1

Curs4

5. Parametrii tehnologici ai operaţiilor de tratament termic.

Orice tehnologie de tratament termic sau termochimicpresupune cel puţin două operaţii de bază şi anume o operaţiede încălzire şi una de răcire a produsului cu parametriitermici şi temporali controlaţi. Reprezentarea grafică aacestor operaţii poartă numele de ciclogramă. În practicaindustrială sunt folosite două tipuri de ciclograme:carteziene şi polare. Cele mai comode sunt ciclogramelecarteziene trasate în coordonate temperatură – timp (fig.5.1).

Fig.5.1 Reprezentarea grafică a unui ciclu simplu detratament termic în coordonate carteziene: I – încălzirea; II– menţinerea la temperatură; III - răcirea

5.1 Calculul parametrilor operaţiei de încălzire

5.1.1. Stabilirea temperaturii de încălzire.

Temperatura de încălzire în vederea tratamentului termicse stabileşte în funcţie de natura materialului şi de tipultratamentului termic aplicat.

t [h]

T[0C]

II III

Ti

ti tm tr

I

2

Natura materialului se ia în considerare prin compoziţiachimică şi punctele critice la încălzire, iar tipultratamentului termic pri condiţia impusă pentru structura cetrebuie să fie obţinută prin încălzire. Poziţia punctelorcritice la aceeaşi marcă de material este determinată larândul ei, de compoziţia chimică a şarjei tratate şi de vitezade încălzire realizată de regimul de încălzire ales.

Luarea în considerare în mod exact a compoziţiei chimicea şarjei este posibilă la aliajele binare (şi la uneleternare) pentru care sunt publicate diagramele de echilibru. Ometodă posibilă de aplicat în cazul oţelurilor este aceea adeterminării punctelor critice cu ajutorul unor relaţiiempirice, în care se ţine seama de compoziţia chimică.

Precizia maximă pentru punctele critice se obţine prindeterminarea lor directă, pentru fiecare şarjă, pe caledilatometrice în coordonate temperatură- timp, temperatură -dilatare sau viteze de încălzire – dilatare, iar în zonapunctelor critice curbele respective vor prezenta câte unpolier.Pentu a se obţine o bună concordanţă cu punctelecritice indicate de diagramele de echilibru este necesar caanaliza dilatometrică să se execute cu viteze de încălzire şirăcire de maximum 3°C/min. În acelaşi scop se poate utilizametoda călirilor succesive pentru determinarea temperaturiioptime de călire.

Din cele arătate se desprind următoarele reguligenerale în stabilirea temperaturii optime de încălzire latratamente termice cu recristalizare de fază: a. determinarea intervalului optim de încălzire,prin metoda călirilor succesive, la şarja dată; metoda esteaplicabilă la toate materialele metalice care prezintă punctecritice la transformări de fază; b. determinarea punctelor critice pe caledilatometrică; c. determinarea punctelor critice prin calcul, înfuncţie de compoziţia chimică;

d. preluarea valorilor indicate în standarte şi înlucrările de specialitate pentru diferite mărci de materiale;

e. determinarea punctelor critice pe diagramele deechilibru binare şi pseudobinare.

În cazul regulilor b, c şi e temperaturile de încălzirese determină prin adăugarea unui interval termic de siguranţă,cu atât mai mare cu cât viteza reală de încălzire este maimare.

Temperatura utilajului de încălzire trbuie să fie cevamai mare în funcţie de regimul de încălzire adaptat, pentrucompensarea piederilor termice din sistem. Ca regulă generalăse alege:

Tm=Ti+(30¸50)°C

3

5.1.2 Alegerea mediului de încălzire.

În tehnologia tratamentelor termice se folosesc surseexterioare de încălzire (numite generic cuptoare) bazate petransmiterea căldurii din spaţiul de lucru al cuptorului lasuprafaţa prduselor metalice şi surse de încălzire interioară,bazate pe utilizarea efectelor calorice ale curentuluielectric şi care generează căldură direct în masa pieselormetalice (efect Joule-Lenz, încălzire prin inducţie, princontact şi în electrolit). Problema alegerii mediului deîncălzire se pune numai la încălzirea cu surse exterioare,care reprezintă şi modalitatea cel mai mult utilizată înpractică. Mediul de încălzire interesează sub două aspecte: caagent termic, care mijloceşte transmiterea căldurii dinspaţiul de lucru la suptafaţa piselor şi ca agent chimic, careinteracţionează cu suprafaţa pieselor.

