Материал: Нагрев и нагревательные устройства. курс лекций. Гольцев А.М., Бойко А.Ю

Если - нагрев;

Если - охлаждение;

Если - стационарное тепловое состояние. Рассмотрим условия нагрева,

За время - количество тепла, накопленное в элементе

. (39)

но ;

тогда

Это количество тепла может быть выражено как функция изменения температуры элемента во времени

(40)

следовательно

откуда:

или

Для двух и трех мерных тепловых потоков уравнение запишется:

и (41)

3.6.2 Теплопередача теплопроводностью при стационарном тепловом состоянии.

Рассматривается плоская стенка толщиной из материала, теплопроводность которого . В направлении стрелки направлен тепловой поток , под действием которого на поверхности стенки поддерживаются температуры и .

Необходимо определить закон распределения температур по толщине стенки и величину удельного теплового потока, обеспечивающего стационарное тепловое его состояние.

Рис. 6.

Так как при стационарном тепловом состоянии не происходит изменения температуры во времени, то в уравнении теплопередачи теплопроводностью

и следовательно . (42)

Коэффициент температуропроводности не равен нулю, откуда

. (43)

Но температура есть функция только координаты , следовательно

(44)

Решается уравнение

(45)

и (46)

При , , следовательно

При , , следовательно , или

(47)

решение уравнения для стационарного теплового состояния

или

.

Распределение температур по толщине стенки – линейное.

Так как ,

то в результате дифференцирования по получается

. (48)

3.6.3 Теплопередача от одной газовой среды к другой через многослойную плоскую стенку.

Подобная теплопередача имеет место из рабочего пространства через многослойную стенку печи в окружающую среду при тепловом состоянии стенки.

Так как тепловое состояние стенки стационарное, то тепловые потоки из рабочего пространства к внутренней поверхности стенки, через слои стенки и от стенки в окружающую среду будут одинаковые, равные .

Рис. 7.

Тогда

- - - - - -

- - - - - -

,

где - температура в рабочем пространстве печи;

- коэффициент теплопередачи от рабочего пространства к внутренней поверхности стенки;

- температуры на поверхностях слоев;

- температура на наружной поверхности стенки;

- температура окружающей среды;

- коэффициент теплопередачи от наружной поверхности стенки в окружающую среду.

Определив перепады температур, и сложив их, получим

(49)

или

(50)

Если обозначить величину

, (51)

то удельный тепловой поток из одной газовой среды через многослойную стенку к другой газовой среде

.

Температуры могут быть определены из приведенных выше уравнений удельного теплового потока.

Вопросы для самоподготовки:

1. Чем характеризуется теплопередач конвекций?

2. Приведите дифференциальное уравнение теплопередачи теплопроводностью?

3. Чем характеризуется теплопередача теплопроводностью при стационарном тепловом состоянии?

4. Охарактеризуйте теплопередачу от одной газовой среды к другой через многослойную плоскую стенку?

Лекция №6 нагрев металла

Процессы ковки и штамповки заготовок в нагретом состоянии можно рассматривать; как совместные процессы горячей пластической деформации и термического воздействия на металл. В результате должны решаться задачи придания заготовке формы и размеров поковки и получения оптимальной микроструктуры металла и наименьших остаточных напряжений.

Термический режим кузнечной обработки разрабатывается для каждого металла с учетом исходной структуры, размеров заготовок и назначения поковок. Он включает в себя температуру нагрева металла, скорость нагрева, характер изменения температуры заготовки в процессе ковки или штамповки, температуру окончания ковки, способ охлаждения поковок.

6.1. Определение интервала ковочных температур

Интервал ковочных температур различается на допустимый и технологически необходимый для конкретного процесса ковки или штамповки.

Допустимый интервал ковочных температур

Это наибольший интервал температур, внутри которого возможна горячая пластическая деформация, обеспечивающая получение заданных механических свойств. Он определяется комплексом испытаний металла при различных температурах через 25-50^ос.

1. Испытание на пластичность свободной осадкой, при которой оценка пластичности производится по степени деформации, при которой появляется трещина на поверхности образца.

2. Испытание на пластичность ударным изгибом на 39Аятниковом копре. Определяется величина ударной вязкости в зависимости от температуры образца.

3. Определение относительного сопротивления деформации при осадке образцов ударом на копре с падающей бабой при постоянной энергии удара.

4. Определение удельного усилия деформирования при испытаниях на растяжение при различных степенях деформации до 60-70%.

5. Определение критической температуры роста зерна металла при нагреве.

6. Определение интервала критических деформаций при осадке при различных температурах.

При сопоставлении результатов испытаний устанавливается интервал температур, обеспечивающий наименьшее сопротивление деформаций, наибольшую пластичность и допустимый размер зерна металла.

Если имеется диаграмма состояния класса сплавов результаты каждого ( и ) сплав наносятся на диаграмму. В результате получаются границы, определяющих область ковочных температур класса сплавов.

Технологически необходимый интервал температур

Устанавливается в соответствии с интервалом ковки или штамповки, требования к структуре поковки, наличием в видом термической обработки. Этот интервал температур находится внутри допустимого. При назначении температуры нагрева учитывается вид и масса заготовки, время кузнечной обработки, величина деформации. Так для штамповки поковки температура нагрева принимается ниже допустимого интервала ковочный температур. При этом уменьшается время нагрева и количество образующейся окалины.

При ковке слитков температура нагрева близка к верхнему пределу ковочных температур вследствие того, что время кузнечной обработки достаточно велико. Перед отдельными операциями, требующими малых деформаций, температура нагрева близка к нижнему пределу ковочных температур, так как это дает возможность получить поковку с мелкозернистой структурой. Нижний предел температур технологически необходимого интервала определяется условиями получения мелкого зерна или видом последующей термической обработки. При штамповке поковок температура окончания ее может быть высокой, так как они быстро остывают и зерно металла при остывании не успевает вырасти.

Если после ковки предусмотрена термообработка поковок (закалка с отпуском), то температура окончания ковки (выше ) позволяет использовать ковочное тепло для термической обработки.

6.2. Химические процессы, происходящие при нагреве металла Окалинообразование

Рабочее пространство пламенной печи заполнено продуктами горения. При высоких температурах продукты горения интенсивно воздействуют на поверхность нагреваемых заготовок.