[材料科学]金属的加热

《[材料科学]金属的加热》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、《金属热处理工艺学》第一章金属的加热§1-1金属加热的物理过程及其影响因素§1-2金属及合金在不同介质中加热时常见的物理化学现象及加热介质选择1.1金属加热的物理过程及其影响因素一、加热介质和工件表面的传热过程热处理加热工序大多在各种热处理炉中进行，在加热过程中炉膛和工件之间建立温度梯度。在温度场中，工件主要依靠辐射、对流、传导传热。1、对流传热：a：定义b：基本定律（牛顿冷却公式）c：影响对流给热系数αc的因素1）流体流动情况自然对流：强迫对流：层流与紊流紊流时的对流给热系数较大。2）流体的物理性质:导热系数λ，比热C，密度及粘度系数等。3）工件表面形状及其在炉内放置位置：工件形状和

2、放置位置对流体流动越有利，则给热系数愈大。2、辐射传热：在高于700度主要是辐射传热。辐射传热基本特点：辐射传热基本定律：工件放在炉内加热，吸收发热体、炉壁等辐射来的热量，反射部分热量；同时本身向外辐射一部分热量。在辐射传热时工件表面吸收的热量可表示为：当发热体与工件之间存在挡板等遮热物时，辐射能量将减少。3、传导传热：定义：热量直接由工件的一部分传递至另一部分，或由加热介质把热量传递到与其相邻的工件而无需媒介质点移动的传热过程。b：基本定律4、综合传热：实际工件在传加热过程中，三种传热方式同时存在；但不同场合以不同传热方式为主，要综合考虑。综合传热Q：Q=Qc+Qr+Qcd式中：Qc

3、、Qr、Qcd分别为对流、辐射和传导传热的热量。综合传热Q可用下式表示：Q=α（t介-t工件）式中：α为综合传热给热系数，α=αc+αr+αcd二、工件内部的热传导过程工件内部传热主要是传导传热:工件表面获取能量后，表面温度升高，在表面和心部存在温度梯度，发生传导传热。※在低温时合金元素强烈降低钢的热传导系数，随温度的升高，其影响减弱。高于900℃时影响很小。※钢中的合金元素降低钢的热传导系数。三、热处理加热时间的确定1、t加的含义：t加=t升+t透+t保t升和加热功率有关，和加热介质有关，和加热制度、工件的体积、装炉数量等有关；t透热和工件本身体积、截面尺寸、材料导热性等有关；t保温

4、，根据热处理工艺要求确定。例如：A均匀化，去应力退火等，t保温短；扩散退火、球化退火、回火，t保温要求长。三、热处理加热时间的确定2、t加的理论计算薄件：t加与工件的厚度成线性关系。厚件：t加与工件的厚度成非线性关系。对于薄件：参数：c比热，γ密度，K介质到工件的传热系数，F工件表面积，V工件的体积，t炉-炉温，t始-工件的初始温度，t终-工件要加热到的温度。3、生产实际中t加的计算t加=K×H=αAHK，加热系数；H，有效厚度；例如：圆柱：H=D，板件：H=t，筒件：H=壁厚；α，与加热有关的常数；A，堆放系数，可取1~1.5。四、影响热处理工件加热的因素1、加热方式的影响随炉加热：

5、把需要加热的零件装入，随炉将零件升至所需要的温度。其加热速度应控制在150℃左右。就经济观点来看，这种加热方法不符合节约原则。因此，只有在下列条件下才考虑采用：装炉零件多，为装炉方便，如大批铸件退火等。零件在加热前有极大的残余应力，如铸件、冷作件。杂质极高的铸钢件和导热性不良的钢，如合金含量较高的合金工具钢、高速钢等。通常对升温时间不作规定，保温时间应按零件的大小及装炉的具体情况决定。预热加热：将工件装入已升温至较低温度的炉内加热，到温后再转移至预定工件加热温度的炉内达到所要求的温度。到温入炉加热（也叫热炉装料加热）：将零件装入炉温约等于零件需要加热温度的炉中。大多数零件都可采用这种方

6、法加热。应该注意，零件装炉后会使炉温降低。因此装炉速度要快，不使炉温降低过多；或者采用先将炉温升至高于零件所需加热温度20-30℃时装炉。高温入炉加热：将零件装入炉温比需要的最高加热温度高100-200℃的炉中进行加热。适用于形状简单的碳素钢及低合金钢零件。加热速度：随炉加热→预热加热→到温入炉加热→高温入炉加热依次增大。2、加热介质及工件放置方式的影响（影响α的因素）1）加热介质的影响固体加热：※综合传热；※金属传导，固态颗粒，流动粒子；液体介质中加热：※综合传热；※金属浴（铅浴）、油浴、盐浴；※加热速度快，加热均匀，氧化、脱碳、变形倾向小，加热易控制。真空加热：※辐射传热；※低压充

7、气，高纯度加热；※间接加热。气体介质中加热：※综合传热，在高温区以辐射传热为主；※空气加热，具有保护气氛、可控气氛、高温火焰等形式；※生产效率高，容易实现机械化和自动化。2）工件在炉内排布方式的影响工件在炉内的排布方式直接影响热量传递的通道。如：辐射传热中的挡热现象及对流传热中影响气流运动情况等。由图1-3可以看出，工件在炉中四面都可被加热时修正系数最小（等于1）。而当堆积时修正系数最大（等于4）。修正系数越大则工件所需的加热时间越长。3）工件