铝合金压铸过程铸件/铸型界面换热行为的研究Ⅰ实验研究和界面换热系数求解

采用"阶梯"铸件,设计了压铸过程模具温度测量的实验方案并进行了压铸实验.以实验中测得的铸型内部不同位置的温度为基础,采用热传导反算法求解了压铸过程中铸件/铸型界面热流以及换热系数;分析了铸件的厚度对于界面热流以及换热系数的影响,结果表明:压铸过程铸件/铸型界面热流或是换热系数随着压射过程的进行迅速升高直至最大值,然后随着凝固过程的进行而减小;同时,铸件的不同厚度部位与铸型之间的界面热流和换热系数的变化规律也不同,随着铸件厚度的增大,铸件/铸型之间的界面热流和换热系数峰值均减小,但是界面热流和换热系数较大值保持的时间则逐渐增大.     

合金材料以及工艺参数对压铸过程中铸件/铸型界面换热系数的影响

采用铝合金ADC12以及镁合金AM50为铸件材料,并采用"阶梯"铸件进行了压铸实验.以压铸过程实际测得的温度作为输入参数,利用自行编制的热传导反算程序计算了压铸过程铸件/铸型间的换热系数.结果表明:不同合金材料对界面换热系数的影响主要表现在换热系数的数值以及保持较高数值所持续的时间上,而对换热系数曲线的形状影响不大;随着高速速度的增大,较薄"阶梯"与铸型之间的换热系数增大;对于较厚"阶梯",随着铸型初始温度的上升,换热系数不断减小.随着铸造压力的增大,最厚"阶梯"与铸型之间换热系数逐渐增大,但铸造压力只在镁合金AM50实验条件下表现出了明显的影响规律.     

压铸过程铸件-铸型界面换热行为的研究进展

综述了铸造过程中铸件/铸型界面换热行为的研究,重点对压铸过程进行阐述.介绍作者在压铸过程界面换热行为研究方面的工作进展.研究表明,压铸过程铸件-铸型界面换热系数是一个随着铸件厚度、工艺参数以及合金等因素变化的量,同时,换热系数与铸件凝固速率之间存在线形关系h=ηv ω.其中,η、ω为与铸型初始温度、铸件厚度以及铸件、铸型热物性参数相关的参数.     

铝合金模精密铸造界面换热系数测量

熔模精密铸造对于铸件近净成形具有重要意义,但目前鲜见对其铸件-铸型界面换热系数的相关研究.本试验在一维传热模型中采用非线性估算法对工业纯铝在熔模铸造过程中与型壳的换热行为进行了研究,分析结果表明:在凝固前期,铸件与型壳之间的热流密度基本不变,而界面换热系数随两者温差减小而增大;凝固中期,界面换热系数随着整体固相分数增加而线性下降;凝固后期,界面换热系数下降变得十分缓慢.将在一维模型中反求得到的界面换热系数应用到三维铸件模型中,得到的模拟温度与实测温度基本吻合,证明通过一维模型与非线性估算法求取的界面换热系数比较准确,有望在铝合金精密铸造温度模拟中得到应用.     

压铸过程中铸件-铸型界面换热系数与铸件凝固速率的关系

在实际压铸实验的基础上,求解了铸件一铸型界面换热系数h与铸件凝固速率v的关系.结果表明,二者呈线性变化关系:h=kh-v·v+ω(其中,斜率kh-v为铸型初始表面温度及铸件厚度的函数,ω为常数);通过线性拟合确定kh-v和ω值,从而确立换热系数与铸件凝固速率的关系.这种关系同时适用于镁合金AM50和铝合金ADC12.     

铝合金浇铸过程中热交换系数的测定

铝合金浇铸过程中热交换系数的精确测定,对于控制铝铸件的冷却工艺,进而获得优良组织性能是非常重要的。采用自主设计的实验装置,测量并计算了A356铝合金与不同初始温度的铸铁模具在重力浇铸条件下的界面热交换系数。结果表明,铸型初始温度对热流和热交换系数有比较大的影响,随着铸型初始温度的上升,热流密度的峰值逐渐下降;热交换系数峰值出现的温度范围不随模具初始温度的变化而改变。     

铝合金ADC12Z高压铸造过程中铸件与铸型间界面热交换系数的研究

通过采集高压铸造过程中铸型内部温度的变化曲线,采用热传导反算法,求解了以铝合金ADC12Z为铸件材料的铸件-铸型界面换热系数,分析了该界面换热系数随铸件厚度的变化规律.计算及分析结果表明:在压铸过程中,铸件-铸型界面换热系数迅速升至最大值,随后下降,凝固结束后趋于稳定.铸件厚度增大不仅提高了换热系数,而且对换热系数的变化趋势也有很大影响.同时,不同厚度的铸件,其固相率和冷却速率的变化规律也有较大区别.     

