Способ определения коэффициента теплоаккумулирующей способности материалов Советский патент 1983 года по МПК G01N25/18 B22D2/00 

ф

6

Изобретение относится к технике исследований или анализа формовочных материалов путем определения коэффи циента теплоаккумулиругадей способности..

Иэ1вестен способ определения коэффициента теплоаккумулирующей способности включающий расчет Ъ по известным значениям теплопроводности Л, теплоемкости с и удельной массы flj.

Недостатком этого способа является необходимость производить три различных эксперимента по определению исходных величин , у и с. Кроме того, окончательный результат содержит погрешности от измерения каждой из вхоbvn -

дящих в формулу Ъ2 Т Я у с величин. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ (прототип ) определения коэффициента Ъ-, включаквдий измерение температуры термопарой, размещенной в центре .отливки из металла С известными теплофизическими свойствами и вычисление коэффициента Теплоаккумулирующей способности..

I Способ реализуется следующим образом. В плоскую литейную форму из ис следуемого материала заливают ме.талл с известными теплофизическими свойствами, измеряют температуру термопары в центре отливки и в нескольких точках по сечению формы, строят температурное поле формы для момента полного затвердевания отливки и вычисляют коэффициент теплоаккумулирующей способности Ъ2С23.

Осуществление указанного способа сложно, требует изготовлениялитейной формы, сверления в ней отверстий, установки и закрепления в них нескольких термопар, количество которых обуславливает точность эксперимента. Необходимо применять, специальные приспособления для закрепления и защиты от расплавленного металла термопары, установленной в центре отливки. Процесс измерения длителен, так как для охлаждения массивной отливки до полного затвердевания необходимо значительное время. Сокращение же продолжительности эксперимента за счет уменьшения массы отливки снижает точность эксперимента. Следует также отметить существенную сложность изготовления литейной формы из твердых и хрупких материалов, таких., например, как белый чугун. Наконец, с помощью известного способа невозможно измерить коэффициент 2 материала поверхностного слоя- металлических литейных форм, который в результате например борирования или азотирования, приобретает теплофизические свойства, отличающиеся от основной массы формы и поэтому в значительной с.тепе

ни влияющие на теплообмен между отливкой иформой.

Цель изобретения - сокращение времени измерений к расширение функциональных возможностей определения Коэффициента теплоаккумулирующей способности материсша поверхностного слоя литейной фори«л.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу определение коэффициента теплоаккумулируквдей способности материалов, включающему измерение тет пературы термопарой, размещенной в центре отливки из металла с известными теплофизическими свойствами и определение коэффициента теплоаккумулирующей способности, отливку получают в виде капли расплава, помещают ее на спай термопары и расплющивают образцами исследуемого материала до толщины равной диаметру спая термопары.

Как известно из теории теплообмена температура контакта двух тел зависит только от теплофизических свойств мат териала соприкасакндихся тел. В частности, выражение для определения темпе-i ратуры контакта отливки и формы (3 j имеет вид

(.-t;

ЧГ

где t - температура контакта; .t, температура отливки и формы соответственно; Ь,,Ь2- коэффициент теплоаккумулирующей способности материала отливки и формы соответственно.

Преобразовав выражение (1), получим расчетную форму предлагаемого спо соб

(2)

