Определение длительности нагрева

Нагрев под закалку деталей проводят в электротермическом агрегате ЭТА –2. Данная операция состоит из нагрева под закалку, выдержки и охлаждения в воде. Нагреватели – электрические, выполненные из нихрома, расположены внутри печи, температура нагрева алюминия 510 ºС, температура рабочего пространства печи 550 ºС. Обрабатываемые детали (качалки) располагаются в специальных приспособлениях для закалки. В корзину электротермического агрегата устанавливаются 3 таких приспособления, в каждом приспособлении по 6 качалок.

Размеры одной детали: l = 130 мм, = 0,024мм

Расчет времени нагрева осуществляется с определения критерия Био, значение которого будет определять методику расчета [1].

, (3)

где α – коэффициент теплоотдачи Вт/м^{2 о}С;

S – расчетная толщина нагреваемого изделия при двустороннем нагреве, м;

λ –коэффициент теплопроводности, Вт/м ^оС.

Расчетная толщина нагрева:

, (4)

где средний диаметр изделия;

коэффициент нессиметричности нагрева, ( ) .

За цикл нагрева принимаем интервал 20 – 510ºС.

, (5)

где α_изл – коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/м² ºС;

α_конв – коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/м² ºС.

Коэффициент теплоотдачи α_изл определяем по закону Стефана – Больцмана:

, (6)

где С_г.к.м – приведенная константа излучения в системе газ-кладка-металл;

Т_с – температура атмосферы печи, °С;

Т_м.ср – средняя температура металла, °С.

При нагреве в термических печах в воздушной атмосфере С_г.к.м=2,5 Вт/м² К⁴.

В печах для термической обработки при 550ºС и вынужденном (вентиляторы) движении воздуха принимаем α_конв =84,8 Вт/м² ºС;

Коэффициенты теплопроводности , теплоемкости и энтальпии зависят от температуры, которые представлены в таблице 5.

Таблица 5 – Зависимость и для дюралюминия [2].

	36,5	40,2	85,9	134,7	202,4	264,7	329,7
C, кДж/(кг·К)	0,92	0,95	0,97	0,98	1,05	1,12	1,26

Коэффициент теплопроводности определяем как средний за цикл нагрева. Он рассчитывается по формуле и составляет [8]:

; (7)

λ₂₀ = 160 Вт/м ^оС, λ₅₁₀ = 315 Вт/м^{2 о}С;

= 237,5 Вт/м^{2 о}С;

= 0,01< 0,25 => тело теплотехнически тонкое.

Время нагрева для теплотехнически тонких тел определяется по формуле:

(8)

где – коэффициент формы тела ( = 2);

– средняя теплоемкость сплава в интервале температур 20–510ºС кДж/(кг∙ К);

– температура атмосферы печи, ºС;

– начальная и конечная температура сплава, соответственно, ºС.

Определение средней теплоемкости:

(9)

Дж/(кг∙ К) (10)