本站小編為你精心準備了淺析下拉式熱型連鑄工藝中的阻流參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：為了解決下拉式熱型連鑄過程中金屬液靜壓頭過高容易拉漏，從而迫使連鑄速度必須降得很低這一問題，在鑄型上游設置了過濾網式、窄縫式和小孔式三種不同形式的阻流器，分別進行阻流試驗，以期降低壓頭。試驗結果表明，過濾網式阻流器由于孔徑過大，剩余壓頭太低，基本沒有阻流作用。窄縫式阻流器主要利用摩擦阻力達到阻流，即使窄縫長度達50mm，寬度為0.3mm時，剩余壓頭也只有2～3mm，阻流效果不顯著。小孔式阻流器主要利用表面張力達到阻流，當小孔直徑為0.5mm時，剩余壓頭可達8mm，可以顯著降低鑄型上游金屬液的壓頭，從而防止下拉式熱型連鑄的拉漏。

關鍵詞：下拉式熱型連鑄；金屬液靜壓頭；阻流

形狀記憶合金管接頭材料絕大多數是NiTi基合金，NiTi基合金制作的管接頭[1-2]記憶性能好，擴徑率大，回復包緊力大，連接的可靠性很高，但是其原材料價格昂貴，熔煉和成形加工都很困難，因此使得記憶合金管接頭只能應用于個別領域，如航空航天部門。形狀記憶合金的第一個商業應用是1969年由RaychemCorporation制造的商標為CryoFitTM的NiTiFe合金管接頭，用于GrummanAerospaceCorporation制造的F-14噴氣式戰斗機上[3]。Cu基和Fe基合金因為在傳統加工工藝下只能得到等軸晶組織，晶體各向異性在晶界產生應力集中，導致力學性能和記憶性能都很差，形狀記憶可恢復應變僅為2%[4-5]。本試驗室[6-8]采用水平橫引和垂直上引式熱型連鑄工藝，制備出了柱狀晶組織的CuAlBe形狀記憶合金絲、內翅片管和管接頭，其中管接頭的擴徑率比NiTi基合金還要大，高達11%，可恢復應變達8%，力學性能和形狀記憶性能都得到很大的提高。但是，水平連鑄管存在上下平面靜壓頭不一致導致的裂紋，壁厚不均勻等問題。采用普通的下拉式熱型連鑄工藝[9]可以克服水平連鑄工藝的缺點，但因為金屬液從鑄型頂部直接進入鑄型，壓頭很高，非常容易拉漏，不得不降低連鑄速度到30～100mm/min，由于連鑄速度極慢，從而失去實用價值。本文在試驗室自主設計的下拉式熱型連鑄設備的鑄型上游設置多種不同形式的阻流器，試圖增加金屬液的流動阻力，降低金屬液靜壓頭，從而防止拉漏，提高連鑄速度。

1試驗方法

阻流試驗裝置如圖1所示。將阻流器2裝入鑄型1，阻流器上面熔化CuAlBe合金，用液位探測電極測量液面高度，從鑄型出口觀察合金液流出狀況。吸入到每個小孔凝固為合金絲。

2試驗結果及分析

2.1試驗結果過濾網式阻流器進行阻流試驗時，當滲出壓頭在70mm時金屬液滲出，待流動穩定后測得剩余壓頭為1mm，滲出壓頭較高，剩余壓頭較小，實用意義不大。窄縫式阻流試驗結果見圖3。隨著阻流器窄縫不斷加入合金棒料，使液面高度逐漸升高，直至金屬液克服表面張力通過阻流器流出，此時的壓頭稱為滲出壓頭，記為H。金屬液一旦流出后將一直流出，直至阻流器上游的金屬液壓頭降低到不足以滲透阻流器才停止，此時的壓頭稱為剩余壓頭，記為h。試驗設置三種不同形式的阻流器（圖2）分別進行阻流試驗，分別記錄下每一次試驗的滲出壓頭H以及剩余壓頭h。圖2（a）為過濾網式阻流器，采用直徑為4mm的Al2O3球，排成4層，平均孔隙直徑為1.66mm。圖2（b）為窄縫式阻流器，在臥式銑床上，利用不同厚度的鋸片銑刀，在直徑為30mm的石墨棒上銑出不同寬度的窄縫。石墨棒的長度分別為20mm、35mm、50mm，具體數值如表1所示。然后將相應厚度的銅箔插入到窄縫中，以引導金屬液流入窄縫。圖2（c）為小孔式阻流器，在直徑為30mm，厚度為10mm的3個石墨塊上，分別鉆0.5mm、0.6mm、0.7mm的小孔，為使金屬液在阻流試驗中能順利通過小孔，采用真空吸鑄的方法，讓CuAlBe合金液被寬度增大，滲出壓頭降低，當窄縫寬度為0.5mm時，滲出壓頭基本保持不變。剩余壓頭的變化規律與滲出壓頭基本相同，窄縫越窄，剩余壓頭越大，說明窄縫增加壓頭的作用越強。窄縫寬度為0.5mm時，剩余壓頭為0。窄縫的長度對降低壓頭也有影響，隨著窄縫長度的增加，滲出壓頭增加，剩余壓頭也增加。但是，增加長度將增加阻流器的制作難度，也使連鑄機構變得龐大。窄縫長度達50mm，寬度為0.3mm時，剩余壓頭也只有2～3mm，阻流效果不明顯。小孔式阻流試驗結果見表2。對于小孔直徑為0.6mm和0.7mm的阻流器，滲出壓頭比窄縫式阻流器要高一些，但剩余壓頭卻幾乎沒有；對于小孔直徑為0.5mm的阻流器，滲出壓頭是最高的，但也在可接受范圍內，剩余壓頭比較合理，達到8mm。小孔的直徑越小，滲出壓頭越高，剩余壓頭也越高。