Viteza de încălzire a materialului reprezintă unul dincriteriile de bază care trebuiesc luate în considerare laalegerea utilajului de încălzire. Ea trebuie astfel stabilităîncât să asigure durata cea mai mică a operaţiei, introducândîn material tensiuni interne cât mai mici. Pentru piese cucomplexitate geometrică scăzută se pot utiliza în acest scoprelaţiile lui M.T. Taiţ:

5,6aXβEvσ

2i

1 = pentru piese cilindrice

2,3aXβEvσ

2i

2 = pentru plăci

în care:

s1(2)@(0,05¸0,1)sa pentru materialul produsului;b - coeficientul de dilataţie binară;E - modulul de elasticitate;vi - viteza de încălzire admisibilă a materialului;C - grosimea de încălzire a produsului;

a - coeficientul de difuzibilitate termică a materialuluicalculat cu relaţia

ρcλa =

l - conductibilitatea termică a materialului;c - căldura specifică a materialului;r - densitatea materialului.

Utilajul de încălzire se alege în funcţie de vi calculatăţinându-se seama de dotarea secţiei de tratamente şi de

4

specificul tratamentului aplicat.

Fig.5.2 Stabilirea grosimii de încălzire pentru diferite tipuri de piese

5

5.1.3 Mediul de încălzire ca agent termic.

Caracteristica de bază a mediului de încălzire ca agenttermic este coeficientul de transmitere a căldurii a. Mărimeaacestuia depinde în primul rând de modul în care se facetransmiterea căldurii de la mediul de încălzire la suprafaţapieselor.

În cuptoare cu flacără şi electrice, mediul de încălzireeste gazos, astfel încât transmiterea de căldură se face princonvenţie şi radiaţie.

a = ac + aRCoeficientul de transmitere a căldurii prin convenţie

depinde de viteza w de deplasare a gazelor de-a lungulsuprafeţei pieselor şi de modul de constituire a şarjei.Pentru w = 2¸3 m/s (convecţie naturală)

ac @ 15 kcal/m2h*0C.Pentru w £ 5 m/s

ac = 5+3,4 w0,8

iar pentru w > 5 m/sac =6,2w0,8

În cazul în care piesele sunt aşezate pr vatră încâtformează canale prin care gazele sunt forţate să circule

ac = 3 w0,8d0,25în care:

d – diametrul hidraulic în m;

P4Fd =

F – aria secţiunii transversale a canalului;P – perimetrul pe care se face schimbul de căldură.

Coeficientul de transmitere a căldurii prin radiaţiedepinde de temperatura absolută a mediului de încălzire,temperatura suprafeţei corpului încălzit şi de constanta deradiaţie a materialului supus încălzirii.El se calculează curelaţia de bază:

CTT100T

100T

αsm

4s

4m

R ×-

÷øö

çèæ-÷

øö

çèæ

=

din care rezultă că pe măsură ce materialul se încălzeşte aRscade. În relaţie:Tm – temperatura mediului de încălzire;Ts – temperatura suprafeţei produsului la momentul considerat;C – coeficientul de negreală a produsului, dependent de stareade prelucrare a suprafeţei acestuia.

6

La încălzirea în băi de săruri topite sau băi de metaletopie, transmiterea căldurii se face simultan prin conducţie,convecţie şi radiaţie. În acest caz se poate folosi relaţia decalcul:

a = a0 + K (Tm-Ttop)în care:

a0 – coeficientul de transmitere a căldurii la temperaturade topire a băii;

Ttop – temperatura de topire a băii.Prin agitarea topiturii coeficientului a creşte de cca.

1,5 ori.

5.1.4 Mediul de încălzire ca agent chimic.

Din punct de vedere chimic interacţiunea mediului de încălzirecu materialul produsului se materializează prin reacţii deoxidare, decarburare, reducere, carburare, etc.

