本文標題："熱阻對凝固過程中計算機技術(shù)的應(yīng)用-金屬實驗"
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熱阻對凝固過程中計算機技術(shù)的應(yīng)用-金屬實驗
熱阻
高溫液態(tài)金屬需要一定的時間進行散熱而實現(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，這是因為充型過程中
存在強制對流，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，因為當鑄件內(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)，因為鑄型型壁
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，這些模型能夠與實際情況匹配的
非常好。
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