cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2016-5-42-51cvmet-376Research ArticleЛитейное производствоFoundryОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ МЕЖДУ ОТЛИВКОЙ ИЗ СПЛАВА АК7ч (A356) И ФОРМОЙ ИЗ ХОЛОДНОТВЕРДЕЮЩЕЙ СМЕСИDetermination of heat transfer coefficient between AK7ch (A356) aluminum alloy casting and no-bake moldБаженовВ. Е.BazhenovV. E.

канд. техн. наук, ст. препод. кафедры технологии литейных процессов НИТУ «МИСиС»

Cand. Sci. (Eng.), senior lecturer, Foundry Department, NUST «MISIS»

V.E.Bagenov@gmail.comКолтыгинА. В.KoltyginA. V.

канд. техн. наук, доцент кафедры технологии литейных процессов НИТУ «МИСиС»

Cand. Sci. (Eng.), assistant prof., Foundry Department, NUST «MISIS»

misistlp@mail.comЦеловальникЮ. В.TselovalnikYu. V.

студент кафедры технологии литейных процессов НИТУ «МИСиС»

student, Foundry Department, NUST «MISIS».

TselovalnikYuri@gmail.comНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС», (119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4).РоссияNational University of Science and Technology (NUST) «MISIS» (119049, Russia, Moscow, Leninskii pr., 4).Russian Federation201602112016054251Copyright © Баженов В.Е., Колтыгин А.В., Целовальник Ю.В., 20162016Баженов В.Е., Колтыгин А.В., Целовальник Ю.В.Bazhenov V.E., Koltygin A.V., Tselovalnik Y.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/376

Коэффициент теплопередачи h определяли между цилиндрической отливкой из алюминиевого сплава АК7ч (А356) и формой из холоднотвердеющей смеси на фурановом связующем путем минимизации значения функции ошибок, отражающей разницу между экспериментальными и расчетными значениями температур в форме при заливке, затвердевании и охлаждении. Выше температуры ликвидуса сплава (617 °С) найденное значение коэффициента теплопередачи равно hL = 900 Вт/(м2·К). Ниже температуры солидуса сплава (556 °С) коэффициент hS = 600 Вт/(м2·К). Изменение величины коэффициента теплопередачи в интервалах hL = 900÷1200 Вт/(м2·К) (выше температуры ликвидуса сплава) и hS = 500÷900 Вт/(м2·К) (ниже температуры солидуса) практически не влияет на величину функции ошибок, которая остается в пределах ~22 °С. Показано, что допустимо использование упрощенного подхода, когда задается постоянная величина h = 500 Вт/(м2·К), что приводит к ошибке 23,8 °С. Экспериментально, на примере цилиндрической отливки, подтверждено изменение коэффициента теплопередачи по высоте отливки, связанное с различной величиной металлостатического давления, действующего на возникающую твердую корку отливки во время ее затвердевания, что обусловливает более плотный контакт металла и формы в нижней части отливки.

Determined the iHTC (interface Heat Transfer Coefficient) between AK7ch (A356) aluminum alloy casting and no-bake mold. The heat transfer coefficient is determined by minimizing the error function values, representing the difference between the experimental and calculated temperature in the mold values during pouring, solidification and cooling. Determined the values of the heat transfer coefficient above the liquidus temperature of the alloy hL = 900 W/(m2·K) and below the solidus temperature hS = 600 W/(m2·K).Changing of the heat transfer coefficient within hL = 900÷1200 W/(m2·K) and hS = 500÷900 W/(m2·K) has no sufficient effect on the error value, and it remains within ~22 °C. It was shown the usability of the simplified approach using constant heat transfer coefficient h = 500 W/(m2·K), whereas error value is 23,8 °C. Changing of iHTC as function of height of the cylindrical ingot was experimentally confirmed. This owes to the different values of metallostatic pressure applied to the solid skin of the solidifying casting, leads to closer contact of the metal and mold in the bottom of the casting.

