什麼是Chvorinov法則

鑄件的凝固時間與體積V和表面積A之比(模數)的2次方成正比的經驗法則 t = B(V/A)²。用於冒口大小的設計。

日文名稱: チボリノフの法則

「Chvorinov法則」出現在2領域的2道練習題中(金屬材料與合金, 凝固與鑄造組織等)。

這個名詞所屬的領域: 凝固與鑄造組織

練習Chvorinov法則的題目

在Chvorinov法則中,鑄件的凝固時間t以體積V與表面積A的比表示為 t = B(V/A)²(B是由鑄模與金屬決定的常數)。在相同鑄模條件下,邊長50 mm的立方體鑄件在4.0分鐘內凝固。邊長100 mm的立方體鑄件的凝固時間最接近下列何者?

  1. A8.0分鐘
  2. B16分鐘
  3. C32分鐘
查看答案與解析

正確答案:B. 16分鐘

設立方體的邊長為a,V/A = a³/(6a²) = a/6,因此邊長50 mm時V/A ≈ 8.3 mm,100 mm時約為16.7 mm,正好是2倍。凝固時間與V/A的2次方成正比,因此 t = 4.0 × 2² = 16分鐘。8.0分鐘是以為凝固時間與尺寸成正比的錯誤,32分鐘是以為與體積成正比而算成8倍的錯誤。鑄件越大,凝固越費時,組織也越粗。此外,冒口(補充熔湯的部分)若不比製品部更晚凝固,就無法補償縮孔,因此將冒口的V/A設計得比製品部大,其根據也是這個法則。

設Chvorinov法則 t = B(V/A)²(t為凝固時間,V為體積,A為表面積,B為常數)成立。在相同的鑄模條件下,某體積的立方體鑄件在10分鐘內凝固。相同體積的球形鑄件,凝固時間最接近下列何者?

  1. A約15分鐘
  2. B約12分鐘
  3. C10分鐘
查看答案與解析

正確答案:A. 約15分鐘

即使體積相同,球是表面積最小的形狀,因此V/A(模數)較大。邊長a的立方體 V/A = a/6 ≈ 0.167a。相同體積的球半徑為 r = (3a³/4π)^(1/3) ≈ 0.620a,V/A = r/3 ≈ 0.207a,約為立方體的1.24倍。凝固時間是其2次方的約1.54倍,10 × 1.54 ≈ 15分鐘。約12分鐘是以為凝固時間與V/A成正比的值,10分鐘是以為體積相同凝固時間也相同的錯誤。冒口必須比製品部更晚凝固,因此做成能以相同金屬量加大V/A的球形,或高度與直徑相近的圓柱形。

出現「Chvorinov法則」的題目(2題)

  1. 在Chvorinov法則中,鑄件的凝固時間t以體積V與表面積A的比表示為 t = B(V/A)²(B是由鑄模與金屬決定的常數)。在相同鑄模條件下,邊長50 mm的立方體鑄件在4.0分鐘內凝固。邊長100 mm的立方體鑄件的凝固時間最接近下列何者?
  2. 設Chvorinov法則 t = B(V/A)²(t為凝固時間,V為體積,A為表面積,B為常數)成立。在相同的鑄模條件下,某體積的立方體鑄件在10分鐘內凝固。相同體積的球形鑄件,凝固時間最接近下列何者?

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