各函数:ta-ta′=f();

金属成型理论基础在凝固过程中，使铸件温度下降缓慢，讨论时有以下处理方法。

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金属成型理论基础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；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。

金属成型理论基础（3）金属的凝固温度越高，铸型内外表面温度差集越大，gradt升高。有色金属温度场平坦，铸铁件、铸钢件较陡因为有色合金tL低。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。

金属成型理论基础?b越大，冷却能力强，铸件中的gradt越大2?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上升t上升，gradt下降浇2?金属型中上升热量迅速导出，浇注温度影响不明显

金属成型理论基础（1）铸件的壁厚壁厚越大，gradt变小；壁厚越小，gradt变大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。

金属成型理论基础?L、T形等固相线位置（不同时刻）——外角的冷却速度平面壁内角；内角面热裂?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）。

金属成型理论基础?焊接传热的基本形式?分类?影响焊接温度场的因素

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金属成型理论基础辐射――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――。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。热源→焊件－－辐射和对流为主；母材和焊条→其他部分－－热传导为主；

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金属成型理论基础?不稳定温度场：温度场随时间变化。?稳定温度场：不随时间而变的温度场。?准稳定温度场：恒定热功率的热源的温度场。

金属成型理论基础?移动热源－－焊件上各点温度随时间及空间而变化（不稳定温度场－－经过一段时间后，达到准稳定状态（移动热源周围的温度场不随时间改变）。－－热源移动速度相同；－－热源作用点为坐标原点；则动坐标系中各点的温度不随时间而变。

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金属成型理论基础4）影响焊接温度场的因素?热源的特性

金属成型理论基础?热源能量越集中，温度场范围越小。

金属成型理论基础焊速的影响

金属成型理论基础热源功率的影响

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金属成型理论基础比热容－－1克物质每升高1摄氏度所需的热.单位体积物质每升高1摄氏度所需的热。表面传热系数α：散热体表面与周围介质每相差1摄氏度时，在单位时间内单位面积所散失的热量。

金属成型理论基础热扩散率（a）：表示温度传播的速度

金属成型理论基础异种钢接头的有限元模型

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金属成型理论基础源获得的瞬时t

金属成型理论基础?右边线：固相边界—凝固终点?凝固动态曲线：表示铸件段面上液相和固相