Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Золотухин Н.М. Нагрев и охлаждение металла

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

23.10.2023

Размер:

8.26 Mб

Скачать

☆

1 / 201 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 > Следующая >>>

1-І. М. З О Л О Т У Х И Н

НАГРЕВ И ОХЛАЖДЕНИЕ МЕТАЛЛА

Мо с к в а

«М А Ш И Н О С Т Р О Е Н И Е »

1973

3-67

УДК 621.73:621.78+62-711

Ч К Г Л / і Ь Н О Г 'О с-.ДЛА

З о л о т у х и н Н. М. Нагрев	и охлаждение ме
талла. «Машиностроение», 1973,	192 с.
В книге изложена методика расчета температур
ных полей в кузнечных слитках и заготовках		при их
нагреве для обработки давлением	и ковке на	гидрав

лических ковочных прессах. Методика основана на аналитическом решении дифференциального уравне ния теплопроводности в различных краевых усло виях, встречающихся при обработке металлов дав лением, и обработке в критериальном виде экспери ментального материала по замеру температуры слит ков и заготовок.

Изложена методика моделирования нагрева куз нечных слитков в пламенных печах и их охлаждения на воздухе. Приведены примеры решения конкретных задач по определению температуры кузнечных заго товок при их нагреве, транспортировке к ковочному оборудованию, скругленні! гранен, протяжке и осадке.

Книга рассчитана на инженерно-технических ра ботников, занятых п области обработки металлов давлением.

Табл. 13. ил. 61. Список лит. 91 назв.

Рецензенты: д-р техн. наук Л . В. Прозоров н пнж. В. П. Алексеев

3-12-3

S6-73

Золотухин

Николай

Михайлович

НАГРЕВ И О Х Л А Ж Д Е Н И Е

МЕТАЛЛА

Редактор

издательства

10.

Л.

Маркиз

Технически» редактор

Б.

И.

Модель

и А.

И.

Захарова

Корректор

А.

М.

Усачева

О б л о ж к а художника А. Я.

Штаркман

Сдано

в набор

15/П

1973 г. Подписано

печати

29/V

1973

г. Т-09033. формат 60 X 90'/н.

Бумага

№ 2.

Печ.

л. 12. Уч.-изд. л . 12,55.

Тираж 6500 экз. Заказ

115.

Цена 64 коп.

Издательство

«Машиностроение:»,

Москва,

Б-78, 1-й

Басманный

пер.. 3.

Московская типография № 6 Союзполнграфпрома

при

Государственном

комитете Совета Министров

СССР

по д е л а м

издательств

полиграфии и книжной торговли

109088,

Москва,

Ж-88,

Южнопортовая ул.,

24.

ХУ) Издательство «Машиностроение», 1973 г.

П Р Е Д И С Л О В И Е

Производительность труда при изготовлении поковок и их качество в значительной степени зависят от рациональности тех нологических процессов ковки. Это особенно относится к техно

логическим процессам ковки ответственных и крупных	прессо
вых поковок.
При разработке технологических процессов ковки	большое

внимание д о л ж н о быть уделено выбору оптимального темпера

турного интервала ковки, степени укова и числу выносов						(на
гревов) . Д л я	расчета температурных полей в заготовках					необ
ходимо иметь простые методы, при помощи которых можно						было
бы получить	температурно-скоростные параметры деформирова
ния, а они в	свою очередь нужны для проектирования				рацио
нальных технологических процессов ковки.
В процессах горячего деформирования			металла происходят
с л о ж н ы е физико-химические и		механические		явления,	которые
недостаточно	изучены и трудно	отделимы	друг	от друга.		М а т е

матическое их описание и решение представляет большие труд


ности. Во всех таких случаях весьма				эффективным			является
применение теории подобия и моделирования.
Отличительной чертой		теории	подобия		является замена ис
следования	интересующего нас		явления		(натуры)		исследова
нием другого, подобного ему явления				(модели)		с последующим
пересчетом полученных результатов на натуру.
С помощью теории подобия анализируют исходные диффе
ренциальные	уравнения	совместно с		условиями		однозначности,

что позволяет выделить из класса явлений отдельные группы по добных явлений и частных, конкретных условий эксперимента. Теория подобия является теорией эксперимента и моделирова ния, учением о методах научного обобщения данных одного кон кретного опыта.

