ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ПРИ ЛИТЬЕ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА АК7ч (A356) В ФОРМЫ ИЗ ХОЛОДНО ТВЕРДЕЮЩИХ СМЕСЕЙ
https://doi.org/10.17073/0021-3438-2016-5-
Abstract
Экспериментально определены температурные поля в литейной форме в процессе охлаждения отливки, которые сравнивались с результатами компьютерного моделирования в программе ProCast. Определён коэффициент теплопередачи от отливки к форме iHTC (interface Heat Transfer Coefficient) при получении цилиндрической отливки из алюминиевого сплава АК7ч (А356) в разовую форму из холоднотвердеющей смеси на фурановом связующем. Установлено, что использование свойств, заложенных в базе данных программы ProCast, позволяет получать распределение температуры в форме, отличное от экспериментального менее чем на 20°С. При этом значение коэффициента теплопередачи, дающее такой результат, находится в достаточно широком интервале. В данной работе оптимальные значения коэффициента теплопередачи были определены на уровне h1=900 Вт/м2К (выше температуры ликвидуса сплава) и h2=600 Вт/м2К (ниже температуры солидуса сплава). Однако, изменение коэффициента теплопередачи в интервале h1=900-1200 Вт/м2К и h2=500-900 Вт/м2К практически не влияет на величину получаемой ошибки, и она остаётся в пределах ~22°С. В то же время использование упрощённого подхода, когда задаётся постоянная величина коэффициента теплопередачи тоже возможно. Экспериментально подтверждено изменение коэффициента теплопередачи по высоте цилиндрической отливки, связанное с различной величиной металлостатического давления, действующего на возникающую корку в отливке во время её затвердевания.
About the Authors
Вячеслав БаженовRussian Federation
Андрей Колтыгин
Russian Federation
Юрий Целовальник
Russian Federation
References
1. Тихомиров М.Д. Сравнение тепловых задач в системах моделирования литейных процессов "Полигон" и ProCast // Компьютерное моделирование литейных процессов: Сборник трудов. Вып. 2. СПб.: ЦНИИМ, 1996. С. 22.
2. 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. Санкт-Петербург: СПбГПУ, 2004
3. 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, пособие. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та; 2012. 93 с.
4. Wang D., Zhou C., Xu G., Huaiyuan A. Heat transfer behavior of top side-pouring twin-roll casting // Journal of Materials Processing Technology. 2014. Vol. 214. P. 1275-1284.
5. Griffiths W.D., Kawai K. The effect of increased pressure on interfacial heat transfer in the aluminium gravity die casting process // Journal of Materials Science. 2010. Vol. 45. Is. 9. P. 2330-2339.
6. Sun Z., Hu H., Niu X. Determination of heat transfer coefficients by extrapolation and numerical inverse methods in squeeze casting of magnesium alloy AM60 // Journal of Materials Processing Technology. 2011. Vol. 211. P. 1432-1440.
7. Nishida Y., Droste W., Engler S. The Air-Gap Formation Process at the Casting-Mold Interface and the Heat Transfer Mechanism through the Gap // Metallurgical Transactions B. 1986. Vol. 17B. P. 833-844.
8. 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 // Journal of Materials Science. 2009. Vol. 44. Is. 8. P. 1923-1933.
9. 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 // Applied Thermal Engineering. 2014. Vol. 73. P. 512-521.
10. Chen L., Wang Y., Peng L., Fu P., Jiang H. Study on the interfacial heat transfer coefficient between AZ91D magnesium alloy and silica sand // Experimental Thermal and Fluid Science. 2014. Vol. 54. P. 196-203.
11. 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 // Applied Thermal Engineering. 2015. Vol. 78. P. 682-694.
12. 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 Conversion and Management. 2010. Vol. 51. P. 1898-1904.
13. Sutaria M., Gada V.H., Sharma A., Ravi B. Computation of feed-paths for casting solidification using level-set-method // Journal of Materials Processing Technology. 2012. Vol. 212. P. 1236-1249.
14. 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 // Metallurgical and Materials Transactions B. 2014. Vol. 45. P. 1157-1169.
15. Bertelli F., Cheung N., Garcia A. Inward solidification of cylinders: Reversal in the growth rate and microstructure evolution // Applied Thermal Engineering. 2013. Vol. 61. P. 577-582.
16. Martorano M.A., Capocchi J.D.T. Heat transfer coefficient at the metal-mould interface in the unidirectional solidification of Cu-8%Sn alloys // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2000. Vol. 43. P. 2541-2552.
17. Griffiths W.D. A model of the interfacial heat-transfer coefficient during unidirectional solidification of an aluminum alloy // Metallurgical and Materials Transactions B. 2000. Vol. 31B. Is. 2. P. 285-295.
18. Midea T., Shah, J.V. Mold Material Thermophysical Data // AFS Transactions. 2002. Vol. 110. P. 121-136.
19. Yu K-O. Modeling for Casting and Solidification Processing. New York: CRC Press, 2001.
20. Bakhtiyarov S.I., Overfelt R.A., Teodorescu S.G. Electrical and thermal conductivity of A319 and A356 aluminum alloys // Journal of Materials Science. 2001. Vol. 36. P. 4643-4648.
21. 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.
22. N.A. El-Mahallawy, A.M. Assar. Metal-mould heat transfer coefficient using end-chill experiments // Journal of Materials Science Letters. 1988. Vol. 7. P. 205-208.
Supplementary files
|
1. Bazhenov_abstract | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(28KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
2. Bazhenov_agreement | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(1MB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
3. Bazhenov_author | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(25KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
4. Bazhenov_conclusion | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(471KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
5. Bazhenov_figures | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(1MB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
6. Bazhenov_for_eng_article | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(37KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
7. fig. 1 | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
View
(563KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
8. fig. 2 | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(31KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
9. fig. 3а | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(22KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
10. fig. 3б | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(17KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
11. fig. 3в | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(21KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
12. fig. 4а | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(20KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
13. fig. 4б | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(22KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
14. fig. 4в | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(15KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
15. fig. 5а | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(21KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
16. fig. 5б | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(20KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
17. fig. 6а | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(20KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
18. fig. 6б | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(23KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
19. fig. 6в | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(23KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
20. fig. 7 | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(16KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
21. fig. 2 | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(92KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
22. fig. 3а | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(84KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
23. fig. 3б | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(72KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
24. fig. 3в | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(88KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
25. fig. 4а | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(76KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
26. fig. 4б | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(84KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
27. fig. 4в | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(65KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
28. fig. 5а | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(63KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
29. fig. 5б | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(63KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
30. fig. 6а | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(71KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
31. fig. 6б | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(77KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
32. fig. 6в | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(77KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
33. fig. 7 | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
Download
(64KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
Review
For citations:
, , . Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2016;(5). https://doi.org/10.17073/0021-3438-2016-5-
Email this article 