【正文】 幾何尺度，即物體的體積 V和表面積 F之比，即 δ＝ V/F作為加熱物體的當(dāng)量厚度。 167。 1－ 6 金屬加熱計(jì)算 幾何尺度數(shù)（相對(duì)加熱深度） L 幾何尺度數(shù)是工件加熱時(shí)所研究的截面至其中心線(xiàn)的距離 x與加熱厚度 δ的比值。 x—— 所研究截面至其中心線(xiàn)的距離 δ—— 加熱厚度 。 xxLR?＝ （ 或 ）當(dāng)截面位于工件中心， x＝ 0，則 L＝ 0 當(dāng)截面位于工件表面， x＝ δ，則 L ＝ 1 當(dāng)截面位于 x處， x/δ可理解為相對(duì)加熱深度 167。 1－ 6 金屬加熱計(jì)算 厚薄數(shù)（比歐數(shù)） Bi 厚薄數(shù)是爐內(nèi)加熱介質(zhì)對(duì)工件綜合換熱系數(shù)和工件加熱深度的乘積與工件熱導(dǎo)率的比。 167。 1－ 6 金屬加熱計(jì)算 厚薄數(shù)（比歐數(shù)） Bi 熱源與工件表面換熱的 熱阻，稱(chēng)為外部換熱熱阻 熱流由工件表面向中心導(dǎo)熱的 熱阻，稱(chēng)為內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻 比歐數(shù)是內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻與外部換熱熱阻的比。 Bi值大，表示外部換熱比內(nèi)部導(dǎo)熱強(qiáng)烈，因而工件內(nèi)部溫差和內(nèi)應(yīng)力都比 較大。反之若 Bi值小，則工件內(nèi)部溫差和內(nèi)應(yīng)力也會(huì)小些。 Bi≤ Bi＞ Bi在 。 167。 1－ 6 金屬加熱計(jì)算 厚薄件的區(qū)分與工件的尺寸，工件外部換熱強(qiáng)度以及內(nèi)部導(dǎo)熱能力有關(guān)。 厚件 ：加熱時(shí)應(yīng)保持適當(dāng)?shù)木鶡釙r(shí)間，待熱量逐漸向內(nèi)傳遞，使內(nèi)外部溫度趨近一致。 薄件 ：加熱時(shí)，一般不需要考慮均熱時(shí)間。 167。 1－ 6 金屬加熱計(jì)算 工件加熱計(jì)算時(shí)要弄清被加熱件內(nèi)部溫度分布隨時(shí)間的變化規(guī)律。 工件溫度均勻時(shí)的加熱計(jì)算（薄件加熱計(jì)算） 在任一瞬間加熱的工件內(nèi)部各點(diǎn)溫度接近一致，內(nèi)外溫差很小，即相當(dāng)于內(nèi)熱阻可忽略不計(jì)（ Bi＝ 0）。極端情況 在恒溫介質(zhì)中的工件加熱計(jì)算 在加熱過(guò)程中介質(zhì)溫度一致保持恒定。 工件表面溫度等于常數(shù)時(shí)的加熱計(jì)算 在整個(gè)導(dǎo)熱過(guò)程中工件 表面溫度一直保持不變，即外熱阻可以忽略的情況（ Bi﹥﹥ 1）。心部的溫度逐漸升高，最后趨近于表面溫度。 三、金屬加熱時(shí)間的理論計(jì)算 167。 1－ 6 金屬加熱計(jì)算 工件溫度均勻時(shí)的加熱計(jì)算（薄件的加熱計(jì)算） 大平板薄件雙面加熱時(shí)截面上溫度分布狀況 ts tc tg 167。 1－ 6 金屬加熱計(jì)算 ? ?inggt0tgg i nga t t F d M cdtM c d tda F t tM c d tda F t tttMclna F t t?????????????????????－ ＝＝－＝－－＝－在爐溫為 tg的爐內(nèi)，設(shè)加熱時(shí)間為 τ時(shí)的工件溫度為 t，則根據(jù)能量守恒定律，在 dτ時(shí)間內(nèi)爐介質(zhì)傳給工件的熱量應(yīng)等于工件升高 dt溫度所引起的自身熱焓的增量 工件由溫度 tin升高到 t時(shí)的加熱時(shí)間計(jì)算： 工件經(jīng)加熱 τ 時(shí)后達(dá)到的溫度： ? ?? ?aFgMcg in222gg inttetta F a F a FM c V caattettvvvvB i F oVF cVVaFVFB i F o??? ? ??? ??????? ? ???????－－－＝－＝ ＝－－g i ngttMclna F t t????????－＝－ 例：有一直徑 D＝ 90mm，長(zhǎng)度 L＝ 1m的中碳鋼工件，在 850℃ 電阻爐內(nèi)加熱，求將該工件從 20℃加熱到 830℃ 時(shí)所需時(shí)間。已知 λav=(m. ℃ ) c＝ 707J/(Kg. ℃ ) g i ngttMclna F t t??????????－＝－ 對(duì)于 Bi＜ 4的厚件采用 g ingttMcb l na F t t1b131b 1 +45BiBiBi????????????－＝－板 件 ：對(duì) 于 圓 柱 件 ： ＝1對(duì) 于 球 體 ： b=1+ 167。 