Aerul atmosferic care conţine 21% O2 şi 79 %N2, adică înraport cu 79/21 = 3,766 are acţiune oxidantă potrivit reacţiei:

2 Me + O2 2 MeOÎn acelaşi timp, oxigenul din atmosfera cuptoruluireacţionează cu carbonul dizolvat sau legat chimic potrivitreacţiilor:

C(γ) + O2 → CO22C(γ) + O2 → 2CO2Ccarb + O2 → 2CO

Oxidul de carbon rezultat din ultimele două reacţiicontracauză acţiunea oxidantă a aerului atmosferic.

Vaporii de apă din atmosferă au atât acţiune oxidantă câtşi decarburantă potrivit reacţiilor:

Me + H2O = MeO + H2[C]g + H2O = CO + H2

În produsul de ardere a combustibilului rezultăcomponente oxidante şi decarburante, iar dacă proporţia de aereste mai mare decât cea stoichiometrică corespunzătoare unuicoeficient de consum de aer a° = 1, aceste produse conţin şi O2liber:

CH4 + 2(O2 + 3,76N2) = CO2 + H2O + 7,5N2

Dacă proporţia de aer este mai mică decât ceastoichiometrică are loc reacţia endotermă:

CH4 + 0,5(O2 + 3,76N2)=CO + 2H2 + 1,88N2

7

Aceste componente au acţiune reducătoare, carburantă şidecarburantă potrivit reacţiilor:

MeO + CO = Me + CO2MeO + H2 = Me + H2O

3Fe + 2CO = Fe3C + CO2Fe3C + 2H2 = 3Fe + CH4

5.1.5 Atmosfere utilizate în practica tratamentelortermice şi termochimice.

În practica tratamentelor termice şi termochimice sefolosesc în general atmosfere preparate în următoarelescopuri:

a) de a furniza, prin disocierea unor componenţi,elementele cu care dorim să aliem oţelul în stratulsuperficial;

b) de a dilua cu alt gaz folosit ca sursă a elementuluide aliere, de a contribui la circulaţia şi la o mai bunăuniformizare a acestuia în cuptor, de a constitui cu altecuvinte suportul acestuia;

c) de a proteja piesele contra oxidării şi/saudecarburării la intrarea şi ieşirea din cuptoarele detratament;

d) de a purja incinta de lucru înainte de tratament înscopul spălării urmelor de aer sau de altă atmosferă;

e) de a asigura formarea în straturile superficiale aleproduselor a unor tensiuni de compresiune, echilibrate detensiuni de întindere în zonele centrale ale acestora;

f) de a atenua efectele negative ale prezenţei rizurilorşi crestăturilor de pe suprafaţa produselor (microgeometria)şi de a asigura durabilitatea în exploatare prescrisă îndocumentaţia tehnică;

g) de a mări rezistenţa produsului la acţiunea mediuluiîn care acesta va fi utilizat.

Atmosferele controlate utilizate în practicatratamentelor termice pot fi clasificate după materia primăutilizată şi modul de preparare a ei şi după domeniul deutilizare. Conform STAS 9353-73, se utilizează următoarelegrupe de atmosfere controlate:

a) Atmosfere obţinute din combustibili solizi:-atmosfere prin gazeificare (simbol G)

b)Atmosfere din hidrocarburi gazoase sau lichide:-exoterme (EX);-exoterme purificate (EXP);-endoterme (EN);-prin disociere cu aburi (DH);

c) Atmosfere din amoniac sau alcool metilic:-prin disocierea amoniacului (D);-prin disocierea amoniacului purificate (DP);-prin disocierea exoternă a amoniacului (DX);

8

-prin picurare (DL);-prin picurare purificate (DLP);

d) Atmosfere conrolate preparate şi îmbuteliate în afarasecţiilor de tratamente termice:

-hidrogen tehnic;-gaze inerte (heliu, argon, azot);-amestecuri de gaze.

După scop: - protecţie - reactive.

Mediile solide (şpan de fontă, praf de cărbune, etc.) sefolosesc pentru a preveni oxidarea şi decarburarea prinformarea, în urma reacţiei carbonului din acestea cu oxigenuldin aer, a componentelor reducătoare şi carburante. În ultimiiani a luat o largă dezvoltare folosirea mediilor gazoase cuacţiune chimică controlabilă astfel încât, în funcţie deobiectivul propus, să realizeze în anumite condiţii deîncălzire sau răcire, fie protecţia împotriva oxidării saudecarburării, fie o anumită modificare a compoziţiei chimice amaterialului metalic din straturile superficiale.