铸造凝固界面换热系数求解的反热传导模型

考虑到铸件凝固过程中因潜热释放造成的数值计算结果难于收敛问题,建立基于等效比热法的反热传导模型,并分析模型中各种计算参数如阻尼系数μ、未来时间步长R、正热传导计算时的时间步长Δθ及收敛误差值Tcr等对反算求解结果稳定性及准确性的影响,应用所建立的反热导模型,通过铸件内温度数据计算得到A356铝合金与铜冷却介质间的界面换热系数。结果表明,界面换热系数是随铸件凝固时间变化的,其变化范围在1 200~6 200 W/(m2·K)之间,而且变化过程中因为结晶潜热的释放存在两个峰值。     

一种铝合金水冷界面换热系数反求方法的研究

针对水冷金属界面换热系数影响因素多,测量与求解难的问题,以温度场数学模型为基础,以实测温度曲线为基准,通过数值模拟迭代计算和自动寻优,实现了铝合金水冷界面换热系数随温度变化定量关系的反求.反求得到的铝合金换热系数结果表明:在浸入式水冷过程中,铝合金界面换热系数随表面温度由低到高呈现出先升后降的单峰形状特征,降低冷却水的温度会使换热系数的峰值点升高,但不会改变峰值点出现的温度范围,换热系数的最大值出现在200～230℃.金属与冷却水之间热交换的强度主要取决于界面温度,将界面温度控制在200～230℃会使强化传热效果达到最佳.     

基于Kiss点位置的双辊薄带铸轧熔池界面换热模型

针对双辊薄带铸轧工艺熔池界面换热规律问题,基于铸轧浇铸工艺的特点以Kiss点为界将熔池接触区分为软接触区和刚性接触区两部分,建立新的界面换热模型;通过6061铝合金界面换热实验,以及Procast软件的反向求解模块Inverse推导得出铸轧界面换热系数和热流密度随时间的变化规律,并利用铸轧实验验证了模型的精确度。结果表明,熔池区界面换热分布规律与铸轧速度、浇铸温度、Kiss点位置、材料的热物性参数及辊面粗糙度等因素均有关。     

铸型界面换热系数的测定方法研究

为有效提高数值模拟的准确性．通过实测反求法对材料界面换热进行了测定．提出界面间换热是随温度变化的函数值。按照实验方案．在保证测量仪器．仪表精度的基础之上．采用特制热电偶进行了温度场数据的采集工作。通过实测温度场数据、数值模拟与凝固过程中界面换热系数的反向求解相结合的方法．得出铸件／铸型界面间的换热随温度变化的函数值。通过应用ProCAST软件反求模块进行逆运算，确定了现有某铸铁材料与树脂砂铸型材料间的界面换热值。计算结果表明，整个凝固过程中热电偶处的温度模拟结果与实验结果的最大相对误差在±10℃内．数值模拟精度得到了有效的提高，说明了此界面换热测定方法的可行性。     

Zr-4合金与模具钢的界面换热行为研究

界面换热系数是锆合金塑性成形模拟的重要边界条件之一。本文测定了界面有、无玻璃润滑剂条件下Zr-4合金和H13模具钢的界面接触温度随接触时间的变化曲线,在此基础上分析了界面换热特征,获得了界面换热系数随初始界面温度变化的函数式。结果表明,玻璃润滑剂可有效减缓Zr-4合金与H13钢的界面传热,当Zr-4合金和H13钢的初始界面温度分别为700℃和470℃时,有玻璃润滑剂时Zr合金表面温度达到稳定的时间约为16.3s,该时间段内相应的界面换热系数随实验时间的延长由226 W/( m₂?℃)增大到2166 W/( m₂?℃),无润滑剂时Zr合金表面温度达到稳定的时间约为7.7s,该时间段内界面换热系数由250 W/( m₂?℃)增大到2700 W/( m₂?℃)。采用本文确定的换热系数随温度变化的关系式进行热交换模拟可以获得较高的模拟精度,模拟与实验结果的最大误差约为4.5%。     

铝电解槽槽体与环境界面换热系数的计算

通过分析铝电解槽不同部位以不同方式向外界环境散热的原理,基于玻尔兹曼定律及流体外掠平板的传热理论建立了槽体与环境界面换热系数的计算模型,实现对槽体与环境换热系数的计算。在此基础上,以侧部槽壳为例分析了槽体表面温度、空气流速以及槽型对换热系数的影响。结果表明:铝电解槽周围环境的空气对流形式为自然对流及强制对流的混合流,对流换热系数随着空气流速的增加而增大,而辐射换热系数不受流速影响;辐射换热系数随着槽体表面温度的升高而增大,同时对流换热系数随着槽体表面温度的升高小幅上升;槽型越大的铝电解槽与环境的对流换热系数越小。     

铝合金铸件／金属型界面间隙及换热系数通用化的研究

本文首次通过理论推导和对多因素试验条件下的测试结果进行多元最小二乘回归处理,得到了铝合金长方形铸件在金属型(表面有氧化锌涂层)重力铸造条件下,界面间隙及换热系数计算的通用化公式.公式中系统地考虑了铸件及铸型的热物理参数、工艺条件、位置等因素的影响.利用公式得到的界面热边界参数用于一般铸件的计算机凝固模拟,取得了与实测相吻合的结果.此通用化公式的建立对丰富计算机凝固模拟热边界参数数据库具有一定的作用.     

