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工件内部传热过程的优化方法

【摘要】:工件表面获得热量以后,表面温度升高,表面与内部的温度存在着温度梯度,因此发生热传导过程。如前所述,其传热强度可以用比热流量公式(1-5)表示,即此处导热系数λ为被加热工件材料的热传导系数。由图1-1可以看出,钢中合金元素会不同程度地降低钢的热传导系数。式中 λ——温度为t℃时的热传导系数;λ0——温度为0℃时的热传导系数;b——热传导温度系数,与钢的化学成分及组织状态有关,1/℃。

工件表面获得热量以后,表面温度升高,表面与内部的温度存在着温度梯度,因此发生热传导过程。如前所述,其传热强度可以用比热流量公式(1-5)表示,即

此处导热系数λ为被加热工件材料的热传导系数。热传导系数λ是材料的热物理参数,它说明材料具有单位温度梯度时所允许通过的热流量密度。

热传导系数λ的数值,对钢来说和它的化学成分、组织状态及加热温度有关。图1-1为钢中合金元素含量对热传导系数的影响。由图1-1可以看出,钢中合金元素会不同程度地降低钢的热传导系数。热传导系数随着钢中各组织组成物,按奥氏体、淬火马氏体、回火马氏体、珠光体的顺序增大。热传导系数与温度的关系近似地呈线性关系:

式中 λ——温度为t℃时的热传导系数;

λ0——温度为0℃时的热传导系数;

b——热传导温度系数,与钢的化学成分及组织状态有关,1/℃。

图1-2为不同钢的热传导系数与温度的关系。由图可见,在低温时合金元素强烈地降低热传导系数,随着温度的提高,其影响减弱。高于900℃时,合金元素的影响已看不出来,因为此时已处于奥氏体状态,奥氏体的热传导系数最小。纯铁和碳钢的热传导系数随着温度的升高而降低。

图1-1 合金元素对二元铁合金热传导系数的影响

图1-2 不同钢的热传导系数与温度的关系

1—纯铁;2—碳钢;3—合金钢;4—高合金钢