第八章金属的加热课件.ppt

Chapter 8 金属的加热 金属制品在热处理加热时，热量的来源 邻近的发热体，如加热炉 工件自身，如直接通电、感应加热 §8.1 金属加热的物理过程及其影响因素 工件在加热炉内加热时，炉内热源传热给工件表面，再向工件内部传播 影响对流给热系数ac的因素： 流体运动的情况：流体，静止和强迫流动两种状态 ? 流体的物理性质：导热系数λ↑、比热c↑、密度γ ↑→给热系αc ↑  粘度系数↑→ 流动性↓→给热系数αc ↓? 工件表面形状及其在炉内放置位置：工件形状和放置位置对流动 愈有利，给热系数愈大。 二、工件内部的热传导过程 三、热处理加热时间的确定及影响加热的因素 加热时间 = 工件达到热处理规范所要求温度的时间(整体热处理应为工件心部达到要求温度的时间) + 完成组织转变及其它热处理目的所要求的组织结构变化所需要的时间 2．加热介质及工件放置方式的影响(影响α的因素） 一、金属在加热时的氧化反应及氧化过程 热处理加热时，工件和O2、H2O及CO2等氧化性气体发生作用 四、加热元件 T≯950℃ Fe-Cr-Al电阻丝 950℃T1300℃ SiC棒 1300℃T1600℃ SiMo棒 * 加热系在一定的环境中进行，工件 与周围环境进行热交换 还发生其他物理化学过程 加热过程进行的好坏直接影响到工件热处理的质量和使用寿命 对模具失效分析：50%是热处理的原因 加热缺陷的产生及防止措施 辐射 对流 传导 热传导 一、加热介质与工件表面的传热过程，影响给热系数a的因素 1、对流传热：热量的传递靠发热体与工件之间流体的流动进行。 流体质点在发热体表面靠热传导获得热量，然后流动至工件表面时把 热量又借热传导给工件表面 对流传热和流体的转移密切相关 对流传热时单位时间内加热介质传递给工件表面的热量可表示如下： Qc=acF (t介-t工) 单位时间内通过热交换面对流传热给工件的热量， J/h 对流给热系数，J/(m2h℃) 热交换面积(工件与流体接触面积)，m2 工件表面温度，℃ 静止的液体或气体在加热过程中由于与热源距离不同→温度不同→密度不同→ 自然对流，其热量的传递就靠此种对流进行 给热系数ac较小 气体炉中加热，ac=61200~108000 J/(m2h℃) 盐浴炉中加热，ac=296×104 J/(m2h℃) ←长度和直径相等的圆柱 强迫流动系指用外加动力强制抗体运动，如气体炉用风扇强制循环等。由于流体运动速度快→给热系数较大。 层流：强迫流动时，流体沿着工件表面一层层地有规则流动 影响传热 紊流：流体不规则地流过工件表面，使流体质点能在热交换后较快地离开工件表面 有利于传热 ac紊流ac层流 2、 辐射传热：任何物体，只要其温度大于绝对零度，就能从表面放出辐射能 载体：电磁波。波长在0.4~40μm内的辐射能被物体吸收后变为热能 波长在此范围的电磁波称为热射线，热射线的传播过程称为热辐射 物体在单位时间内由单位表面积辐射的能量为： E= c(T/100)4 J/(m2·h) 辐射系数，J／(m2·h·K4) C=20.52kJ/(m2·h·K4)的物体称为绝对黑体，常以c0表示。 在相同温度下，黑体的辐射能最大，即c＜c0 黑度系数，简称黑度，它说明一物体的辐射能力接近黑体的程度 T↑→ε↑ 用来加热工件的热量应由发热体、炉壁等辐射来的热量，减去反射的热量及自身辐射的热量 工件在炉内加热 接受从发热体、炉壁等辐射来的能量(热量) 一般金属材料均非绝对黑体，对辐射的能量不可能全部吸收，部分热量要反射出去 本身要辐射出一部分热量 发热体（或炉壁）的绝对温度，K 工件表面的绝对温度，K 吸收率 工件吸收热量的表面积，m2 Note: 1. 当发热体与工件之间存在挡板等遮热物，辐射换热量减少 2. 当发热体与工件之间存在气体介质，这些气体将吸收辐射能 3、传导传热：热量的传递不依靠传热物质的定向宏观移动，仅靠传热物质 质点间的相互碰撞。 传热物质质点在原位作热振动时，由于它们之间的互相碰撞， 使高能量的质点把部分能量(热量)传递给能量较低的质点 热传导过程的强弱以单位时间内通过单位等温面的热量即热流量密度q表示 温度是表