Для большинства чистых металлов величина коэффициента теплоаккумулируняцей способности, входящая в формулу (2) в видеЪ, определена с высокой точностью и приводится в справочниках Значения t, ±2И t определяют экспериментально. Для этого между электродс1ми и термопарой, подключенной к осциллографу, непосредственно за спаем защемляют навеску металла с известными тедлофизическими свойствами, вводят термбпару в вертикальную трубчатую печь и нагревают выше температуры плавления металла навески. Образовавшаяся в результате плавления навески капля расплава под действием собственного веса стекает на спай термопары и удерживается на нем за счет сил поверхностного натяжения. Затем термопара, которая в этот момент фиксирует температуру t, извлекает из печи и расплющивает каплю расплава образцами исследуемого материала до толщины равной диаметру спая термопа ры, которая приэтом фиксирует температуру контакта t. Неполное расплю щивание, т.е. когда при расплющивании капля расплава имеет толщину бол шую, чем диаметр спая термгпары, при водит к невоспроизводимости эксперимента, поскольку повторить его с той же степенью расплющивания капли практически невозможно. Последнее важно с точки зрения точности эксперимента. Температуру исследуемых .образцов t в эксперименте принимают равной температуре в термостате, где образцы выде{ живают до начала эксперимент В исследованиях, не требующих особой коррекции измерений, температуру образцов допускается принимать равнрй температуре окружающей среды. Подставив полученные значения t tj в формулу (2J, рассчитывают коэффициент р и м е р. Оценивают влияние поверхностного Модифицирования метал лической формы (кокиля ) на контактный теплообмен ее с отливкой. Для эт го измеряют коэффициент теплоаккумулирующей способности рабочего слоя двух.одинаковых разборных кокилей. Каждый кокиль состоит из четырех сте нок, сочленяемых по торцам, причем стенки одного из них имеют борированный рабочий слой толщиной .3,53,8 мм с микроструктурой белого чугуна. Согласно изобретению в трубчатой печи расплавляют и перегревают до 930950 с навеску алюминия, размещенную между электродами хромель-алюмелевой термопары с диаметром электродов 0,2 мм и спаем диаметром 0,23 мм. Затем температуру с каплей расплава на спае извлекают ид печи и расплющивают двумя стенками обычного кокиля (рабочей поверхностью к капле), служащими в данном случае исследуе- №лми образцами. Те же операции производят с кокилем, имеющим борированную рабочую поверхность. Температуру |расплава t и контакта t фиксируют на осциллографе К-115. Температуру стенок кокиля i.2 принимают paB«f ной температуре окружающей среды. Значение Ъ, равное 550 ккал/м., берут по справочным данным. Для получения сравнительных данных параллельно на собранных кокилях производят определение Ь по прототипу. Результаты экспериментов и их ; продолжительность приведены в таб- ; лице. Значения Ъ2/ полученные при определении по предлагаемому способу для обычного кокиля и кокиля с борированной рабочей поверхностью, отчетливо отражают различие в теплоаккумулирующёй способности белого и серого чугунов (157,7 ккал7м ч С и 193ккал/м : соответственно ) и хорошо согласуются с литературными данными.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОАККУМУЖРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, включакиций измерение температуры термопарой, размещенной в центре отливки из металла с известными теплофизическими свойствами и определение коэффициента тёп- лоаккумулирующей способности, о т л Ич а ю щ и Я Q я тем, что, с целью сокращения времени измерений и расширения функциональных возможностей определения коэффициента теплоаккумулирующих способностей материала поверхностного .слоя литейной формы, отливку получают в виде капли расплава, помещают ее на спай термопары и расплкадивают образцами исследуемого | § у1атериапа до толщины,равной диаметру (О спая термопары.

редлааемый Обычный

930 935

-КОКИЛЬ 950

Кокиль с бо945рированной рабочей по950верхностью 930

25 28 26

194,6 190,1

193,4 195,5

28 27 27

158,0 156,9

157,7 158,2

26 28 27

930 950 940 При определении Ъ по прототипу подобного различия не выявлено: как для обычного кокиля, так и для кокиля с борированной рабочей поверхностью получены близкие значения Ьу (194,7 ккал/м2ч 5вси 195,2ккал/м С соответственно ), характерные для теплоаккумулирукнцей способности серого чугуна, т.е. основной массы кокиля. Очевидно, что этот способ не позволяет райить поставленную задачу Кроме того, изобретение позволяет повысить экспрессность определения Ъ2 по сравнению с прототипом: продолжи196,1

194,21

195,2 195,2 тельность подготовительных операций (сверление отверстий, изготовление термопар, установка и закрепление их в форме, размещение и закрепление навески ,1 сокращается более, чем в 26 раз, а время собственно эксперимента (плавка и заливка металла и его охлаждение, расплкяцивание капли расплава / - почти в 13 раз. При этом точность эксперимента не снижается. Способ определения коэффициента теплоаккумулируювдей способности является- универсальньш и применим для любых твердых материалов.