компьютерное моделирование литейных процессовProCastкоэффициент теплопередачихолоднотвердеющая смесь (ХТС)песчаная форматеплофизические свойстваcomputer simulation of casting processesProCastheat transfer coefficientiHTCno-bakesand castingthermal propertiesReferencesТихомиров М.Д. Сравнение тепловых задач в системах моделирования литейных процессов «Полигон» и ProCast // Компьютерное моделирование литейных процессов: Сб. тр. Вып. 2. СПб.: ЦНИИМ, 1996. С. 22.Tikhomirov M.D. Sravnenie teplovykh zadach v sistemakh modelirovaniya liteinykh protsessov «Poligon» i ProCast [Comparsion of thermal problems in «Poligon» and «ProCast» simulation software]. In: Komp'yuternoe modelirovanie liteinykh protsessov [Computer simulation of casting processes]: Collection of materials. Vol. 2. St. Petersburg: TsNIIM, 1996. P. 22.Тихомиров М.Д. Моделирование тепловых и усадочных процессов при затвердевании отливок из высокопрочных алюминиевых сплавов и разработка системы компьютерного анализа литейной технологии: Автореф. дис. … канд. техн. наук. СПб.: СПбГПУ, 2004.Tikhomirov M.D. Modelirovanie teplovykh i usadochnykh protsessov pri zatverdevanii otlivok iz vysokoprochnykh alyuminievykh splavov i razrabotka sistemy komp’yuternogo analiza liteinoi tekhnologii [Simulation of thermal and shrinkage processes during solidification and developing of computer analysis model of cast technology]: Abstract of the dissertation of the PhD. St. Petersburg: SPbSPU, 2004.Боровков А.И., Бурдаков С.Ф., Клявин О.И., Мельникова М.П., Михайлов А.А., Немов А.С., Пальмов В.А., Силина Е.Н. Компьютерный инжиниринг: Учеб. пос. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012.Borovkov A.I., Burdakov S.F., Klyavin O.I., Mel’nikova M.P., Mikhailov A.A., Nemov A.S., Pal’mov V.A., Silina E.N. Komp’yuternyi inzhiniring [Computer engineering]. St. Petersburg: Izd-vo Politekhn. un-ta, 2012.Wang D., Zhou C., Xu G., Huaiyuan A. Heat transfer behavior of top side-pouring twin-roll casting // J. Mater. Process. Technol. 2014. Vol. 214. P. 1275—1284.Wang D., Zhou C., Xu G., Huaiyuan A. Heat transfer behavior of top side-pouring twin-roll casting. J. Mater. Process. Technol. 2014. Vol. 214. P. 1275—1284.Griffiths W.D., Kawai K. The effect of increased pressure on interfacial heat transfer in the aluminium gravity die casting process // J. Mater. Sci. 2010. Vol. 45. Iss. 9. P. 2330—2339.Griffiths W.D., Kawai K. The effect of increased pressure on interfacial heat transfer in the aluminium gravity die casting process. J. Mater. Sci. 2010. Vol. 45. Iss. 9. P. 2330—2339.Sun Z., Hu H., Niu X. Determination of heat transfer coefficients by extrapolation and numerical inverse methods in squeeze casting of magnesium alloy AM60 // J. Mater. Process. Technol. 2011. Vol. 211. P. 1432—1440.Sun Z., Hu H., Niu X. Determination of heat transfer coefficients by extrapolation and numerical inverse methods in squeeze casting of magnesium alloy AM60. J. Mater. Process. Technol. 2011. Vol. 211. P. 1432—1440.Nishida Y., Droste W., Engler S. The air-gap formation process at the casting-mold interface and the heat transfer mechanism through the gap // Metall. Mater. Trans. B. 1986. Vol. 17B. P. 833—844.Nishida Y., Droste W., Engler S. The air-gap formation process at the casting-mold interface and the heat transfer mechanism through the gap. Metall. Mater. Trans. B. 1986. Vol. 17B. P. 833—844.Bouchard D., Leboeuf S., Nadeau J.P., Guthrie R.I.L., Isac M. Dynamic wetting and heat transfer at the initiation of aluminum solidification on copper substrates // J. Mater. Sci. 2009. Vol. 44. Iss. 8. P. 1923—1933.Bouchard D., Leboeuf S., Nadeau J.P., Guthrie R.I.L., Isac M. Dynamic wetting and heat transfer at the initiation of aluminum solidification on copper substrates. J. Mater. Sci. 2009. Vol. 44. Iss. 8. P. 1923—1933.Lu S.-L., Xiao F.-R., Zhang S.-J., Mao Y.-W., Liao B. Simulation study on the centrifugal casting wet-type cylinder liner based on ProCAST // Appl. Therm. Eng. 2014. Vol. 73. P. 512—521.Lu S.-L., Xiao F.-R., Zhang S.-J., Mao Y.