2024年3月18日发(作者：凤闲静)
第一章金属材料的加热
典型的材料的热处理过程包括加热、保温、冷却
加热是热处理最基本的、首要工序
金属加热的一般要求：
•工艺要求：组织、晶体结构等
•防止变形
•防止氧化、脱碳、腐蚀
热处理工艺曲线
物质传热方式
传导（Thermal conduction）——发生于加热介质与工件接触时，或工件内部及
相互接触的工件之间
对流（Thermal convection）——依靠液体或气体介质中的分子相对运动传热
t
辐射（Thermal radiation）——通过加热体在高温下产生的电磁波传递热量
T
本章主要内容：
•加热的物理过程
•加热时的腐蚀及防护
•加热的影响因素
热传导
热传导定律：
q
y
=−
λ
∂T
∂y
钢的热传导系数
•大多数纯金属的导热系数随温度升高而降低。
•金属的纯度对导热系数影响很大，其导热系数随其纯度的增高而增大，因此合金
的导热系数比纯金属要低。
•非金属的建筑材料或绝热材料的导热系数与温度、组成及结构的紧密程度有关，
一般随密度增加而增大，随温度升高而增大。
q
y
——y方向的热流密度，W/m
2
∂T
∂y
——y方向的温度梯度
λ
——热导率，与温度有关，W/(m⋅K)
1. 固体的热传导通过声子和电子的迁移实现：
以声子传热为主的物质，T↑→
λ
↑；
以电子传热为主的物质，T↑→
λ
↓；
大多数金属，T↑→
λ
↓
钢合金化后形成置换固溶体或第二相时，
λ
↓
2. 气体和液体的热传导通过分子间的碰撞实现
A 物质种类气体 0.006～0.6 液体 0.07～0.7 非导固体 0.2～3.0 金属 15～420 绝热材料 <0.25 合金元素M含量对Fe-M二元 合金热传导系数的影响 不同钢热传导系数和 温度之间的关系 λ / W/(m⋅K) 热对流 对流传热量： Q= α F(t M −t s ) Q——单位时间内通过热交换面对流传热给工件的热量， 对流传热速率，W α——对流给热系数，W/(m 2 ⋅K) F——工件与加热介质的接触面积，m 2 t Ｍ ——加热介质温度 t s ——加热工件温度 与流体的物理性质、流动状态、在工件周围流体的运动，以及工 件表面的形状、放置位置等因素有关 气体炉用风扇强制气体循环，提高给热系数。 层流 紊流 ? 热辐射 物体受热，向各方向发射各种波长的电磁波。其中可见光和红外线可被 物体吸收并重新转化为热能。 热辐射波的比能流e与温度T的四次方成正比： e= σ T 4 σ为斯忒藩-玻尔兹曼常数，σ=5.67032×10 -８ W/(m 2 ⋅K 4 ) Stefan-Boltzmann law：一个黑体（能够完全吸收照射到它上面的各种 波长的电磁波的物体叫做绝对黑体，简称黑体）表面单位面积在单位时 间内辐射出的各种波长电磁波的总能量与黑体本身的热力学温度的四次 方成正比。 工件受热辐射后，反射一部分能量，多数能量被吸收。 在高于700 °C温度下加热金属时，以热辐射传热为主。
2024年3月18日发(作者：凤闲静)
第一章金属材料的加热
典型的材料的热处理过程包括加热、保温、冷却
加热是热处理最基本的、首要工序
金属加热的一般要求：
•工艺要求：组织、晶体结构等
•防止变形
•防止氧化、脱碳、腐蚀
热处理工艺曲线
物质传热方式
传导（Thermal conduction）——发生于加热介质与工件接触时，或工件内部及
相互接触的工件之间
对流（Thermal convection）——依靠液体或气体介质中的分子相对运动传热
t
辐射（Thermal radiation）——通过加热体在高温下产生的电磁波传递热量
T
本章主要内容：
•加热的物理过程
•加热时的腐蚀及防护
•加热的影响因素
热传导
热传导定律：
q
y
=−
λ
∂T
∂y
钢的热传导系数
•大多数纯金属的导热系数随温度升高而降低。
•金属的纯度对导热系数影响很大，其导热系数随其纯度的增高而增大，因此合金
的导热系数比纯金属要低。
•非金属的建筑材料或绝热材料的导热系数与温度、组成及结构的紧密程度有关，
一般随密度增加而增大，随温度升高而增大。
q
y
——y方向的热流密度，W/m
2
∂T
∂y
——y方向的温度梯度
λ
——热导率，与温度有关，W/(m⋅K)
1. 固体的热传导通过声子和电子的迁移实现：
以声子传热为主的物质，T↑→
λ
↑；
以电子传热为主的物质，T↑→
λ
↓；
大多数金属，T↑→
λ
↓
钢合金化后形成置换固溶体或第二相时，
λ
↓
2. 气体和液体的热传导通过分子间的碰撞实现
A 物质种类气体 0.006～0.6 液体 0.07～0.7 非导固体 0.2～3.0 金属 15～420 绝热材料 <0.25 合金元素M含量对Fe-M二元 合金热传导系数的影响 不同钢热传导系数和 温度之间的关系 λ / W/(m⋅K) 热对流 对流传热量： Q= α F(t M −t s ) Q——单位时间内通过热交换面对流传热给工件的热量， 对流传热速率，W α——对流给热系数，W/(m 2 ⋅K) F——工件与加热介质的接触面积，m 2 t Ｍ ——加热介质温度 t s ——加热工件温度 与流体的物理性质、流动状态、在工件周围流体的运动，以及工 件表面的形状、放置位置等因素有关 气体炉用风扇强制气体循环，提高给热系数。 层流 紊流 ? 热辐射 物体受热，向各方向发射各种波长的电磁波。其中可见光和红外线可被 物体吸收并重新转化为热能。 热辐射波的比能流e与温度T的四次方成正比： e= σ T 4 σ为斯忒藩-玻尔兹曼常数，σ=5.67032×10 -８ W/(m 2 ⋅K 4 ) Stefan-Boltzmann law：一个黑体（能够完全吸收照射到它上面的各种 波长的电磁波的物体叫做绝对黑体，简称黑体）表面单位面积在单位时 间内辐射出的各种波长电磁波的总能量与黑体本身的热力学温度的四次 方成正比。 工件受热辐射后，反射一部分能量，多数能量被吸收。 在高于700 °C温度下加热金属时，以热辐射传热为主。