Способ определения коэффициента теплоаккумулирующей способности материалов

СОЮЗ СОВЕТСНИХС ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 3511 а 01 М 25/1 2 0ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 3417610/22-0(22)31,.03.82 (46)15.12.83. Бю (72)Г.Ш. Кирия и довогоий Р 4 А. В. нк опетровский орден Знамени металлургОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОАККУМУЛИРУЕЦЕИ СПОСОБНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, включающий измерение температуры термопарой, размещенной в центре отливки из металла с известными теплофизическими свойствами и определение коэффициента теп лоаккумулирующей способности, о т л и ч а ю щ и и с 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 расплющивают образцами исследуемогоматериала до толщины, равной диаметру спая термопары,Изобретение относится к техникеисследований или анализа Формовочныхматериалов путем определения коэффициента теплоаккумулирукщей способности,Известен способ определения коэфФициента теплоаккумулирующей способности Ь, включающий расчет Ь 2 по известным значениям теплопроводности Л,теплоемкости с и удельной массы фГ 13.Недостатком этого способа является 1 рнеобходимость производить три различных эксперимента по определениюисходных величин уу, р и с . Кроме того,окончательный результат содержит по"грешности от измерения каждой из вхо" 15лилии в формулу Ьу = 1 и ус величин.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому результату является способ (прототип )определения коэффициента Ь,включающий измерение температуры терОмопарой, размещенной в центре .отливки из металла с известными теплофизическими свойствами и вычисление коэффициента теплоаккумулирующей способности.25Способ реализуется следующим образом. В плоскую литейную форму из ис -следуемого материала заливают металлс известными теплофизическими свойствами, измеряют температуру термопа" ЗОры в центре отливки и в несколькихточках по сечению формы, строят температурное.поле формы для моментаполного затвердевания отливки и вычисляют коэффициент теплоаккумулирующей способности Ьф 2 3.Осуществление указанного способасложно, требует изготовления литейнойформы, сверления в ней отверстий,установки и закрепления в них нескольких термопар, количество которых обуславливает точность эксперимента, Необходимо применять. специальные приспособления для закрепления и защиты 45от расплавленного металла термопары,установленной в центре отливки. Процесс измерения длителен, так как дляохлаждения массивной отливки до пол- .ного затвердевания необходимо значительное время. Сокращение же продолжительности эксперимента за счетуменьшения массы отливки снижаетточность эксперимента. Следует такжеотметить существенную сложность изготовления.литейной формы из твердых 55и хрупких материалов, таких., например, как белый чугун. Наконец, с помощью известного способа невозможно измерить коэффициент Ъ 2 материалаповерхностного слоя металлических 60литейных форм, который в результатенапример борирования или азотирования, приобретает теплофизические свой"ства, отличающиеся от основной массыФормы и поэтому в значительной степе 65 ни влияющие на теплообмен между отливкой иформой.Цель изобретения - сокращение времени измерений и расширение функциональных возможностей определения коэффициента теплоаккумулирующей способности материала поверхностного слоя литейной Форьа.Указанная цель достигается тем, что согласно способу определение коэффициента теплоаккумулирующей способности материалов, включающему измерение температуры 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 иэ теории теплообмена, температура контакта двух тел зависит только от теплофизических свойств мат териаласоприкасающихся тел. В частности, выражение для определения температуры контакта отливки и формы 3) имеет вид вг1 ф - ф,Ъгк 1+ -2че 1где Ск - температура контакта;.С, й - температура отливки и Формы соответственно,1Ь 1,Ь 2- коэффициент теплоаккумулирующей способности материала отливки и Формы соответственно,Преобразовав выражение (1 ), получим расчетную форму предлагаемого спо-,соба,ф- фкЬЯ Ь 1К 2Для большинства чистых металлов величина коэффициента теплоаккумулирующей способности, входящая в формулу (2 ) в виде Ь, определена с высокой точностью и прйводится в справочниках. Значения С 1, С 2 и С,определяют экспериментально. Для этого между электродами и термопарой, подключенной к осциллографу, непосредственно за спаем защемляют навеску металла с известными тецлофизическими свойствами, вводят термопару 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 фик1061018 10ааав е ав вв вв аэ ва вв ав Теьаература, (. ееееееяааявеееь,. /М 4 ф е е авва,ОПредееления е е е е ав ее ва авСредняяПрОдОаКиввтельностьэксперимвнввтов, мин йсслвдуввый объект еее ее ее ее экспери" средняяменталь- ная еееавееПодготовитель-.