Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 2

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 21 No. 2 2019 139 MATERIAL SCIENCE тура на оси образца-стержня была распределена не по экспоненте в настоящих условиях. Токовая зависимость температуры контак- та T S ( j ), измеренная с помощью пяти термопар (рис. 4, кривая ТП [12]), близка к зависимости T S ( j ), полученной с применением тепловизора (рис. 4, кривая ТВ) в интервале T S < 300 ºС. Видно также, что при j > 300 А/см 2 наклон кривых T S ( j ) резко уменьшается, т. е. уменьшается произво- дная ∂T S / ∂j . Это связано с началом катастрофи- ческого изнашивания образца из стали Ст3 в данных условиях. Низкая производная ∂T S / ∂j по- зволяет предположить, что температура T S на по- верхности образца не превышает 400 ºС в режиме катастрофического изнашивания при любой j . Возможность проявления нелинейного рас- пределения температуры вдоль оси образца была изучена путем закрепления удлиненного сталь- ного стержня в держателе H (см. схему, рис. 1) и в имитаторе контртела 9 , между которыми про- текал электрический ток (рис. 5). Для коррект- ности проведения эксперимента площадь сече- ния стержня составляла 10 мм 2 (2,5 мм  4 мм). Увеличение расстояния у от держателя H в пре- делах длины скользящего образца (до 8,5 мм, рис. 6) сопровождалось линейным увеличением температуры Т 2 (по показаниям термопар 1–3 , рис. 5). На концах удлиненного стержня проис- ходит теплоотвод по закону теплопроводности Рис. 4. Токовые зависимости средней температу- ры контакта, определенные тепловизором (кри- вая ТВ) и термопарами (кривая ТП) Fig. 4. The current dependences of average contact temperature determined by the thermal imager (TВ curve) and by the thermocouples (curve TП) Рис. 5. Электрическая схема для нагрева удлиненно- го стержня стали Ст3: H – держатель образца; 1–7 – термопары; 8 – стержень; 9 – имитатор контртела Fig. 5. The electric circuit for heating of extended AISI steel 1020 rod: H – the holder of a sample; 1–7 – thermocouples; 8 – rod; 9 – the counterbody simulator Фурье q F = λgrad T 2 и температура здесь ниже, чем в середине стержня. Поэтому общее распре- деление температуры в стержне имеет экстре- мум. Это значит, что существует участок стерж- ня (между термопарами 5 и 6 , рис. 5), где температура не изменяется и теплоотвод проис- ходит только от боковой поверхности стержня по закону Ньютона–Рихмана q с = α с ( T 2 – T 0 ) за счет конвекции и по закону Стефана–Больцмана   4 2 0 2 0 ( ) r r q T T       Ò Ò 4 за счет излучения. Здесь q F , q с , q r – плотности тепловых потоков по законам Фурье, Ньютона–Рихмана и Стефана– Больцмана; σ – постоянная Стефана–Больцма- на; α r и α с – коэффициенты радиационной и конвективной теплоотдачи. Коэффициент α полной теплоотдачи от боковой стенки образца (α = α r + α с ) определен на этом участке стержня длиной около 3 см. Коэффициент α зависит от формы, размеров и ориентации поверхности в пространстве, от физических свойств поверхности, от свойств окружающей среды, от температурного напора ( Т 2 – Т 0 ) и принимает значения в спокойном воз- духе α с = 5…25 Вт/м 2 · К [13]. Коэффициент α может быть определен из равенства плотности теплового потока через боковую поверхность q = α( T 2 – T 0 ) и плотности теплового потока, выделяющего при протекании тока q = j 2 ρ A a / P , где ρ, A a , P – удельное электросопротивление,