Расчет времени нагрева, выдержки и охлаждения при проведении термической обработки

Введение

Определение времени нагрева, выдержки и охлаждения при проведении термической обработки необходимо для расчета количества потребного оборудования и производственных площадей, численности основных и вспомогательных рабочих. От точности определения технологического времени зависят технико-экономические показатели цеха, отделения, участка, уровень производительности труда и себестоимость термической обработки.

Так, например, общее время нагрева t_общ при окончательном нагреве под закалку складывается из времени сквозного прогрева до заданной температуры t_с.п. и времени изотермической выдержки при этой температуре t_и.в.:

t_общ = t_с.п. + t_и.в.

Величина t_и.в. зависит от химического состава стали и не связана с геометрическими размерами изделия, t_с.п.  от размеров и конфигурации изделия, типа нагревательного устройства и среды нагрева, а также от химико-физических свойств стали (состав, теплопроводность и др.).

Изотермическая выдержка представляет собой время, необходимое для завершения фазовых превращений и растворения карбидов, интерметаллидов и других фаз.

В простых углеродистых и низколегированных сталях это время сравнительно невелико (1мин) и при нагреве средних и крупных изделий им обычно на практике пренебрегают. Для высокохромистых, быстрорежущих, жаропрочных и других высоколегированных сталей и сплавов это время может составлять до 2-4 мин и его необходимо учитывать.

Основные условные обозначения в теплотехнических расчетах

1 Теплообмен при нагреве (охлаждении) изделии.

Определение основных коэффициентов,

входящих в расчеты

Различают два способа нагрева:

1)  прямой - нагрев металла внутренним теплом (ТВЧ, электросопротивление);

2)  косвенный - нагрев металла внешним источником тепла (газопламенные, электрические печи, печи-ванны).

Косвенный теплообмен между печью и металлом осуществляется теплопроводностью l, конвекцией a_конв., лучеиспусканием (радиацией) a_луч.. Основными фондами теплообмена при косвенном нагреве в пламенных и электрических печах являются конвекция и лучеиспускание, т.е. теплоотдача a = a_конв. + a_луч., доля которых зависит от температуры печи и скорости движения газов W и степени черноты e элементов печи, нагреваемого металла и его конфигурации, причем чем выше температура, тем больший вклад вносит лучеиспускание.

При: t_c = 400-500°С - конвекция 90 %;

t_c = 600-900°С – конвекция + лучеиспускание;

t_c = 1000 ºС – лучеиспускание.

1.1 Определение коэффициента излучения

Коэффициент излучения зависит, от состояния поверхности тела, её температуры и часто дается в долях от константы излучения абсолютно черного тела: С = 5,6987 Вт/м²×К⁴.

Абсолютно черное тело поглощает все падающие на него лучи, тогда как другие тела часть этих лучей отражают. Такие тела называются серыми. Для них: С= e × С₀= 5,6987×e Вт/м²×К⁴.

Для абсолютно черного тела e= 1. Численные значения констант излучения С и степень черноты для некоторых тел приведены в таблице 1 (приложение).

Для различных условий теплопередачи величины С определяются по формуле (1).

где e_п – степень черноты (кладки) печи;