5.4.2. Расчет времени нагрева теплотехнических «массивных» тел

Расчет времени нагрева массивной садки ведется по критериальным функциям. Сначала вычисляется критерий Био (Bi)по формуле (34) и температурный критерий поверхности θ_п по формуле (46)

, (44)

Исходя из температурного критерия ( ) и критерия Био ( ) по номограммам Будрина [3] для пластины, цилиндра или шара находят критерий Фурье ( ).

Критерий Фурье выражает определённое соответствие между темпом изменения условий в окружающей среде (на поверхности) и темпом перестройки температурного поля внутри тела. Это один из критериев гомохронности, то есть он устанавливает соответствие между скоростями развития различных процессов

(45)

Время нагрева для массивной садки рассчитывается из формулы

(46)

Безразмерная координата определяется по формуле

(47)

где – координата рассматриваемой точки, м.

Коэффициент температуропроводности металла вычисляется для средней за время процесса температуры:

(48)

где теплоемкость заготовки, Вт/(кг·К);

плотность заготовки, кг/м³.

5.4.3. Время томления теплотехнически массивного тела

Если в конце нагрева разность между температурой поверхности и центра заготовки будет больше допустимого значения, то необходимо время для выравнивания температуры поверхности и центра заготовки. С этой целью в зоне выдержки к поверхности нагреваемого металла подводится некоторое количество тепла, необ­ходимое для доводки средней температуры центра изделия до заданной без изменения температуры поверхности изделия. На первом этапе определяется степень выравнивания температуры по формуле

(49)

где перепад температуры в заготовке в конце нагрева, ^оС;

перепад температуры в заготовке в начале нагрева, ^оС.

Далее по степень выравнивания температуры , вида нагреваемой садки (цилиндр, пластина и др.) с помощью рис.4 определяют критерий Фурье и далее по формуле (47) рассчитывают время томления .

5.4.4. Время технологической выдержки

Время выдержки при закалке и нормализации углеродистых сталей можно ориентировочно рассчитать из выражения:

(50)

Время выдержки для легированных сталей в зависимости от вида термообработки может быть выбрано на основе эмпирических данных базового предприятия.

Время выдержки при цементации может быть определено по формуле исходя из требуемой толщины слоя:

(51)

где толщина диффузионного слоя, мм;

время выдержки, ч.

Время выдержки для других видов ХТО берется из литературных данных и опыта базового предприятия.

Рис. 4 – Расчета выдержки металла при по­стоянной температуре

поверхности:

1–вертикальный цилиндр бесконечной длины; 2 – вертикальная пластина бесконечных размеров; 3 – заготовки расположены горизонтально, вплотную одна к другой на монолитном поду ( ); 4– то же ( ); 5– то же ( )