Tehnologia răcirii

Tehnologia racirii

Tehnologia racirii

Medii de racire.

Executarea tratamentelor termice de diferite tipuri-de la recoaceri pana la caliri-necesita utilizarea unor modalitati de racire foarte variate.In tratamentele termice clasice (cu racire continua) viteza de racire trebuie sa varieze de la 10-2 grd/s (la recoacerea de globulizare a otelurilor de scule), pana la 102 grd/s (la calirea superficiala sau in solutii de saruri).

Principala caracteristica a unui mediu de racire este capacitatea sa de a prelua caldura de la piesa calda. Ea este determinate de coeficientul de transmitere al caldurii de la suprafata la mediu, transmitere care se face prin radiatie, convectie si conductie.

In cazul mediilor gazoase, cedarea de caldura se face in principal prin radiatie si convectie.

La racirea cu cuptorul, schimbul de caldura se regleaza prin reducerea treptata a aportului de energie termica in instalatia de incalzire (arzatoare, elemente de incalzire electic), iar in cazul reducerii totale a acesteia (cuptorul”oprit”), prin pierderile de caldura proprii cuptorului.In aceste conditii, racirea cu cuptorul poate fi realizata in limite relativ largi, cu viteza de la 0,50C/min pana la 10-150 C/min.

Realizarea unei viteze de racire constante este posibila prin folosirea de aparatura de automatizare adecvata. In lipsa acesteia se poate recurge la o racire in trepte successive, reducand (si mentinand) temperatura, la fiecare ora, cu o valoare egala cu viteza de racire masurata in grd/h.

Racirea in aer se face prin radiatie si convectie (pana la 5000C) si aproape numai prin convectie sub 5000C. In aceste conditii, coeficientul de transmitere a caldurii va fi variabil, scazand pe masura ce temperature piesei va scadea, ceea ce va conduce la variatia corespunzatoare a vitezei de racire de la suprafata piese (tabelul 3.1).

Coeficientul total de transmitere a caldurii, la racirea de la 11000 C in aer linistit si ventilat (valori orientative)

Temperatura suprafetei piesei, 0 C 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200

Kcal/m2hgrd Aer linistit 150 125 100 85 70 55 40 30 20 15

Aer ventilat 250 200 180 150 125 100 80 65 50 40

Racirea intr-un mediu lichid cu temperature coborata de vaporizare se face inpatru etape successive:

a) subracirea instantanee, ca urmare a consumarii unei mari cantitati de caldura pentru vaporizarea brusca a mediului;

b) calefactia, cu formarea unei “camasi” de vapori mai mult sau mai putin aderenta pe piesa;

c) fierberea cu bule-initial vehementa si, apoi, linistita;

d) convectia(sub0 temperatura de fierbere a mediului).

Neglijand prima etapa, de altfel foarte scurta, se constata ca in cursul calefactiei caldura se transmite prin radiatie si prin conductibilitate termica a vaporilor este foarte coborata, coeficientul total de transmitere a ca;ldurii este redus. In momentul “ruperii” peliculei de vapori, piesa vine in contact direct cu mediul lichid si provoaca vaporizarea exploziva a acestuia, preluarea caldurii de la piesa fiind mai energica si scazand pe masura ce suprafata piesei se apropie de temperature de fierbere a lichidului. In perioada racirii prin convectie, coeficientul de transmitere a caldurii scade accentuat.

In consecinta, coeficientul de transmitere a caldurii la racire in medii lichide variaza foarte mult si neuniform, trecand printr-un maxim in perioada de fierbere. Pentru mediile de calire uzuale (apa, ulei)in care piesele se racesc cu agitare medie(viteza relative de deplasare apiesei fata de mediu=15-20m/min) se pot folosi datele din tabelul 3.2.

Coeficientul de transmitere a caldurii in medii uzuale

Temperatura suprafetei piesei, 0 C 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Kcal/m2hgrd Apa rece 800 2000 12000 4000 2500 2000 1500 1000 700

Ulei la 500C 200 400 500 700 1000 1200 700 300 250

Capacitatea de racire a mediilor lichide este foarte mult influientata de gradul de agitare, deoarece prin cresterea acestuia se rupe mechanic camasa de vapori, reducandu-se etapa de calefactie, de gradul de impurificare cu substante solubile sau insolubile care micsoreaza aderenta vaporilor si de temperature mediului (in cazul apei si solutiilor apoase crestera temperaturii prelungeste perioada de calefactie pana aproape de punctul de fierbere si anuleaza perioada de fierbere vehementa, micsorand capacitatea de racire in intervalul 600-3000C, dar pastrand-o in intervalul 300-1000C; in cazul uleiului, incalzirea la 50-800C favorizeaza cresterea capacitatii de racire ca urmare a cresterii fluiditatii).

Un rol important il are si starea suprafetei piesei. Suprafetele netede favorizeaza desprinderea camasii de vapori de la calefactie, pe cand cele rugoase si, mai ales, neuniformitatile geometrice (intranduri, gauri) retin vapori si micsoreaza capacitatea de racire in domeniul temperaturilor ridicate. O masura utila in vederea reducerii calefactiei o constituie ungerea suprafetelor cu un film suptire de argila sau alta substanta cu conductivitate termica scazuta (cauciuc sintetic, ulei mineral vascos, sulfat de calciu), care reduce, de asemenea, stabilitatea peliculei de vapori la calefactie.

In mediile in care nu se vaporizeaza (bai de saruri, bai metalice) schimbul de caldura se face prin convectie si conductie. Si in acest caz ά variaza, dar in limite mai restranse si este influientat de gradul de agitare, de temperature baii si de continutul de apa (la saruri, marindu-le capacitatea de racire).

Capacitatea de racire fizico-chimica si relative. Dificultatile in determinarea directa a coeficientului de transmitere a caldurii ά, au condos la idea stabilirii unei scari relative a capacitatii de racire a diferitelor medii. Problema a fost rezolvata de Grossmann si colaboratorii sai prin determinarea capacitatii de racire fizico-chimice, bazata pe ipoteza - verificata experimental - ca adancimea de calire a otelurilor este functie de durata de racire de la temperature de austenitizare pana la atingerea temperaturii medii, intre aceea de austenitizare si aceea a mediului de racire. Admitand si alte ipoteze simplificatoare (respectarea legii lui Newton in intervalul considerat, constanta caracteristicilor termice ale piesei, constanta temperaturii mediului de racire), s-a introdus notiunea de intensitate de racire H= .