Моделирование, основанное на теории подобия,			применяют
для изучения работы	плавильных и	нагревательных печей.
Метод приближенного	моделирования	нагрева и	о х л а ж д е н и я

металла дает возможность изучать распределение температур ных полей в слитках, нагреваемых под ковку в пламенных печах.

Приведенные в книге методики расчета и моделирования тем пературных полей в кузнечных заготовках могут быть исполь

зованы при		расчете	технологических	процессов свободной			ковки
с предварительной			корректировкой	экспериментальных			графи
ков применительно			к условиям каждого		завода .	Методики
могут	быть	использованы т а к ж е		д л я расчетов		температуры
металла в прокатном производстве				и при	термообработке		круп
ных	изделий.

РАЗДЕЛ I

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

В КУЗНЕЧНЫХ

ЗАГОТОВКАХ

ГЛАВА I

О С Н О В Н ЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ ТЕПЛООБМЕНА

1.ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ТЕПЛООБМЕНА

При теплообмене происходят сложные физические процессы

передачи теплоты от более горячих к более холодным телам и от более горячей части тела к более холодной ее части. Теория теплообмена интенсивно развивается. Этому способствуют успе хи электронно-вычислительной техники, т а к как без нее решение кронкретных технических з а д а ч теплообмена весьма затрудни тельно из-за сложности систем уравнений, описывающих процес сы теплообмена, т. е. из-за сложности математической модели этих процессов.

Теплообмен происходит за счет следующих физических про цессов: теплового излучения (лучеиспускания), конвекции и теплопроводности.

Тепловое	излучение — переход теплоты от	более нагретого
тела к менее	нагретому посредством передачи	лучистой энергии

через газовую среду или вакуум. При этом виде теплообмена тепловая Энергия более нагретого тела превращается в энергию электромагнитных волн, которая через газовую среду, окружа ющую тело, передается к менее нагретому телу, в котором пере ходит обратно в его тепловую энергию. Передача этой энергии внутрь тела происходит путем теплопроводности.

Конвекция — перенос теплоты от более нагретого тела к ме нее нагретому движущимися частицами газа или жидкости. Ин тенсивность теплообмена конвекцией зависит от скорости и ха рактера движения частиц газа или жидкости. Одновременно с конвективным теплообменом происходит перенос теплоты тепло проводностью. При нагреве конвекцией твердых тел распростра нение теплоты внутрь тела т а к ж е происходит за счет теплопро водности.

Теплопроводность — переход теплоты от более горячей части тела к более холодной части за счет увеличения интенсивности тепловых колебаний менее нагретых частиц тела при их взаимо действии с более нагретыми частицами.

По современным представлениям при нагреве теплопровод ностью металлических тел теплота передается диффузией элек тронов. Пр и нагреве твердых диэлектриков и жидкостей пере дача теплоты осуществляется упругими волнами. Нагрев тепло проводностью газов происходит за счет диффузии молекул или атомов.

При нагреве металла для обработки давлением и термооб работки, а т а к ж е при охлаждении заготовок в процессе горячей деформации теплообмен происходит за счет описанных выше фи зических процессов.

2. ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Тепловое излучение является частью распространяющихся в пространстве электромагнитных волн. В зависимости от длины волны X колебаний электромагнитные поля подразделяются на


радиоволны (}і>400 м к м ) ,			тепловые	инфракрасные лучи		(Х=
= 400^-0,8	м к м ) , видимые		световые	лучи	(Я = 0,8ч-0,4	м к м ) ,
ультрафиолетовые (химические) лучи				(А- = 0,4ч-0,02 м к м ) , лучи
Рентгена	(^ = 0,02ч-0,001	м к м ) , гамма-лучи			и космическое	излу
чение (/.. = 0,01-^-0,00001		м к м ) . При распространении в среде					все
без исключения волны		электромагнитного			поля независимо		от

их происхождения подобны друг другу и подчиняются одним и тем ж е законам .

Большинство твердых тел имеет непрерывный спектр излуче ния, т. е. весь большой диапазон длин волн. Например, при теп

ловой радиации твердые	тела	излучают электромагнитные	волны
с непрерывной частотой	длин	волн А = 400-^-0.,8 мкм. В	отличие

от твердых тел излучение газов является селективным, прерыви стым, состоящим из отдельных полос с небольшим диапазоном длин волн.

Электромагнитные волны, в том числе и тепловые, излучают весь объем твердых, жидких и газообразных тел. Однако из-за большой поглощательной способности твердых тел в их излу чении участвует лишь тонкий пограничный слой, вследствие чего такое излучение удобнее рассматривать ка к поверхностное явление [60] .

Основные законы теплового излучения. Тепловое излучение, подобно свету, подчиняется оптическим законам отражения (угол падения волны на границу раздела двух сред равен углу

отражения волны от этой границы				раздела)		и преломления	"(при
переходе волны из одной среды				в	другую	отношение	синусов
углов	падения и		преломления	равно отношению скоростей
• волн	в этих	средах) .
Подобно		всем	электромагнитным		колебаниям тепловые вол

ны непрерывно излучаются телами и поглощаются ими. З а п а с теплоты, имеющийся в теле, зависит от разности поглощенной и излученной энергии, т. е. зависит, в конечном счете, от разно сти температуры тела и среды и их физических свойств.

Количество

тепловой

энергии, поступающей

излучением

на

единицу

поверхности тела, называется

плотностью

лучистого

потока

[Е, к к а л / ( м 2 - ч ) ] .

При

передаче излучением на поверхность тела попадает

калорий

энергии,

часть

ее

поглощается

телом

остается

в нем в

виде теплоты, часть

о т р а ж а е т с я

от

него

часть

проходит

через

тело.

Из

уравнения

теплового баланса

Q.\ +

+ Qn + Qn=Qo,

получим

Т Г

+ І

и л

A + R + D=h

(1)

Чо

чо

чи

Выражение

A = ^L

называется

поглощательнон

способ

но

ностыо

тела, R =

— о т р а ж а т е л ь н о й

(зеркальной)

способ-

D —

ностыо

—— прозрачностью

тела

тепловым

лучам .

Уравнение

(1)

справедливо

для

полного

(интегрального)

мо

нохроматического излучений. Газообразные тела не о т р а ж а ю т тепловые лучи, т. е. для них R — Q и A+D — 1. Большинство твер дых тел практически не пропускает тепловые лучи, поэтому для

них D = 0 и A +

R=l.

В природе не существует тел, полностью поглощающих

лу

чистую

энергию

(Л =

1),

т. е. нет

абсолютно

черных тел.

Нет

т а к ж е

абсолютно зеркальных,

абсолютно

белых

(R = l)

аб

солютно прозрачных

( D = l )

тел. Все тела имеют

определенную

поглощательную,

отражательную

способность

прозрачность.

З а к о н

К и р х г о ф ф а

устанавливает

д л я

всех

серых

тел,

что

отношение

излучательной

способности Е

поглощатель-

ной

равно

излучательной

способности абсолютно

черного

те

ла

Е0.

А так

как

Е0 зависит

от

температуры,

то

отношение

—

— Ь0

зависит только от температуры, т. е.

£ 0

/ ( Т ) .

(2)

Так

как

поглощательная

способность

тела

численно

равна

его

степени

черноты

є, то

уравнение (2) можно

записать

в виде

f(T).

