Решение подобных уравнений при
знании начальных и граничных условий, определяющих взаимодействие твердого
тела с охлаждающей средой, дает возможность найтн характер
распределения температуры для любого момента времени в функции его
размера и теплофизических характеристик. Однако в процессе охлаждения
значения теплофизических констант изменяются в зависимости от температуры
и структурного состояния. Фазовые превращения при охлаждении
сопровождаются выделением теплоты, что уменьшает или приостанавливает
снижение температуры в рассматриваемом объеме. Количество выделяемой
теплоты будет зависеть от химического состава аустенита, степени его
превращения и получаемой при этом структуры. Коэффициент
теплопроводности и удельная теплоемкость являются главным образом
функциями структурного состояния.
Совместное решение
дифференциального уравнения теплопроводности для граничного и начального
условий дает возможность найти решение для тел простейшей формы в
критериальном виде [3]:
(3)
где 'ср — температура охлаждающей
среды, °С; I — текущая
температура в точке х в данное время, °С;
*0 — начальная температура тела; х1Х — относительный размер;
а — коэффициент
температуропроводности, м2/ч; х — текущая координата;
X — характерный
геометрический размер: для шара и цилиндра — радиус, для пластины —
половина толщины или полная толщина при двустороннем нагреве или
охлаждении; а — коэффициент теплоотдачи, ккал/(мг ■ ч •
°С);
X —коэффициент
теплопроводности, ккал/(м-ч-°С); — относитель-
ное время (критерий Фурье);
— критерий Био — отношение
вну-
треннего теплового сопротивления
XIX к внешнему
1/а.
В начале охлаждения Ро = 0, в
конце при т -*■ оо Ро ->• сю. При определении
изменения температуры во времени в данной точке х, в уравнении (3) будут дзг
переменных — критерии Фурье и критерий Био. Пользуясь соответствующими
номограммами по известным значениям критериев Фурье и Био можно найти
относительную температуру для центра или поверхности бесконечного
цилиндра или пластины:
(4)
и искомую температуру I.
Прн определении температурного
поля цилиндрическая поковка, длина которой более пяти диаметров,
рассматривается как геометрическое тело, полученное пересечением
цилиндра бесконечной длины и неограниченной пластины, Относительная
температура для цилиндра конечных размеров определяется путем перемножения
соответствующих температурных критериев.
При проведенных расчетах не
учитывался тепловой эффект фазовых превращений и принималось
постоянным значение теплофизических констант в функции температуры и
структурного состояния. Расчет температуры по средним для данного
интервала нагрева или охлаждения значениям теплофизических констант будет
приводить к увеличению фактического времени достижения заданной
температуры при высоких ее значениях и, наоборот, к уменьшению при
низких значениях. Определение температурного поля без учета скрытой
теплоты превращений приводит к ошибке в определении температуры в
интервале фазовых превращений на 10—20%.
20* 611