2.2試驗結果分析對于小孔阻流，流動阻力除了阻流器內壁產生的摩擦阻力外，還必須考慮表面張力所產生的阻力。（1）摩擦阻力分析。根據流體力學理論，黏性流體在管路中流動時，單位重量流體克服流體與管壁之間的摩擦力和流體質點運動的內摩擦力所消耗的機械能，稱為沿程水頭損失，以hλ表示。理論分析和試驗都表明，hλ與管道長度L成正比，而與管道直徑D成反比，即：式中：λ表示沿程阻力系數；v表示流體流動速率；g表示重力加速度。當流體經過彎管、閥門，流道突然擴大或縮小時，因發生劇烈的摩擦和能量交換所產生的機械能損失，稱為局部水頭損失，以hζ表示：式中：ζ表示局部阻力系數。總的水頭損失為沿程水頭損失和局部水頭損失的和，即：h=hλ+hζ。由上述理論公式可知，對壓頭損失的影響因素是流動速度、流道直徑和長度。由于本文阻流試驗金屬液的流動速度很小且變化不大，可以認為是恒量，因此這里只考慮D和L。對于過濾網式阻流器，因為其孔隙直徑過大，所以水頭損失很小。對于窄縫式阻流器，當窄縫長度越長，摩擦阻力就越大，水頭損失就越大，滲出壓頭就會越高，剩余壓頭也會越高；當阻流器水力學半徑越大（即窄縫寬度越寬或小孔直徑越大），摩擦阻力就越小，水頭損失就越小，滲出壓頭就會越低，剩余壓頭也會越低。（2）表面張力分析。液體表面張力是指作用于液體表面，使液體表面積縮小的力。曲率半徑或曲面所產生的附加壓力p=2σ/r使液態表面收縮的力大大增加。比較金屬液流經直徑0.5mm的小孔與寬度為0.5mm的窄縫的情況（圖4），當金屬液進入小孔時，曲面產生的附加壓力指向中心，力圖使金屬液柱的直徑縮小，從而形成流動阻力，必須增加壓頭才能使金屬液得以穿過小孔，因此小孔阻流的剩余壓頭比較高。然而當金屬液進入窄縫時，只有窄縫末端的曲率半徑小，而兩側都是平面，平面的曲率半徑是無窮大，因此附加壓力為0。金屬液只需克服兩側平面的流動摩擦阻力，就能穿過窄縫。從試驗結果來看，0.5mm小孔的剩余壓頭為8mm，而0.5mm窄縫的剩余壓頭為0。由此可見，表面張力所形成的流動阻力比摩擦阻力要大得多。

3結論

對過濾網式阻流器、窄縫式阻流器和小孔式阻流器分別做了阻流試驗。研究結果表明：過濾網式阻流器由于孔徑過大，剩余壓頭太低，基本沒有阻流作用。窄縫式阻流器主要利用摩擦阻力達到阻流，即使窄縫長度達50mm，寬度為0.3mm時，剩余壓頭也只有2～3mm，阻流效果不顯著。小孔式阻流器主要利用表面張力達到阻流，當小孔直徑為0.5mm時，剩余壓頭可達8mm，可以顯著降低鑄型上游金屬液的壓頭，從而防止下拉式熱型連鑄過程中的拉漏現象，進而提高連鑄速度。

參考文獻：

[1]周守理，杜大華，韓文仲，等．Ni-Ti基形狀記憶合金準6mm管接頭的研制[J]．稀有金屬材料與工程，1985(1)：19-24．

[2]景綠路，關德富，樊力偉．NiTiNb形狀記憶合金管接頭研究[J]．飛機設計，2002(2)：52-56．

[4]張瑾，谷南駒，王文水．礦用管接頭Cu-Al-Mn記憶合金材料的研究[J]．金屬礦山，2001(7)：39-40.

[5]孟祥剛．鐵基記憶合金管接頭在油田應用技術研究[D]．大慶：大慶石油學院，2007．

[6]麥維雅，游庭淋，蔡蓮淑，等．柱狀晶CuAlBe合金絲等溫軋制工藝研究[J]．熱加工工藝，2013，42(8)：55-57．

[7]游庭淋，舒瑋邑，蔡蓮淑，等．柱狀晶CuAlBe合金絲等溫拉拔試驗研究[J]．熱加工工藝，2014，43(13)：44-47．

[8]彭宇霄，蔡蓮淑，余業球，等．熱型連鑄CuAlBe柱狀晶的各向異性[J]．熱加工工藝，2017，46(2)：79-81．

[9]申曦．下引式連續定向凝固薄壁銅管的基礎研究[D]．北京：北京科技大學，2009．

作者：汪晶鑫 蔡蓮淑 余業球 黎沃光 單位：廣東工業大學