0. Определение времени нагрева заготовок.

7.2. Разделение заготовок на категории “тонких” и “массивных” при определении времени нагрева.

Условия получения более высокой производительности нагревательного оборудования, уменьшение угара при нагреве диктуют необходимость вести нагрев с наибольшей скоростью, что обеспечит наименьшее время нагрева.

Однако возникновение температурных напряжений в нагреваемой заготовке ограничивает скорость нагрева, особенно в области низких температур (ниже 500^оС для стали), при которых металл недостаточно пластичен.

Заготовки, в которых при нагреве металла не возникает температурных напряжений, опасных для ее целостности, относятся к категории “тонких”. К “массивным” относятся заготовки, при нагреве которых могут возникнуть температурные напряжения, способные разрушить заготовку.

Критерием деления заготовки на “тонкие” и “массивные” является критерий Био:

, (57)

- суммарный коэффициент теплопередачи от печи к заготовке;

- глубина прогрева заготовки;

- коэффициент теплопроводности;

- критерий Био.

При в условиях нагрева имеет величину менее 0.25, заготовки - “тонкие”, если более 0.5 – заготовки “массивные”. Нагрев “тонких” заготовок можно вести с технологически возможной скоростью.

При нагреве “массивных” заготовок в области температур меньше 500^оС в них могут возникнуть температурные напряжения, опасные для их целостности. Поэтому в интервале низких температур скорость нагрева “массивных” заготовок должна быть ограничена.

В области высоких температур (более 500^оС) скорость нагрева может быть высокой, так как при повышении температуры сверх 500^оС значительно уменьшается упругость металла, и могут происходить пластические деформации, уменьшающие температурные напряжения.

7.3. Определение времени нагрева “тонких” заготовок.

Так как при нагреве в заготовке не возникают опасные температурные напряжения, то заготовки нагреваются в печи с постоянной температурой, превышающей температуру нагрева металла на 50-100^оС.

При расчете принимается, что начальная температура во всех точках заготовки одинакова, что допустимо, так как коэффициент теплопроводности высок, а размер сечения заготовки – мал.

Тепловой поток печи при всестороннем нагреве на поверхность заготовки за бесконечно малый промежуток времени

(58)

Увеличение энтальпии заготовки

,

где - тепловоспринимающая поверхность заготовки;

- коэффициент теплоотдачи печи;

- температура печи;

- переменная температура металла от до ;

- изменение температуры заготовки.

Считая, что сообщенное заготовке тепло идет на увеличение энтальпии, можно эти величины приравнять и определить время нагрева.

(59)

Для упрощения расчета определяется отношение массы заготовки к площади тепловоспринимающей поверхности, масса заготовки выражается через объем и плотность.

Для цилиндра: при всестороннем нагреве:

; (60)

для пластины: при двустороннем нагреве:

; (61)

для шара:

, (62)

где , или - глубина прогрева при всестороннем нагреве заготовки.

Обозначив К – коэффициент формы, который для пластичны равен 1, для цилиндра - , для шара - , а глубину прогрева - , получим обобщенное выражение для определения времени нагрева

, (63)

где

. (64)