(3)

Эти два уравнения являются математическими

в ы р а ж е н и я м и

закона

Кирхгоффа .

З а к о н Кирхгоффа

справедлив

д л я

полного

(интегрального)

и для

монохроматического

излучений.

последнем

случае

от-

ношения — или — зависят не только от температуры, но и от

длины волны.


Из закона Кирхгоффа следует известное						положение		о том,
что чем больше		нзлучательная			способность	тела,	тем	больше
его поглощательная способность.
З а к о н	П л а н к а .		При	увеличении длины волны теплового
излучения	плотность		(пли	интенсивность)		теплового		потока,
излучаемого абсолютно черным					телом при данной		температуре,
	f	, ял ал і'(нг- ч nun)

9 А,

Рис. 1.

Графическая иллюстрация

закона

Планка

сначала

увеличивается

до

определенного предела, затем убы

вает (рис.

в соответствии с

зависимостью

Р° —

схХ~

(4)

с*.

ехр

— 1

где

Е°

плотность

(интенсивность)

излучения абсолютно

и XT

черного

тела

д л я

волны

(монохроматическое

излучение)

и температуры

Т,

к к а л / ( м 2 - ч ) ;

С\

с2—постоянные

(сі = 22 - 10 — 1 6

к к а л / ( м 2 - ч ) ;

с 2 =

= 1,44-

Ю - 2

м - К ] ;

Т — абсолютная температура тела, К.

Зависимость (4) для семейства кривых при разных темпера

турах тела

носит название

закона

П л а н к а .

Интегрированием

зависимости

(4) по

длине волны

опреде-

ляют полное количество лучистой энергии, излучаемой волнами всех длин при данной температуре тела

Е°т=

Ejjdl.

(5)

Выражение (5) соответствует излучающей способности абсо

лютного

черного

тела.

З а к о н

В и н а .

Произведение

максимальной

плотности

из

лучения

[зависимость

(4)]

на

соответствующую

температуру

является

для всех кривых постоянной

величиной

l E m a T

= 2884 мкм• К.

(6)

Зависимость

(6)

используется

для

установления

смещения

максимума

излучения

при

разных

температурах.

Впервые

ее

установил немецкий

физик

В. Вин,

основываясь

на

теоретиче

ских работах советского физика В. А. Михельсона.

Выражение

(6)

носит название

закона

Вина

(закона сме

щения) .

З а к о н

С т е ф а н а

— Б о л ь ц м а н а.

1879

г.

й .

Стефан

эмпирически

нашел,

что полное

излучение

абсолютно

черного

тела

пропорционально

четвертой

степени

его температуры:

£о =

ог07ч

ккал/(ма -ч),

(7)

где

о0

— постоянная

излучения

абсолютно

черного

тела,

равная

4 , 8 8 - Ю - 8

к к а л / ( м 2 - ч - К 4 ) .

1884

г.

уравнение

(7)

было

теоретически

выведено

Л . Больцмаиом . Оно стало называться математическим

в ы р а ж е

нием закона Стефана — Больцмана .

Д е л а л и с ь попытки

применить

уравнение

(7) к

серым

телам,

представив

его в виде произведения Е=аТп.

Однако

экспери

ментальные

исследования

со

многими

веществами

показали,

что в этом выражении величины о и п являются величинами не постоянными.

Численное значение постоянной излучения абсолютно чер ного тела было получено сначала экспериментально, а затем тео ретически на основании квантовой теории равновесного излуче

ния	через		постоянные П л а н к а			и Больцмана, что		явилось теоре
тическим			и	экспериментальным		подтверждением		дискретности
энергии.
	Д л я	серых тел закон			Стефана — Б о л ь ц м а н а имеет				вид
где	е =	—		степень черноты		серого тела	(отношение		к о э ф ф и -
				циентов	лучеиспускания		серого	и абсолютно
				черного	т е л ) .

1 / 201 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