5.1.6 Calculul duratei de menţinere a produsului încuptor.

Durata de menţinere a produsului în cuptor se împarte înurmătoarele etape succesive în timp:

-durata de încălzire (ti) considerată ca fiind timpulnecesar pentru ca suprafaţa produsului să atingă temperaturade încălzire prescrisă;

-durata de egalizare termică (teg) reprezentând timpulnecesar egalizării temperaturii pe reacţiune;

-durata de transformare (ttr) reprezentând timpul necesardesfăşurării complete a proceselor de transformare laîncălzire, specifice tratamentului termic aplicat.

tm = ti + teg + ttrÎn practica tratamentelor termice se aplică următoarele

regimuri de încălzire simple:1) Încălzire în cuptor cu temperatură constantă

Tm=constantă.2) Încălzire cu viteză dată (Vi=constantă).

5.1.6.1 Calculul duratei de încălzire prin metodacriterială.

În condiţiile introducerii unui produs rece într-un mediuaflat la o temperatură dată, atunci când se poate neglijaschimbul de căldură între mediu şi capetele produsului sepoate uriliza metoda de calcul criterială bazată pe rezolvareaecuaţiei diferenţiale FOURIER-KIRCHOFF, prin introducerea unorcondiţii suplimentare (condiţii de univocitate):

9

I.) La timpul t0=0, temperatura corpului este aceeaşi întoată masa sa (Ts0=Tc0=T0);

II.) Proprietăţile termofizice ale corpului sunt constateţi egale numeric cu valorile medii în intervalul detemperatură T0¸Ti;

III.) Corpul este de formă geometrică simplă (cilindu,placă), de lungime infinită şi grosime 2X.

Condiţiile limită care exprimă caracterul schimbului decăldură dintre corp şi mediul înconjurător sunt următoarele:

I.) Temperatura mediului de încălzire este constantă petoată durata încălzirii;

II.) Schimbul de căldură la suprafaţa corpului se faceconform legii lui Newton:

q = a (Tm - T)III.) Nu se iau în considerare efectele termice

suplimentare care apar ca urmare a unor eventuale transformăride fază în stare solidă.

Pentru simpilficarea calcului se recurge la teoriasimilitudinii care permite să se asocieze aceste variabileindependente sub forma unor criterii adimensionale. Înprincipal se folosesc următoarele criterii:

I.) Criteirul Biot (grosimea relativă) – caracterizeazărezistenţa la încălzire opusă de un corp de lungime infinităavând grosimea de încălzire X.

bi = aX/lm

II.) Criteriul Fourier (timpul relativ) – caracterizeazăevoluţia încălzirii straturilor interioare, prin conducţie, întimp.

F0=a×t/X2

III.) Criteriul parametric poziţional(coordonatarelativă) – permite stabilirea poziţiei unui punct de pesecţiunea produsului în raport cu centrul ei.

x/X

IV.) Criteriul de temperatură (temperatura relativă) –permite determinarea temperaturii unui punct de pe secţiune laun moment dat.

q = (Tm–T)/(Tm-T0)

Folosind aceste criterii şi o serie de soluţii tabelatesau reprezentate grafic (nomograme)(fig.5.3..5.6) se poatecalcula

10

Fig. 5.3 Dependenţa temperaturii relative a suprafeţei unuicilindru de lungime infinită de criteriile Bi şi Fo

Fig. 5.4 Dependenţa temperaturii relative a centrului unuicilindru de lungime infinită de criteriile Bi şi Fo

11

Fig.5.5 Dependenţa temperaturii relative a suprafeţei uneiplăci de lungime infinită şi grosime X de criteriile Bi şi Fo

Fig. 5.6 Dependenţa temperaturii relative a centrului uneiplăci de lungime infinită de criteriile Bi şi Fo

12

orice parametru al operaţiei de încălzire. Mersul calcululuicomportă următoarele operaţii necesare:

1). Se determină temperatura necesară în cuptor Tm.2). Se calculează valoarea criteriului q cu Ts = Ti.3). Se calculează valoarea criteriului Biot.4). Cunoscând q şi Bi, din nomogramă sau tabel se

determină F0.5). Se calculează difuzivitatea termică a materialului

,,a”.6). Din expresia criteriului F0 se determină durata de

încălzire în h.

