3厚壁金屬型中的凝固
當(dāng)金屬型的涂料層很薄時(shí),厚壁金屬型中凝固金屬和鑄型的熱阻都不可忽略,因而
都存在明顯的溫度梯度。由于此時(shí)金屬鑄型界面的熱阻相對(duì)很小,可忽略不計(jì),則鑄
型內(nèi)表面和鑄件表面溫度相同??梢哉J(rèn)為,厚壁金屬型中的凝固傳熱為兩個(gè)相連接的
半無(wú)限大物體的傳熱,整個(gè)系統(tǒng)的傳熱過(guò)程取決于鑄件和鑄型的熱物理性質(zhì),其溫度
分布如圖127所示。
4水冷金屬型中的凝固
在水冷金屬型中,是通過(guò)控制冷卻水溫度和流量使鑄型溫度保持近似恒定 (t2F=t20),
在不考慮金屬鑄型界面熱阻的情況下,凝固金屬表面溫度等于鑄型溫度 (t1F=t20)。在這
種情況下,凝固傳熱的主要熱阻是凝固金屬的熱阻,鑄件中有較大的溫度梯度。系統(tǒng)的溫度
分布如圖128所示。
因?yàn)榭昭?span style='line-height:1.5;'>數(shù)目的增加不可能是突變的。因此,對(duì)于這種突變,應(yīng)當(dāng)理解為金屬已熔化,已由固態(tài)變?yōu)?/span>
液態(tài),發(fā)生狀態(tài)改變?cè)斐傻?。從圖11可以看出,假設(shè)在熔點(diǎn)附近原子間距達(dá)到了R1,原
子具有很高的能量,很容易超過(guò)勢(shì)壘而離位。但是在相鄰原子最引力作用下,仍然要向平
衡位置運(yùn)動(dòng)。雖然此時(shí)離位原子和空穴大為增加,金屬仍表現(xiàn)為固體性質(zhì)。若此時(shí)從外界供
給足夠的能量———熔化潛熱,使原子間距離超過(guò)R1,原子間的引力急劇減小,從而造成原
子結(jié)合鍵突然破壞,金屬則從固態(tài)進(jìn)入熔化狀態(tài)。
3表面張力引起的附加壓力
假設(shè)液體中有一半徑為r的球形氣泡,
由于液體表面張力造成了指向內(nèi)部的力p
(圖113)。若將球的體積增大ΔV,則必須
克服阻力p而對(duì)它做功:ΔW=pΔV。而
這一所做之功變?yōu)楸砻娣e增大后的表面自
由能增量:ΔF=σΔS(ΔS為球體增大之表面積)
由此可見,因表面張力而造成的附加壓力p的大小與曲率半徑r成反比。
則r1=r2=r。附加壓力p也稱拉普拉斯壓力。
如液面凸起 (不潤(rùn)濕),附加壓力為正值,液面下凹 (潤(rùn)濕),附加壓力為負(fù)值,如圖
4所示。造型材料一般不被液態(tài)金屬潤(rùn)濕,即θ>90°(θ為潤(rùn)濕角)。故液態(tài)金屬在鑄型
道內(nèi)的表面是凸起的,如圖115所示,此時(shí)產(chǎn)生指向內(nèi)部的附加壓力。