界面换热系数和型砂热物性参数对凝固过程影响程度的比较

用反算得到的界面换热系数对砂型铸锭的温度场进行了模拟计算。结果表明,对砂型铸锭来说,界面换热系数对铸件温度场的影响很小。然后优化了型砂的热物性参数,用这些参数对砂型铸锭的温度场进行了计算,并与实测温度场进行了对比,发现优化后的型砂热物性参数显著提高了温度场的模拟精度。最后,通过对反算前后砂型铸锭界面换热系数,以及型砂热物性参数修正前后对砂型铸锭温度场模拟平均差的对比,说明同时采用反算后的界面换热系数和修正后的型砂热物性参数,可获得模拟精度最高的温度场,其中热物性参数的影响最为明显。     

基于反热传导法对镁合金DC铸造二冷区沸腾换热研究

对AZ80铸态镁合金进行了喷水冷却试验研究,采用逆向法准确地求解了AZ80镁合金二冷区的换热系数和热流密度,并分析了初始温度对热流密度的影响.结果表明,冲击点处和自由下落区的热流密度均随着表面温度的增加呈先增加后降低的趋势,且冲击点处的热流密度远高于自由下落区.初始温度对沸腾换热的影响很大,尤其是临界热流密度随着初始温...     

界面换热系数对淬火过程变形模拟的影响

对马氏体不锈钢纵切圆柱水冷淬火过程中发生的热处理变形进行了计算机模拟和实验研究.研究结果表明,界面换热系数对变形模拟结果具有重要影响.采用文献的界面换热系数,纵切圆柱变形趋势的模拟结果与实验结果完全相反.而采用实测的界面换热系数,变形趋势吻合良好.不同的界面换热系数对材料的屈服行为计算影响很大,较大的界面换热系数加剧了纵切圆柱不同部位的冷速差异,导致工件在组织应力作用下更容易发生塑性变形,是影响最终变形结果的主要原因.     

界面换热系数对淬火过程变形模拟影响的敏感性分析

对316不锈钢C型环和纵切圆柱2种试样在水冷淬火过程中发生的热处理变形进行了计算机模拟和实验研究.结果表明:温度场的精确测量对综合界面换热系数的逆运算结果具有重要影响,并进一步影响热处理变形的模拟预测.采用低采集频率数据逆运算得到的界面换热系数,在温度变化剧烈的高温阶段偏低,致使变形模拟结果严重失真.采用高采集频率逆运算得到的界面换热系数,C型环和纵切圆柱试样变形的模拟结果均与实验结果吻合较好.高温阶段界面换热系数对材料的屈服行为的计算结果影响很大,是影响变形结果的主要原因.较大的界面换热系数将使材料在较高温度时即进入屈服状态,并且处于屈服状态的温度范围也较大,更容易发生塑性变形以及引发刚性运动.淬火变形的模拟结果对高温段界面换热系数的变化较为敏感,而对低温段的变化不敏感.     

基于熔池边界层温度的双辊铸轧界面换热数学模型

熔池与结晶辊接触界面的换热边界条件是制定双辊薄带铸轧工艺的重要参数。针对现有的换热数学模型不能合理描述铸轧开浇和稳定阶段接触界面的热交换问题,基于熔池边界层温度和凝固组织枝晶间距建立了接触界面的换热数学模型。以1Cr18Ni9Ti不锈钢为例,对铸轧稳定阶段的数学模型进行了计算,模型计算结果与试验结果相吻合,验证了本文所建立换热数学模型的准确性。研究结果表明,钢液与结晶辊初始接触时界面热流密度为26.06 MW·m-2,随着接触界面熔池边界层温度降低,凝固坯壳收缩,热流密度显著下降,在接近Kiss点区域时趋于稳定值。     

A356/H13钢热力耦合界面换热机理研究

通过自行设计的实验装置研究了A356/H13钢在热力耦合下的界面换热系数随温度和接触载荷的变化规律.研究结果表明:在所测量的范围内,界面换热系数随着温度和载荷的增加而增大；随着界面载荷的增大,曲线出现了“突变点”,当界面载荷达到“突变点”时,界面换热系数对载荷的敏感性下降,曲线开始变得平缓.