Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 2

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 21 № 2 2019 140 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Рис. 6. Распределение температуры по оси удлинен- ного стержня из стали Ст3 при разных плотностях тока Fig. 6. Temperature distribution on an axis of the extend- ed steel rod at the different current densities площадь поперечного сечения и периметр сече- ния стержня. Отсюда α = j 2 ρ A a /( T 2 – T 0 ) Р . Видно (рис. 7), что коэффициент α увеличивается при Т 2 = 0…150 ºС и принимает значение α ≈ 25 Вт/м 2 · К. Однако в зоне влияния зако- на Фурье (около держателя H , рис. 1 и 5), где T 2 имеет относительно низкие значения, α может увеличиться до 60 Вт/м 2 ·К. Коэффициент радиационной теплоотдачи   4 4 2 0 2 0 ( ) r Ò Ò T T      зависит от коэффици- ента излучения ε. Он может иметь низкие значе- ния для гладких стальных поверхностей без окислов, например, ε = 0,25…0,45 [14]. Его зна- чения для окисленных и шероховатых поверхно- стей могут достигать значений до ε = 0,8…0,95. В настоящем случае при ε > 0,7 реализуется α r > α, что невозможно. Поэтому в настоящей работе было сделано допущение, что ε возрастает с ростом температуры по закону ε = 0,3 + 10 –3 Т (рис. 7), т. е. при T S = 400 ºC на боковой поверхности стержня выполняется ε = 0,7. Возрастание ε с ростом тем- пературы является общим явлением [8]. В насто- ящем случае это может быть связано с появлени- ем шероховатости лакового покрытия или с окислением боковой поверхности стального стержня при Т 2 > 200 ºС. Коэффициент α с кон- вективной теплоотдачи изменяется как α с = α – α r (рис. 7). Видно, что при Т 2 > 300 ºС теплоотдача за счет излучения выше, чем конвективная те- плоотдача. Значения α около держателя H могут быть выше (α ≈ 60 Вт/м 2 ∙ К) и указывают на то, что α с и α r имеют более высокие значения, чем представленные на рис. 7. Поэтому коэффици- ент излучения может иметь значения ε > 0,7. Следует отметить, что между термопарами 5 и 6 , приваренными к стержню точечной свар- кой (рис. 5), были расположены термопара 5-1 (прикрепленная к стержню тонкой проволокой) и термопара 5-2 (прижата к стержню грузом 10 Н). Значения температур от термопар 5 и 6 были равны ( Т ( 5 ) = Т ( 6 ) ). Было установлено, что температуры, измеренные термопарами 5-1 и 5-2 , были различны, т. е. Т ( 5-1 ) = 0,65…0,75 Т (5) и Т ( 5-2 ) = 0,79…0,84 Т ( 5 ) . Это значит, что способ крепления термопары к образцу влияет на значе- ние измеряемой температуры. Линейное распределение температуры на оси стального стержня возле держателя H в процессе трения (см. рис. 1), наблюдаемое с помощьюпяти термопар, и в стационарных условиях (рис. 5), указывает на низкую вероятность реализации другого типа распределения температур. Поэто- му нелинейность кривой Т 2 ( у ), полученной с по- мощью тепловизора в условиях трения, должна быть проанализирована. В первую очередь сле- дует учитывать, что неконтактные методы опре- деления температур должны быть обеспечены надежной калибровкой датчиков температуры. В настоящем случае диапазон измеряемых тем- ператур контакта до 400 ºС соответствует диа- пазону коэффициента излучения ε = 0,3…0,7. Рис. 7. Температурные зависимости коэффициен- тов полной (α), радиационной (α r ) и конвекцион- ной (α с ) теплоотдачи Fig. 7. Temperature dependences of full (α), radiation (α r ) and convection (α с ) heat transfer coefficients