工件冷却的物理过程详解

钢在轧制、锻造或热处理以后由热状态冷却下来，在冷却过程中由于表面冷速快，也会产生热应力。冷却经过临界点时，由于组织中发生相变及体积变化，也可能产生组织应力。热应力与组织应力之和超过钢的强度极限时，也可能产生裂纹^[3]。

一般低碳钢在冷却过程中产生裂纹的可能性很小，主要是高碳钢和合金钢容易产生裂纹，需要根据不同钢种和尺寸大小决定冷却的方式，冷却方式分为空气中冷却、缓冷、炉内冷却等。不同钢种的轧材、锻件、钢坯的冷却方式见表9-1^[3]。

表9-1 不同钢种的轧材、锻件、钢坯的冷却方式

冷却时间的计算与加热时间的计算相同，对于薄材，按斯塔尔克式（9-13）计算；对于厚材，按不定态导热的第三类边界条件的解，即式（9-14）计算

式中 d——透热深度，单面加热的平板等于厚度，双面加热的平板等于厚度的一半，长圆柱等于半径（m）；

ρ——金属的密度（kg/m³）；

C——平均热容量[J/（kg·℃）]；(www.xing528.com)

K——形状系数，平板K＝1、圆柱K＝2、球体K＝3；

α_Σ——对流传热系数形式的综合传热系数[W/（m²·℃）]；

t′、t″——冷却开始与结束时的温度（℃）；

t₀——周围空气的温度（℃）。

综合表面传热系数αΣ近似地可按以下经验公式计算：由加热温度冷却到150～200℃时，αΣ＝20～40kcal/（m²·h·℃）。

对于比较复杂的情况，如炉冷或强制循环冷却，需按照炉冷或强制循环传热的系数进行传热计算。