TIEMPO DE CALENTAMIENTO

(Tomado del libro Tratado de los metales de A.P. Guliayev, Ed. Metalurgia, Moscú, 1966)

El tiempo total de calentamiento TOT deح una pieza se compone del tiempo de

calentamiento hasta determinada temperatura حCAL y del tiempo de permanencia en este

nivel de temperatura حPER , o sea:

PER [ min ]ح + CALح = TOTح

El valor de حCAL depende de:

La capacidad de transferencia calórica del medio, Las dimensiones de la pieza La forma de la pieza, Su colocación dentro del horno

El valor de حPER depende de:

La velocidad de las transiciones de fases, misma que se determina por el grado de sobrecalentamiento por encima del punto crítico

Y la dispersión de la estructura inicial.

En la práctica, el valor de حPER puede asumirse :

PER = 1 min para los aceros al carbonoح

PER = 2 min para los aceros aleados (Ello se debe a que los carburos transitanحmás lentamente a solución dura)

Nota: - Cuando se tratan piezas de grandes dimensiones y el tiempo CALح es

muy elevado, o sea mayor de 1-2 min, el valor PER puedeح menospreciarse.

Cuando la pieza es pequeña (con diámetro o espesor inferior a 1 mm ),

la componente حCAL puede menospreciarse..

El calentamiento, generalmente, se realiza en un medio gaseoso (aire, combustibles), en baños de sales y de metales fundidos)

La relación entre estos medios de calentamiento se comporta como sigue:

b) Cilindro

Medio gaseoso = 2 Baños de sales = 1.0 Baños de metales fundidos = 0.5

Cuanto más voluminosa sea la pieza, mayor será el tiempo حCAL

De compararse los tiempos de calentamiento حCAL para un diámetro de esfera DEsf igual

al diámetro de un cilindro Dcil, igual al lado de un paralelepípedo aPar, igual al espesor de

una lámina sLam (véase figura 1), la relación del tiempo de calentamiento حCAL será:

Para la esfera : 1 Para el cilindro : 2 Para el paralelepípedo: 2.5 Para la lámina : 4

De considerar la influencia del sentido del calentamiento al comparar los tiempos de

permanencia para una misma pieza حPER la relación será:

Cuando el calor avanza desde todos sus lados : 1 Cuando el calor avanza desde tres direcciones: 1.5 Cuando el calor avanza solo desde una dirección: 4

a) Esfera c) Paralelepípedo

d) Lámina

Figura 1

Como se puede deducir, en la práctica el tiempo de calentamiento CAL puede fluctuarح desde 1-2 min (pequeñas piezas en baños de sales) hasta varias horas (para piezas voluminosas en hornos de cámara)

Lograr establecer el tiempo de calentamiento, sólo es posible determinarlo experimentalmente para los casos concretos de piezas en las condiciones concretas.

Sin embargo de manera aproximada el tiempo de calentamiento se puede determinar por varios métodos. Uno de ellos es el siguiente:

Donde:

D1 – Característica dimensional de la pieza, en mm. Menor dimensión de la máxima sección transversal (Es decir, se determina la mayor sección transversal y de ella se asumirá la menor de las dimensiones; para el caso de la lámina se considerará directamente el espesor)

K1 - Coeficiente que considera el medio de calentamiento:

gaseoso = 2,

sales = 1.0

metal fundido = 0.5

K2 - Coeficiente que considera la forma de la pieza:

Para la esfera = 1.0,

Para el cilindro = 2.0 , Para el paralelepípedo = 2.5 y

Para la lámina = 4.0

K3 - Coeficiente que considera la uniformidad del calentamiento:

Desde todas direcciones = 1.0,

Desde tres direcciones = 1.5 Desde una sola dirección = 4.0 )

CAL = 0.1D1 K1 K2 K3ح

EJEMPLO DE CÁLCULO

Determinar el tiempo de calentamiento de la pieza que aparece en el dibujo

I) DATOS DE ENTRADA:

Material de la pieza : Acero aleado

Medio de calentamiento: Horno de cámara

Uniformidad de calentamiento: Desde todas direcciones

Tratamientos térmicos: Temple a 800-900° C

II) PROCEDIMIENTO.

Del dibujo se aprecia que la mayor sección se corresponde a las dimensiones 30 x 40

mm, de aquí que la dimensión mínima de ésta sea D1 = 30 mm.

Para calcular el tiempo de calentamiento, se aplica la fórmula

CAL = 0.1D1 K1 K2 K3 = 0.1 x 30 x2 x 2.5 x 1 = 15 minح

El valor del tiempo de permanencia se asume حPER = 2 min

Por tanto el Tiempo total de calentamiento será:

PER = 15 min + 2 min = 17 minح + CALح = TOTح

Nota: Lo anteriormente planteado considera que el medio de calentamiento es lo suficientemente potente y la introducción de piezas frías no afectan sustancialmente el nivel de temperatura del espacio de trabajo