ныйэтап Непосредственно эксЙерйемент е ав вве е еввеее Предлагаемый Обычный 930 25 935 28 678 . 194,6 .678 . 190,1 692 195,5 740 158,0 730 156,9 728 158,2 193,4.кокиль 8 3 950 26 945 28 Кокиль с борированнойрабочей поверхностью 157,7 950 27 930 27 сирует температуру 1, извлекает иэ печи и расплющивает каплю расплава образцами исследуемого материала до толщины равной диаметру спая термопа- . ры, которая при"этом фиксирует температуру контакта Ь. Неполное расплю щивание, т.е. когда при расплющивании капля расплава имеет толщину боль.шую, чем диаметр спая термспары, прйводит к невоспроизводимости эксперимента, поскольку повторить его с той же степенью расплющивания капли практически невозможно, Последнее важно с точки зрения точности эксперимента.Температуру исследуемых, образцов 1 в эксперименте принимают равной температуре в термостате, где образцы выдеРживают до начала эксперимента. В исследованиях, не требующих особой коррекции измерений, температуру образцов допускается принимать равной температуре окружающей среды.Подставив полученные значения й, й 2 и .й, в формулу 2 , рассчитывают коэффициент Ь.25 1 П р и м е р. Оценивают влияние поверхностного модифицирования металлической формы кокиля ) на контактный теплообмен ее с отливкой, Для это." го измеряют коэффициент теплоакку мулирующей способности рабочего слоя двух одинаковых разборных кокилей, Каждый кокиль состоит из четырех сте. " нок, сочленяемдх по торцам, причем стенки одного из них имеют бориро ванный рабочий слой толщиной 3,53,8 мм с микроструктурой белого чугуна.Согласно изобретению в трубчатой .печи расплавляют и перегревают до 930- 950 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 иэ печи и расплю" щиваютдвумя стенками обычного кокиля ( рабочей поверхностью к капле,служащими в данном случае исследуе-. ьыми образцами, Те же операции производят с кокилем, имеющим бориро" ванную рабочую поверхность. Температуру расплава т. и контакта С; фиксируют на осциллографе К. Температуру стенок кокиля С принимают рав% ной температуре окружающей среды. Значение Ь, равное 550 ккал/мвчфф., берут по справочным данным.Для получения сравнительных данных параллельно на собранных кокилях производят определение Ьпо прототипу.Результаты экспериментов и их продолжительность приведены в таблице.Значения Ъ, полученные при определении по предлагаемому способу для обычного кокиля и кокиля с борированной рабочей поверхностью, отчетливо отражают различие в теплоаккумулирую-, щей способности белого и серого чугунов 1157,7 ккал/мчоа"С и 193 ккал/мМ% соответственно 1 и хорошо согласуются с литературными данными..СпособО 3 радфелюлмл ееЧее Феееее е эксдерие средлляменталь- ная е 4 неее ееа 44 ве Непосрвдатэеиио экс"нерифмент ПОдВавтоЭИ"тельНЫЙеэтап ееееееее Чеааееее 4 ВЕ 4 Е ЕЕ 44 Е Е Ечаечче аааа 4 ааачаач еаеееееевавеее еееечеч 196,3 194,1 193,8 930 28 Извест- Обычныйный кокиль 194,7 950 28 940 25 210 37 Кокиль с борированнойрабочей поверхностью 196,1194 21195,2 930 26 28 940 27 195,2 Составитель М. Ершов Техред И,Метелева Корректор В. Бутяга Редактор Л, АвраменкоЗаказ 10030/45 Тираж 873 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4 При определении Ъ по прототипу подобного различия не выявлено: как ЗО для обычйога кокиля, так и для коки-, ля с борированной рабочей поверхностью получены близкие значения Ъ (194,7 ккал/м 2 чоффСи 195,2 ккал/м РС соответственно ),. характерные для ., 35 теплоаккумулирующей способности се" . рого чугуна, т.е. основной массы кокиля. Очевидно, что этот способ не позволяет решить поставленную задачу.Кроме того, изобретение позволяет 4 О повысить экспрессность определения Ъ 2 по сравнению с прототипом: продолжительность подготовительных. операций ( сверление отверстий, изготовление термопар, установка и закрепление их в форме, размещение и закрепление навески ) сокращается более, чем в 26 раз, а время собственно эксперимента (плавка и заливка металла и его охлаждение, расплющивание капли расплава ) - почти в 13 раз. При этом точность эксперимента не снижается.Способ определения коэффициента теплоаккумулирующей способности является универсальным и применим для любых твердых материалов,