大連理工大學材料學院本科生課程材料成形原理

——液態成形原理主講教師：姚曼教授大連理工大學材料科學與工程學院大連理工大學材料學院本科生課程材料成形原理主講教師：姚4凝固過程的傳熱問題HeatTransferinSolidification4凝固過程的傳熱問題HeatTransferinSo3凝固是一個溫度降低、熱量散失的傳熱過程,受熱流控制。凝固潛熱散失速度和內部的溫度場決定了凝固速度、進程和組織。凝固傳熱是凝固理論的一個組成部分。鑄件的凝固：具有一定的體積和形狀的液相凝固WhyHeattransferinsolidification?3凝固是一個溫度降低、熱量散失的傳熱過程,受熱流控制。Why4三維不穩定傳熱—非穩態溫度場，包括導熱、對流和輻射凝固潛熱釋放—移動的內熱源形成固-液共存區域存在鑄件-鑄型界面層等物性參數(dencity)(conductioncoefficient)c(specificheat)均是溫度的函數凝固過程傳熱特點4三維不穩定傳熱—非穩態溫度場，包括導熱、對流和輻射凝固過程5凝固區域鑄件-鑄型界面確定溫度場的方法Chvorinov法則-確定凝固時間4凝固過程的傳熱問題5凝固區域4凝固過程的傳熱問題4.1凝固區域4.1凝固區域7

糊狀區（mushyzone)凝固過程固液共存區域稱為糊狀區或凝固區域。固相區固-液固液相區液-固液相區凝固區域結構示意圖7糊狀區（mushyzone)凝固過程固液共存區域稱為糊凝固區域的形成8凝固區域的形成89按糊狀區寬度，凝固有兩種凝固方式:逐層凝固方式

(typeofskin)–糊狀區很窄;糊狀凝固方式(typeofmush)-糊狀區較寬;兩種方式沒有嚴格的界線,只是說明凝固過程的一種傾向。凝固區域寬度由凝固動態曲線中液相邊界和固相邊界之間的縱向距離直接判斷。凝固方式9按糊狀區寬度，凝固有兩種凝固方式:凝固方式10凝固動態曲線

Distance-timecurveshowingprogressofsolidification對凝固過程測溫，得到冷卻曲線。根據測溫數據和相圖作出。10凝固動態曲線

Distance-timecurves11凝固動態曲線的繪制11凝固動態曲線的繪制12凝固動態曲線的繪制12凝固動態曲線的繪制13凝固動態曲線讀出的信息：任一時刻凝固區域寬度任一位置凝固速率全部凝固所需時間13凝固動態曲線讀出的信息：14鑄件凝固方式控制影響因素：結晶范圍和溫度梯度影響規律：結晶溫度范圍越小，溫度梯度越大，越趨向于逐層凝固。反之趨向于糊狀凝固。合金確定后，凝固方式便由G決定。14鑄件凝固方式控制影響因素：結晶范圍和溫度梯度截面內溫度分布對糊狀區的影響截面內溫度分布對糊狀區的影響結晶溫度范圍對糊狀區的影響結晶溫度范圍對糊狀區的影響溫度分布對糊狀區的影響舉例可通過控制鑄件內部溫度梯度，使結晶溫度范圍寬的合金其糊狀區變窄，轉變為傾向逐層凝固。錫青銅Cu88Sn10Zn2的凝固動態曲線

p110案例4.2溫度分布對糊狀區的影響舉例可通過控制鑄件內部溫度梯度，使結晶18一般地純金屬,共晶合金和低碳鋼等窄結晶范圍合金通常以逐層方式凝固；高碳鋼,錫青銅,鋁合金等寬結晶范圍的合金傾向糊狀方式凝固；鑄件凝固方式對凝固液相的補縮能力影響很大，從而影響最終鑄件的致密性和熱裂紋產生幾率。18一般地EndofthemushyzoneEndofthemushyzone

大連理工大學材料學院本科生課程材料成形原理

——液態成形原理主講教師：姚曼教授大連理工大學材料科學與工程學院大連理工大學材料學院本科生課程材料成形原理主講教師：姚4凝固過程的傳熱問題HeatTransferinSolidification4凝固過程的傳熱問題HeatTransferinSo22凝固是一個溫度降低、熱量散失的傳熱過程,受熱流控制。凝固潛熱散失速度和內部的溫度場決定了凝固速度、進程和組織。凝固傳熱是凝固理論的一個組成部分。鑄件的凝固：具有一定的體積和形狀的液相凝固WhyHeattransferinsolidification?3凝固是一個溫度降低、熱量散失的傳熱過程,受熱流控制。Why23三維不穩定傳熱—非穩態溫度場，包括導熱、對流和輻射凝固潛熱釋放—移動的內熱源形成固-液共存區域存在鑄件-鑄型界面層等物性參數(dencity)(conductioncoefficient)c(specificheat)均是溫度的函數凝固過程傳熱特點4三維不穩定傳熱—非穩態溫度場，包括導熱、對流和輻射凝固過程24凝固區域鑄件-鑄型界面確定溫度場的方法Chvorinov法則-確定凝固時間4凝固過程的傳熱問題5凝固區域4凝固過程的傳熱問題4.1凝固區域4.1凝固區域26

糊狀區（mushyzone)凝固過程固液共存區域稱為糊狀區或凝固區域。固相區固-液固液相區液-固液相區凝固區域結構示意圖7糊狀區（mushyzone)凝固過程固液共存區域稱為糊凝固區域的形成27凝固區域的形成828按糊狀區寬度，凝固有兩種凝固方式:逐層凝固方式

(typeofskin)–糊狀區很窄;糊狀凝固方式(typeofmush)-糊狀區較寬;兩種方式沒有嚴格的界線,只是說明凝固過程的一種傾向。凝固區域寬度由凝固動態曲線中液相邊界和固相邊界之間的縱向距離直接判斷。凝固方式9按糊狀區寬度，凝固有兩種凝固方式:凝固方式29凝固動態曲線

Distance-timecurveshowingprogressofsolidification對凝固過程測溫，得到冷卻曲線。根據測溫數據和相圖作出。10凝固動態曲線

Distance-timecurves30凝固動態曲線的繪制11凝固動態曲線的繪制31凝固動態曲線的繪制12凝固動態曲線的繪制32凝固動態曲線讀出的信息：任一時刻凝固區域寬度任一位置凝固速率全部凝固所需時間13凝固動態曲線讀出的信息：33鑄件凝固方式控制影響因素：結晶范圍和溫度梯度影響規律：結晶溫度范圍越小，溫度梯度越大，越趨向于逐層凝固。反之趨向于糊狀凝固。合金確定后，凝固方式便由G決定。14鑄件凝固方式控制影響因素：結晶范圍和溫度梯度截面內溫度分布對糊狀區的影響截面內溫度分布對糊狀區的影響結晶溫度范圍對糊狀區的影響結晶溫度范圍對糊狀區的影響溫度分布對糊狀區的影響舉例可通過控制鑄件內部溫度梯度，使結晶溫度范圍寬的合金其糊狀區變窄，轉變為傾向逐層凝固。錫青銅Cu88Sn10Zn2的凝固動態曲線

p110案例4.2溫度分布對糊狀區的影響舉例可通過控制鑄件內部溫度梯度，使結晶37一般地純