5.1.6.2 Calculul duratei de încălzire în funcţie de raportuldintre volumul şi suprafaţa piesei

KKKWTTTTct cf

im

meginc ××××ú

û

ùêë

é--

××=+0ln

ar

în care:

W =FV [cm]raportul dintre volumul şi suprafaţa piesei;

Kf – coeficientul de formă al produsului;Kc – coeficientul de complexitate geometrică;K – coeficient de corecţie.

Fig.5.7 Elementele dimensionale de calcul pentru coeficienţiidin ecuaţia aproximată a izotermei

13

a. Sferă W = D/6 Kf = 1

b. Cub W = E/6 Kf = 1

c. Cilindru plin

DllDW24 +×

= Kf » 1 + 0,2 D/l pt. l > D şi

Kf » 1 + 0,2 l/D pt. l < D

d. Clindru gol (ţeavă)

( )( )dDDl

ldDW-+

-=

24 ldDK f

-+= 2,01 pt. l > D-d şi

dDlK f -

+= 2,01 pt. l < D-d

e. Placă

( )lEBElBlBEW

×+×+×××

=2 l

EBEK f ++= 2,01

f. Prismă regulată dreaptă cu N laturi şi Di diametrulcercului înscris bazei

i

i

DllDW

24 +×

=1

12,01+

++=Nl

DK if pt. l > Di şi

÷øö

çèæ

+++=

112,01

NDlK

if pt. l < Di

Valorile coeficientului de complexitate a formei este datîn tabelul 5.1

Tab.5.1 Valorile Kc pentru scule profilateTipul sculei Kc Tipul sculei Kc

Scule netede (lise) 1,00 Freze canale-disc,semicirculare, zencu-itoare

0,70

Scule de rulat filete,pile circulare, frezecirculare

0,90 Freze deget, melc, defiletat

0,65

Cuţite, bacuri defiletat plane

0,85 Bacuri circulare 0,45

Freze cilindrice,şevere, scule demortezat (discuri)

0,75

Valorile coeficientului de corecţie sunt date în tab. 5.2

14

Tab.5.2 Valorile K pt. diferite materiale şi tipuri deutilajeTipul oţelului Temperatura de

încălzire [0C]Tipul

cuptoruluiK

[min/cm]Oţel carbon şi

aliat300 - 400 Electric 45

Cu gaz 35

Oţel carbon 750 - 900Electric 40Cu gaz 35

Baie de săruri 10

Oţel aliat 750 - 900Electric 45Cu gaz 40

Baie de săruri 15

Oţel rapid500 - 650

Electric 35Cu gaz 30

Baie de săruri 7800 – 900 Baie de săruri 10

1200 - 1300 Baie de săruri 5

Duratele de transformare se calculează cu ajutorul unorrelaţii de calcul empirice în funcţie de tipul transformărilorspecifice tratamentului aplicat.

5.1.7 Tensiuni interne la încălzire şi limitarea vitezeide încălzire.

Datorită diferenţei de temperatură pe secţiunea pieseiîn curs de încălzire, dilatarea acesteia este neuniformă.Dilatarea între sraturile vecine, rigid legate între ele,fiind reciproc frânată, dilatările posibile dar nerealizate setransformă în deformaţii elastice locale, cărora le suntasociate tensiuni interne, a căror mărime poate fi calculatecu relaţia simplificată:

μ1Eβσ max -×

= DT

în care m este coeficientul de contracţie transversală amaterialului (pentru oţeluri m @ 0,3).

Diferenţele de temperatură pe secţiune se calculează curelaţiile:

Pentru plăci şi prisme:

DTSP =32 (TSP-TCP)

DTCP = - 31 (TSP-TCP)

pentru cilindri:

DTSC =21 (TSC-TCC)

DTCC = -21 (TSC-TCC)

15

Relaţiile de calcul ale tensiunilor devin astfel:- la suprafaţa plăcii:

μ1Eβ

32σ max -

×= (TSP-TCP)

- în centrul plăcii:

μ1Eβ

31σ max -

×-= (TSP-TCP)

- la suprafaţa cilindrului:

μ1Eβ

21σ max -

×= (TSP-TCP)

- în centrul cilindrului:

μ1Eβ

21σ max -

×-= (TSP-TCP)

Semnele diferite pentru tensiuni arată că acestea variazăşi ca sens, nu numai ca mărime, pe secţiune.

