【正文】 幾何尺度，即物體的體積 V和表面積 F之比，即 δ＝ V/F作為加熱物體的當量厚度。 167。 1－ 6 金屬加熱計算 幾何尺度數(shù)（相對加熱深度） L 幾何尺度數(shù)是工件加熱時所研究的截面至其中心線的距離 x與加熱厚度 δ的比值。 x—— 所研究截面至其中心線的距離 δ—— 加熱厚度 。 xxLR?＝ （ 或 ）當截面位于工件中心， x＝ 0，則 L＝ 0 當截面位于工件表面， x＝ δ，則 L ＝ 1 當截面位于 x處， x/δ可理解為相對加熱深度 167。 1－ 6 金屬加熱計算 厚薄數(shù)（比歐數(shù)） Bi 厚薄數(shù)是爐內(nèi)加熱介質(zhì)對工件綜合換熱系數(shù)和工件加熱深度的乘積與工件熱導率的比。 167。 1－ 6 金屬加熱計算 厚薄數(shù)（比歐數(shù)） Bi 熱源與工件表面換熱的 熱阻，稱為外部換熱熱阻 熱流由工件表面向中心導熱的 熱阻，稱為內(nèi)部導熱熱阻 比歐數(shù)是內(nèi)部導熱熱阻與外部換熱熱阻的比。 Bi值大，表示外部換熱比內(nèi)部導熱強烈，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)力也會小些。 Bi≤ Bi＞ Bi在 。 167。 1－ 6 金屬加熱計算 厚薄件的區(qū)分與工件的尺寸，工件外部換熱強度以及內(nèi)部導熱能力有關(guān)。 厚件 ：加熱時應(yīng)保持適當?shù)木鶡釙r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，一般不需要考慮均熱時間。 167。 1－ 6 金屬加熱計算 工件加熱計算時要弄清被加熱件內(nèi)部溫度分布隨時間的變化規(guī)律。 工件溫度均勻時的加熱計算（薄件加熱計算） 在任一瞬間加熱的工件內(nèi)部各點溫度接近一致，內(nèi)外溫差很小，即相當于內(nèi)熱阻可忽略不計（ Bi＝ 0）。極端情況 在恒溫介質(zhì)中的工件加熱計算 在加熱過程中介質(zhì)溫度一致保持恒定。 工件表面溫度等于常數(shù)時的加熱計算 在整個導熱過程中工件 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、金屬加熱時間的理論計算 167。 1－ 6 金屬加熱計算 工件溫度均勻時的加熱計算（薄件的加熱計算） 大平板薄件雙面加熱時截面上溫度分布狀況 ts tc tg 167。 1－ 6 金屬加熱計算 ? ?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)加熱時間為 τ時的工件溫度為 t，則根據(jù)能量守恒定律，在 dτ時間內(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時的加熱時間計算： 工件經(jīng)加熱 τ 時后達到的溫度： ? ?? ?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℃ 時所需時間。已知 λav=(m. ℃ ) c＝ 707J/(Kg. ℃ ) g i ngttMclna F t t??????????－＝－ 對于 Bi＜ 4的厚件采用 g ingttMcb l na F t t1b131b 1 +45BiBiBi????????????－＝－板 件 ：對 于 圓 柱 件 ： ＝1對 于 球 體 ： b=1+ 167。 1－ 6 金屬加熱計算 四、鋼材加熱時間的經(jīng)驗計算 以工件幾何尺度（ V/F）為計算基礎(chǔ)的經(jīng)驗計算時 B為加熱時間系數(shù)，表示單位幾何尺度（ cm）所需的加熱時間。 當工件成批裝爐時，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)中加熱時的系數(shù) B（ min/cm） 裝爐修正系數(shù) 167。 1－ 6 金屬加熱計算 以工件有效厚度為計算基礎(chǔ)的經(jīng)驗計算式 以邊長為 H的正方形工件為例： E 為加熱時間系數(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間（ min）。由實驗確定，并受熱處理工藝因素影響，在空氣爐加熱時，一般取 － ，碳素鋼取下限，合金鋼取上限。當考慮裝料因素時，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 金屬加熱計算 影響加熱時間的因素 （ 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℃ 時所需要的時間。 鹽浴 火焰爐 電阻爐 167。 1－ 6 金屬加熱計算 （ 2）爐溫的影響 不同溫度下加熱直徑 100mm鋼件時的加熱系數(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 金屬加熱計算 （ 4）鋼材成分的影響 鋼材成分不同，對工件的加熱的升溫，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熱熱阻和熱擴散率，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程較慢，應(yīng)采取較長的加熱時間。 167。 1－ 6 金屬加熱計算 （ 5）裝爐量和工件布置方式的影響 確定工件加熱時間應(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， ， 。今測得其內(nèi)壁溫度 ，外壁溫度 。求（ 1）通過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，對嗎？為什么？ 課堂作業(yè)答案 答：對薄厚件的區(qū)分不僅與工件尺寸有關(guān)，而且與工件外部換熱強度和內(nèi)部導熱能力有密切關(guān)系。 233221141 6 732 8 201 809 00mWbbbttSQq ????????????????℃ 3111 ????? ?bqt℃ .222 ????? ?bqt℃ .333 ????? ?bqt℃ ?????? ttt℃ 7 1 8 9223 ?????? ttt1