在生产中,一般将空炉升温到预定的工艺温度,工件入炉后炉温有所下降,待炉温回升到工艺温度后保温一段时间,然后出炉。通常,加热时间指工件入炉到出炉所经过的时间。在工艺温度保持的时间,称为保温时间。保温时间包括工件表面加热到工艺温度所需的时间、透热时间和完成组织转变所需的时间。
加热时间与设备的功率、加热介质、装炉量、装炉方式、装炉温度及工件的有效厚度、化学成分等因素有关。
加热时间可按下列经验公式计算:
τ=αKD (3-1)
式中 τ——加热时间(min);
α——加热时间系数(min/mm),参照表3-4~表3-6选取;
D——工件有效厚度(mm),参考图3-1;
K——工件装炉方式修正系数,根据表3-7选取,通常取1.0~1.5。
表3-4 碳钢和合金钢在各种介质中的加热时间系数
表3-5 工模具钢在不同介质中的加热时间和加热时间系数
(续)
表3-6 高速钢在盐浴炉中的加热时间系数
表3-7 装炉方式修正系数
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图3-1 工件有效厚度的计算方法
生产实践表明,传统的加热时间计算方法比较保守,可根据具体情况适当缩短。
以下为从节能角度考虑的加热时间计算法:
依据毕氏准数,将工件按截面大小分为厚件和薄件。薄件的厚度最大可达280mm。对钢而言,绝大部分钢材和工件为薄件,都可以认为表面到温后,表面和心部的温度基本一致,也就是说无需考虑均温时间。因此,总加热时间为
τ(加)=τ(升)+τ(保)
根据斯太尔基理论公式,工件升温时间τ(升)=K′W。故
τ(加)=K′W+τ(保)
式中 K′——加热系数,与工件的形状、表面状态、尺寸、加热介质、加热炉次等因素有关;
W——工件几何指数;W=V/A,V为工件体积,A为工件表面积。
与τ(升)比较,τ(保)是一个较短的时间,它取决于钢的成分、组织状态和物理性质。对于碳素钢和一部分合金结构钢,τ(保)可以是零;对合金工具钢、高速钢、高铬模具钢和其他高合金钢,可根据碳化物溶解程度和固溶体的均匀化要求来具体考虑。为了简化计算,可适当增大K′值,使τ(加)的计算式简化为
τ(加)=KW (3-2)
式中 K——修正后的加热系数。
不同形状工件在空气炉和盐浴炉中加热时的K、W值和加热时间,如表3-8所示。
表3-8 钢件加热时间计算表
上述计算方法适用于单个工件或少量工件在炉内间隔(工件间距离>D/2)排放加热。堆放加热时,超过一定的堆放量,此法计算会产生较大出入。
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