5.2 Calculul parametrilor operaţiei de răcire

5.2.1 Medii de răcire.

În tratamentele termice clasice viteza de răcire trebuiesă varieze de la 10-2 0C/s până la 102 0C/s. Principalacaracteristică a unui mediu de răcire este capacitatea sa de aprelua căldura de la piesa caldă. Ea este determinată decoeficientul de transmitere a căldurii de la suprafaţă lamediu, transmitere care se face prin radiaţie, convecţie şiconducţie.

În cazul mediilor gazoase, cedarea de căldură se face înprincipal prin radiaţie şi convecţie.

La răcirea cu cuptorul, schimbul de căldură se regleazăprin reducerea treptată a aportului de energie termică îninstalaţia de încălzire (arzătoare, rezistoare,etc.), iar încazul reducerii totale a acesteia (cuptorul „oprit”), prinpierderile de căldură proprii cuptorului. În aceste condiţii,răcirea cu cuptorul poate fi realizată în limite relativlargi, cu viteza de la 0,5 0C/min până la 10¸15 0C/min.Realizarea unei viteze de răcire constante este posibilă prinfolosirea de aparatură de automatizare adecvată. În lipsaacesteia se poate recurge la o răcire în trepte succesive,reducând (şi menţinând) temperatura, la fiecare oră, cu ovaloare egală cu viteza de răcire măsurată în 0C/h.

Răcirea în aer se face prin radiaţie şi convecţie (până lacca. 500°C) şi aproape numai prin convecţie sub 500°C. Înaceste condiţii, coeficientul de transmitere a căldurii va fivariabil, scăzând pe măsură ce temperatura piesei va scădea.

Răcirea într-un mediu lichid cu temperatură coborâtă devaporizare se face în patru etape succesive:

16

q subrăcirea instantanee, ca urmare a consumării unei maricantităţi de căldură pentru vaporizarea bruscă amediului;

q calefacţia, cu formarea unei cămăşi de vapori mai multsau mai puţin abundentă pe piesă; în aceste condiţiischimbul de căldură între piesă şi mediu scade brusc;

q fierberea cu bule, iniţial vehementă şi, apoi, liniştită;q convecţia (sub temperatura de fierbere a mediului).

În consecinţă, coeficientul de transmitere a căldurii, larăcirea în medii lichide, variază foarte mult şi neuniform,trecând printr-un maxim în perioada de fierbere.

5.2.2 Capacitatea de răcire fizico-chimică şi relativă.

Dificultăţile în determinarea directă a coeficientului detransmitere a căldurii a, au condus la ideea stabilirii uneiscări relative a capacităţii de răcire a diferitelor medii.Problema a fost rezolvată de Grossmann şi colaboratorii săiprin determinarea capacităţii de răcire fizico-chimice, bazatăpe ipoteza – verificată experimental – că adâncimea de călirea oţelurilor este funcţie de durata de răcire de latemperatura de austenitizare până la atingerea temperaturiimedii, între cea de austenitizare şi cea a mediului de răcire.Admiţând şi alte ipoteze simplificatoare (respectarea legiilui Newton în intervalul considerat, constanţacaracteristicilor termice ale piesei, constanţa temperaturiimediului de răcire), s-a introdus noţiunea de intensitate derăcire.

2λαH =

Se consideră drept mediu de răcire ideal, un mediu capabilsă răcească instantaneu suprafaţa piesei până la temperaturamediului şi care asigură un coeficient a = ¥, ceea ce îiconferă o intensitate de răcire H = ¥. Mediile de răcire realeau intensităţi de răcire finite, care variază în funcţie denatura mediului, temperatura sa şi gradul de agitare relativămediu/piesă şi sunt prezentate în tabelul 5.3.Tab. 5.3 Coeficientul de transmitere a căldurii α [kcal/m2h0C]Temperaturasuprafeţeiprodusului

[0C]