1－ 6 金屬加熱計(jì)算 四、鋼材加熱時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算 以工件幾何尺度（ V/F）為計(jì)算基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算時(shí) B為加熱時(shí)間系數(shù)，表示單位幾何尺度（ cm）所需的加熱時(shí)間。 當(dāng)工件成批裝爐時(shí)，應(yīng)再乘以裝爐修正系數(shù) K，即 g i ngg i ngttcVlna t t FttcVB l na t t FB????????????????????????－＝－－＝ ； ＝－＝BK??＝g i ngttMclna F t t??????????－＝－ 167。 1－ 6 金屬加熱計(jì)算 鋼種 介質(zhì) 空氣 燃燒產(chǎn)物 鹽浴 碳素鋼 40 35 10 合金鋼 45 40 13 不同鋼在不同介質(zhì)中加熱時(shí)的系數(shù) B（ min/cm） 裝爐修正系數(shù) 167。 1－ 6 金屬加熱計(jì)算 以工件有效厚度為計(jì)算基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式 以邊長(zhǎng)為 H的正方形工件為例： E 為加熱時(shí)間系數(shù)，表示工件在其各面均受熱的情況下，每毫米有效厚度的加熱時(shí)間（ min）。由實(shí)驗(yàn)確定，并受熱處理工藝因素影響，在空氣爐加熱時(shí)，一般取 － ，碳素鋼取下限，合金鋼取上限。當(dāng)考慮裝料因素時(shí)，也乘以系數(shù) K ，則： 式中 H 為工件的有效厚度，即工件在傳熱最快的方向上的截面厚度。 EKH?＝g i ngg i ngttcHlna t t 6ttc1E l na t t 6EH??????????????????????－＝－－＝－＝g i ngttcVlna t t F?????????－＝－ 167。 1－ 6 金屬加熱計(jì)算 影響加熱時(shí)間的因素 （ 1）加熱介質(zhì)的影響 （ 2）爐溫的影響 （ 3）工件幾何尺度的影響 （ 4）鋼材成分的影響 （ 5）熱處理工藝的影響 （ 6）裝爐量和工件布置方式的影響 167。 1－ 6 金屬加熱計(jì)算 （ 1）加熱介質(zhì)的影響 如直徑 50mm的鋼件，在不同加熱介質(zhì)中加熱到 750℃ 時(shí)所需要的時(shí)間。 鹽浴 火焰爐 電阻爐 167。 1－ 6 金屬加熱計(jì)算 （ 2）爐溫的影響 不同溫度下加熱直徑 100mm鋼件時(shí)的加熱系數(shù) 爐溫 /℃ 300 500 600 800 900 1000 1100 1200 加熱系數(shù) B/(min/mm) （ 3）工件幾何尺度的影響 δ值越小，加熱速度越快。 工件形狀 加熱狀況 受熱面積 /F 體積 /V V/F=δ 球（直徑 d） 全周 πd2 πd3/6 d/6 板（厚 H） 單面 F FH H 板（厚 H） 兩面 2F FH H/2 方柱（截面 H H） 全周 4HL H2L H/4 方柱（截面 2H H） 全周 6HL 2H2L H/3 圓柱（直徑 d） 全周 πdL π/4d2L d/4 不同形狀工件在不同加熱狀況下的 δ 值 167。 1－ 6 金屬加熱計(jì)算 （ 4）鋼材成分的影響 鋼材成分不同，對(duì)工件的加熱的升溫，均溫和保溫都有明顯的影響。不同成分的鋼材具有不同的導(dǎo)熱熱阻和熱擴(kuò)散率，因而影響加熱件的內(nèi)外溫差和內(nèi)應(yīng)力。一般，高碳鋼和高合金鋼的傳熱過(guò)程較慢，應(yīng)采取較長(zhǎng)的加熱時(shí)間。 167。 1－ 6 金屬加熱計(jì)算 （ 5）裝爐量和工件布置方式的影響 確定工件加熱時(shí)間應(yīng)注意乘以裝爐修正系數(shù) K。 課堂作業(yè) 1. 某爐壁由下列三種材料組成，內(nèi)層是耐火磚， ， ；中間是保溫磚， ；最外層是建筑磚， ， 。今測(cè)得其內(nèi)壁溫度 ，外壁溫度 。求（ 1）通過(guò)爐墻單位面積的熱損失 。（ 2）各層的溫差。（ 3）各層接觸面的溫度。 ? ?℃./ mW??mmb 2301 ? ? ?℃./ mW?? mmb 1 1 52 ?? ?℃./ mW?? mmb 2303 ?℃9001 ?t ℃804 ?t2/ mW 工件厚度大則是厚件，工件厚度小，則是薄件，對(duì)嗎？為什么？ 課堂作業(yè)答案 答：對(duì)薄厚件的區(qū)分不僅與工件尺寸有關(guān)，而且與工件外部換熱強(qiáng)度和內(nèi)部導(dǎo)熱能力有密切關(guān)系。 233221141 6 732 8 201 809 00mWbbbttSQq ????????????????℃ 3111 ????? ?bqt℃ .222 ????? ?bqt℃ .333 ????? ?bqt℃ ?????? ttt℃ 7 1 8 9223 ?????? ttt1