本文標(biāo)題："熱阻對凝固過程中計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用-金屬實(shí)驗(yàn)"
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熱阻對凝固過程中計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用-金屬實(shí)驗(yàn)
熱阻
高溫液態(tài)金屬需要一定的時間進(jìn)行散熱而實(shí)現(xiàn)凝固，其中散熱速率由若干熱阻來控制，
從鑄件內(nèi)部向外散熱過程中的熱阻包括：
(1)液態(tài)金屬
(2)固態(tài)金屬
(3)金屬／鑄型界面
(4)鑄型
(5)鑄型周圍環(huán)境
事實(shí)上，幾乎在所有的鑄造過程中，第(1)種熱阻都可以忽略，這是因?yàn)槌湫瓦^程中
存在強(qiáng)制對流，冷卻過程中存在熱對流的作用。湍流和液相混合迅速傳熱，消除了溫度梯
度。并且由于液體總體流動非常迅速，這個過程進(jìn)行的很快，雖然從大鋼錠和鑄件的心部
向外傳熱需要一定時間，但這個時間比起由擴(kuò)散控制的其他熱阻傳熱所需時間要短得多。
在許多情況下，第(5)種熱阻實(shí)際上也可以忽略不計。比如，正常砂型的周圍環(huán)境不
會影響鑄件的凝固，因?yàn)楫?dāng)鑄件內(nèi)部已經(jīng)凝固完畢時，鑄型外表面幾乎不會變熱。當(dāng)然，
這個一般規(guī)律也有一些例外，這些例外情況都與各種各樣的薄壁鑄型有關(guān)，因?yàn)殍T型型壁
較薄時對環(huán)境溫度比較敏感，此時這個熱阻不可忽略。鋼鐵件在克朗寧(Croning)殼型鑄
型(克朗寧殼型鑄造工藝是指在砂粒上涂了一層熱固性樹脂，這些砂粒在熱模樣上固化生
成一種薄餅狀的鑄型)中鑄造時，使用外殼比較厚或外殼較薄但填充鋼丸支撐的鑄型，凝
固都會更快。相反，用事先預(yù)熱的高溫粒狀耐火材料支撐殼型可延遲殼型精密鑄鋼件的
凝固，但是如果允許鑄型自由地向周圍環(huán)境輻射熱量，則會導(dǎo)致鑄鋼件凝固加快。在使用
鋼鐵材料作為模具的鋁合金壓鑄過程中，使用水冷模具可使冷卻速率進(jìn)一步加快。
這三種熱阻對凝固過程的影響如今都可以通過計算機(jī)不同程度地成功模擬出來。然
而，模擬過程中會涉及復(fù)雜的物理和數(shù)學(xué)問題，尤其對于幾何形狀復(fù)雜的鑄件。因此，我
們可以借助一個簡單通俗的方法來解決這些復(fù)雜問題以獲得對問題的理解并得到有益指
導(dǎo)。那就是我們孤立地觀察每一種熱阻的作用，并且只考慮一維(也就是單向熱流)情況。
通過這種方式，我們能夠確定出一些有價值的解析模型，這些模型能夠與實(shí)際情況匹配的
非常好。
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