-W., Liao B. Simulation study on the centrifugal casting wet-type cylinder liner based on ProCAST. Appl. Therm. Eng. 2014. Vol. 73. P. 512—521.Chen L., Wang Y., Peng L., Fu P., Jiang H. Study on the interfacial heat transfer coefficient between AZ91D magnesium alloy and silica sand // Exp. Therm. Fluid Sci. 2014. Vol. 54. P. 196—203.Chen L., Wang Y., Peng L., Fu P., Jiang H. Study on the interfacial heat transfer coefficient between AZ91D magnesium alloy and silica sand. Exp. Therm. Fluid Sci. 2014. Vol. 54. P. 196—203.Palumbo G., Piglionico V., Piccininni A., Guglielmi P., Sorgente D., Tricarico L. Determination of interfacial heat transfer coefficients in a sand mould casting process using an optimised inverse analysis // Appl. Therm. Eng. 2015. Vol. 78. P. 682—694.Palumbo G., Piglionico V., Piccininni A., Guglielmi P., Sorgente D., Tricarico L. Determination of interfacial heat transfer coefficients in a sand mould casting process using an optimised inverse analysis. Appl. Therm. Eng. 2015. Vol. 78. P. 682—694.Zhang L., Li L., Ju H., Zhu B. Inverse identification of interfacial heat transfer coefficient between the casting and metal mold using neural network // Energy Convers. Manag. 2010. Vol. 51. P. 1898—1904.Zhang L., Li L., Ju H., Zhu B. Inverse identification of interfacial heat transfer coefficient between the casting and metal mold using neural network. Energy Conv. Manag. 2010. Vol. 51. P. 1898—1904.Sutaria M., Gada V.H., Sharma A., Ravi B. Computation of feed-paths for casting solidification using level-setmethod // J. Mater. Process. Technol. 2012. Vol. 212. P. 1236—1249.Sutaria M., Gada V.H., Sharma A., Ravi B. Computation of feed-paths for casting solidification using level-set-method. J. Mater. Process. Technol. 2012. Vol. 212. P. 1236—1249.Baghani A., Davami P., Varahram N., Shabani M.O. Investigation on the effect of mold constraints and cooling rate on residual stress during the sand-casting process of 1086 steel by employing a thermomechanical model // Metall. Mater. Trans. B. 2014. Vol. 45. P. 1157—1169.Baghani A., Davami P., Varahram N., Shabani M.O. Investigation on the effect of mold constraints and cooling rate on residual stress during the sand-casting process of 1086 steel by employing a thermomechanical model. Metall. Mater. Trans. B. 2014. Vol. 45. P. 1157—1169.Bertelli F., Cheung N., Garcia A. Inward solidification of cylinders: Reversal in the growth rate and microstructure evolution // Appl. Therm. Eng. 2013. Vol. 61. P. 577—582.Bertelli F., Cheung N., Garcia A. Inward solidification of cylinders: Reversal in the growth rate and microstructure evolution. Appl. Therm. Eng. 2013. Vol. 61. P. 577—582.Martorano M.A., Capocchi J.D.T. Heat transfer coefficient at the metal-mould interface in the unidirectional solidification of Cu—8%Sn alloys // Int. J. Heat Mass Transfer. 2000. Vol. 43. P. 2541—2552.Martorano M.A., Capocchi J.D.T. Heat transfer coefficient at the metal-mould interface in the unidirectional solidification of Cu—8%Sn alloys. Int. J. Heat Mass Transfer. 2000. Vol. 43. P. 2541—2552.Griffiths W.D. A model of the interfacial heat-transfer coefficient during unidirectional solidification of an aluminum alloy // Metall. Mater. Trans. B. 2000. Vol. 31B. Iss. 2. P. 285—295.Griffiths W.D. A model of the interfacial heat-transfer coefficient during unidirectional solidification of an aluminum alloy. Metall. Mater. Trans. B. 2000. Vol. 31B. Iss. 2. P. 285—295.Midea T., Shah J.V. Mold material thermophysical data // AFS Trans. 2002. Vol. 110. P. 121—136.Midea T., Shah, J.V. Mold material thermophysical data. AFS Trans. 2002. Vol. 110. P. 121—136.Yu K.-O. Modeling for casting and solidification processing. N.Y.: CRC Press, 2001.Yu K.-O. Modeling for casting and solidification processing. N.Y.: CRC Press, 2001.Bakhtiyarov S.I., Overfelt R.A., Teodorescu S.G. Electrical and thermal conductivity of A319 and A356 aluminum alloys // J. Mater. Sci. 2001. Vol. 36. P. 4643—4648.Bakhtiyarov S.I., Overfelt R.A., Teodorescu S.G. Electrical and thermal conductivity of A319 and A356 aluminum alloys. J. Mater. Sci. 2001. Vol. 36. P. 4643—4648.Bencomo A.I., Bisbal R.I., Morales R. Simulation of the aluminum alloy A356 solidification cast in cylindrical permanent molds // Revista Matéria. 2008. Vol. 13. No. 2. P. 294—303.Bencomo A.I., Bisbal R.I., Morales R. Simulation of the aluminum alloy A356 solidification cast in cylindrical permanent molds. Revista Matéria. 2008. Vol. 13. No. 2. P. 294—303.El-Mahallawy N.A., Assar A.M. Metal-mould heat transfer coefficient using end-chill experiments // J. Mater. Sci. Lett. 1988. Vol. 7. P. 205—208.El-Mahallawy N.A., Assar A.M. Metal-mould heat transfer coefficient using end-chill experiments. J. Mater. Sci. Lett. 1988. Vol. 7. P. 205—208.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.