Файл: Медведев Я.И. Технологические испытания формовочных материалов.pdf

ских свойств формы. Очевидно, применение формовочных мате­ риалов с различными теплофизическими свойствами является одним из средств регулирования свойств отливок. По данным работы [27], соответствующим выбором теплофизических свойств формовочной смеси можно в десятки раз изменять скорость за­ твердевания отливки.

Благодаря работам П. П. Берга, И. Б. Куманина, Б. Б. Гу­ ляева, А. И. Вейника и др. созданы аналитические методы рас­ чета тепловых процессов, происходящих в форме при затверде-

2 6 Ш J0 60 90 120т

Рис. 81. Изменение температуры поверхности отливки во времени при разных коэффициентах аккумуляции теплоты формы Ъф

вании и охлаждении отливки. Однако для практического приме­ нения этих расчетных методов необходимо знать теплофизические константы формовочных смесей.

Основными теплофизическими константами являются следую­ щие: коэффициент теплопроводности К, объемная теплоемкость С (С = су, где с— удельная теплоемкость, у —• плотность), коэф­ фициент теплоаккумулирующей способности Ь и коэффициент температуропроводности а. Коэффициенты Ь и а выражаются соответственно формулами

Зная любые три из перечисленных констант и используя фор­ мулы (63) и (64), легко найти остальные константы.

В настоящее время накоплено много экспериментальных дан­ ных по определению теплофизических свойств формовочных сме­ сей, однако использование их для решения конкретных задач не всегда возможно, так как эти свойства определялись в разных условиях.

Известно, что теплофизические свойства материалов сущест­ венно изменяются при изменении температуры. Литейная форма в тепловом отношении представляет собой анизотропное тело, тепловые свойства которого заметно изменяются в направлении потока тепла. При этом каждый элементарный слой по сечению формы имеет определенную температуру, которой соответствуют вполне определенные истинные значения теплофизических кон­ стант. При нахождении любого теплофизического свойства удается определить лишь среднее эффективное значение' коэф­ фициента, которое учитывает не только неравномерность распре­ деления температуры, но и прочие процессы, протекающие в форме (испарение влаги, горение связующих и т. п.). Очевидно, вели­ чину теплофизического коэффициента нельзя рассматривать как постоянную характеристику данной формовочной смеси. Вели­

начальной температуры формы, плотности формовочной смеси (табл. 19, 20). Кроме того, тепловые свойства формовочной смеси на одной основе (кварцевом песке, хромомагнезите и т. д.) будут ощутимо изменяться при изменении влажности, величины зерна песка, природы связующего и т. д.

Таким образом, имеющиеся в специальной литературе дан­ ные не всегда могут быть использованы для расчета тепловых процессов, и часто требуется предварительно определить теплофизические свойства смеси в условиях, близких к реальным.

ТЕПЛОЕМКОСТЬ И ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

Теплоемкость измеряется количеством теплоты, которое надо сообщить телу для того, чтобы нагреть его на 1°. Как и все теплофизические характеристики, теплоемкость формовочных материа­ лов изменяется при изменении температуры и, как правило, по прямолинейной зависимости.

Непосредственное определение теплоемкости дисперсных ма­ териалов вообще и формовочных смесей в частности связано с осо­ быми затруднениями. Дело в том, что существующие методы пря­ мого определения коэффициента теплоемкости относятся к ме­ тодам обычного калориметрирования. Вследствие малой темпера­ туропроводности дисперсных материалов температурное равно­ весие в калориметре устанавливается крайне медленно, причем потери тепла калориметром во внешнюю среду значительны и учет их сложен. В связи с этим для определения теплоемкости формовоч­ ных смесей используют косвенные методы, позволяющие вычислять коэффициент теплоемкости по экспериментально найденным дру­ гим теплофизическим характеристикам.

Коэффициент теплопроводности X определяется удельным теп­ ловым потоком (количества теплоты на единицу поверхности), направленным по нормали к поверхности источника тепла, при изменении температуры в этом направлении на 1° на единицу длины.

Таким образом, если теплоемкость характеризует способность вещества аккумулировать тепло, что определяется в основном молекулярной природой, то теплопроводность характеризует уже процесс передачи тепла в данном веществе. В дисперсных средах теплопередача является сложным процессом, состоящим из бо­ лее простых, накладывающихся друг на друга и одновременно действующих процессов-, теплопроводности, излучения и конвек­ ции. Следовательно, экспериментально найденный или вычислен­ ный коэффициент теплопроводности дисперсных систем, к кото­ рым относится и формовочная смесь, характеризует «кажущуюся» ,теплопроводность (в ряде работ ее называют «эффективной»

тепловые процессы, протекающие в форме после заливки металла, являются типично нестационарными.

Вследствие указанных недостатков предпочтение отдают не­ стационарным методам определения теплофизических коэффициен­ тов. На экспериментальной установке, приведенной на рис. 83, определяли кажущуюся теплопроводность формовочных смесей нестационарным методом с использованием линейного источника тепла [212]. Источник тепла — зонд в виде трубки диаметром

200 мм. Внутри зонда устанавливают термопару, передающую показания на самопишущий потенциометр. Торцы стальной трубы должны быть герметичными, чтобы предотвратить конвекционные потоки воздуха внутри зонда.

Зонд нагревается током, величину которого, а следовательно, и температуру нагрева регулируют стабилизатором напряжения, автотрансформатором и реостатом. Для определения теплопро­ водности при высоких температурах испытуемый образец с зон­ дом помещают в трубчатую печь со спиральным нагревателем.

Испытание проводят следующим образом. После установления по потенциометру постоянной температуры зонда подвод электро­ энергии прекращают и снимают кривую «температура —время» по показаниям термопары, находящейся внутри зонда. Количество