100 200 300 400 500 600 700 800 900

α

Apă recela 20 0C

800 2000 12000 4000 2500 2000 1500 1000 700

Uleimineralla 50 0C

200 400 500 700 1000 1200 700 300 250

17

Capacitatea de răcire relativă a unui mediu s-a definit caraportul între capacitatea de răcire fizico-chimică a mediuluistudiat şi capacitatea de răcire fizico-chimică a apeiliniştite considerată drept etalon. S-a întocmit astfel oscară cu valori cuprinse între 0,01 pentru aer liniştit şi 5,0pentru soluţii apoase de săruri, violent agitate.Tab.5.4 Capacitatea de răcire relativă a unor medii de TT

5.2.3 Durata răcirii şi viteza de răcire.

Cunoscând coeficientul de transmitere a căldurii a şiconstantele termofizice ale materialului produsului metalic sepoate determina durata răcirii, prin aceleaşi metode ca şi încazul încălzirii ţinîndu-se cont de modificărilecaracteristicilor mediului de tratament termic şi semnificaţiaindicilor temperaturilor.

5.2.4 Tensiuni interne la răcire.

Răcirea neuniformă pe secţiune este însoţită de ungradient de temperatură variabil în timp şi care dă naştere latensiuni interne de valoare mult mai mare decât la încălzire.Tensiunile interne sunt de natură termică (din cauza frânăriicontracţiei normale) şi structurală (atunci când în cursulrăcirii se produc transformări structurale cu modificări devolum). La acestea se pot adăuga tensiunile provocate de

18

neuniformitatea structurală pe secţiune (efectul călibilităţiila oţeluri).

Tensiunile termice variază în timp, atât ca semn cât şi camărime. La începutul răcirii, suprafaţa se răceşte mai repededecât centrul, dar contracţia sa este frânată de către miezulmai puţin contractat, astfel încât în suprafaţă apar tensiunide întindere, iar în miez de contracţie. În continuare,suprafaţa ajunge la temperatura mediului, iar miezul, care maieste cald, continuă să se răcească, astfel că tensiuniletermice în cele două zone scad şi mai mult sau chiar îşischimbă semnul. În cursul răcirii, diversele puncte de pesecţiunea piesei trec de la starea plastică la starea elasto-plastică şi, în final la starea elastică, astfel încâttensiunile temporare variază într-un mod complicat, în funcţiede comportarea materialului, diferenţa de temperatură pesecţiune şi coeficientul de contracţie liniară b. Dintretipurile de tensiuni, cele mai periculoase sunt cele deîntindere, iar dintre acestea, valorile maxime le autensiunile axiale în centrul piesei şi cele tangenţiale însuprafaţă. Relaţiile de calcul recomandate în acest caz sunt:

- pentru centrul piesei

( ) ccctcrc ΔTβEμ14

1σσ ××-

==

( ) cccac ΔTβEμ12μ2σ ××--

=

- în suprafaţa piesei

( ) sssts ΔTβEμ12

1σ ××-

-=

( ) sssas ΔTβEμ12

μσ ××-

-=

în care:- src, stc şi sac sunt tensiunile radiale, tangenţiale şi

axiale în centrul piesei;- sts, sas sunt tensiunile tangenţiale şi axiale în

suprafaţa piesei.Relaţiile sunt aplicabile numai din momentul în care pe

secţiunea piesei s-a stabilit diferenţa maximă de temperatură;până în acest moment se consideră că materialul metalic estesuficient de plastic pentru a anula tensiunile prin relaxare.

Tensiunile structurale datorate modificărilor de volumcaracteristice transformărilor structurale la răcire sesuprapun peste cele termice, cu care se însumează algebric înfuncţie de semnul şi mărimea modificărilor volumetrice. Larăcirea oţelurilor, transformarea de bază g®a este însoţită decreşteri de volum. Dacă ea se produce în domeniul elasto-plastic creşterea dimensiunilor liniare este e @ 10-3 ¸ 2×10-3

19

m/m şi introduce tensiuni suplimentare a căror mărime estedată de relaţiile:

- în centrul piesei:

( ) eEμ14

1σσ ctcrc ×--

==

( )( ) eE

μ12μ2σ cac ×--

-=

- în suprafaţă:

( ) eEμ12

1σ sts ×-

+=

( ) eEμ12

μσ sas ×-

+=

Tensiunile structurale care se produc la călireaoţelurilor sunt de valori foarte mari şi de semn contrar celortermice.