Известен
экспериментально-аналитический способ определения температур, ного поля
крупных поковок в процессе нагрева или охлаждения с использованием
теории подобия [1], предусматривающий одинаковость формы, физических
свойств и граничных условий, а также постоянство температурного поля перед
началом охлаждения, т. е. постоянство критерия Био. Равенство критериев
Био для двух подобных, различных по размеру поковок может быть достигнуто
либо за счет коэффициента теплоотдачи, либо теплопроводности. Зная время
охлаждения конкретного места сечения эталона (поковки), можно найти
температуру за данный отрезок времени в сходственной точке поковки другого
размера по формуле [5]:
(5)
где тк — время
охлаждения поковки радиусом RllL до заданной
температуры.
Анализ существующих способов
определения температурного поля крупных поковок приводит к необходимости
сочетания расчетных методов с экспериментальными.
Для иллюстрации этого приведены
экспериментальные данные по определению температурного поля поковок
диаметром 1300 мм (рис. 2) [15] и 850 мм (рис. 3), а на рис. 4 показано
изменение температуры поковки диаметром 850 мм при охлаждении на воздухе в
функции текущего радиуса (r/R)2, при постоянном времени
охлаждения. На рис. 5 представлена зависимость времени охлаждения
поверхности и центра поковок от их диаметра и температуры охлаждения, а на
рис. 6 показан фактический режим охлаждения на воздухе ступенчатой поковки
диаметром 2200 мм с зачеканкой термопар на различном расстоянии от
поверхности [16].
Ниже приведен пример расчета
температурного поля для поковок диаметром 330, 540 и 850 мм из роторной
стали при охлаждении с 880° С на воздухе и в масле с
подстуживанием.
Температуру поверхности
ta рассчитывали по формуле
(6)
где /ср — температура
охлаждающей среды; tH — начальная температура
металла; 9П — температурный критерий.
По аналогичной формуле
определялась температура центра
(7)
Температурные критерии находились по соответствующим
номограммам
При охлаждении на воздухе можно
принять средние значения теплофизических констант для всего
рассматриваемого температурного интервала. При охлаждении в масле и в
воде охлаждающая способность изменяется в
сравнительно