REZOLVĂRI. exercitată asupra unui al doilea punct material, prezenţa celui de-al doilea punct material condiţionează o forţă F

1 REZOLVĂRI Enunţurile şi formulele conexe, pentru cele mai importante 15 legi ale fizicii clasice, considerate obligatoriu de ştiut de către orice inginer. 1. Principiile mecanicii clasice a) Principiul inerţiei Un punct material îşi păstrează starea de repaus sau de mişcare rectilinie şi uniformă atâta timp cât asupra lui nu acţionează nicio forţă b) Principiul fundamental Dacă asupra unui punct material acţionează o forţă atunci acea forţă îi va imprima o acceleraţie care are aceeaşi direcţie şi acelaşi sens cu forţa iar mărimea acceleraţiei este egală cu raportul dintre mărimea F forţei şi masa acestuia: a = m c) Principiul acţiunii şi al reacţiunii Dacă prezenţa unui punct material condiţionează o forţă F 1 exercitată asupra unui al doilea punct material, prezenţa celui de-al doilea punct material condiţionează o forţă F 1 egală şi de sens contrar cu prima, exercitată simultan cu F 1 asupra primului punct material. F 1 = F1 d) Principiul independenţei acţiunii forţelor Dacă supra unui punct material acţionează simultan mai multe forţe atunci fiecare forţă va imprima punctului material propria acceleraţie independent de acţiunea celorlalte forţe iar punctul material va avea o acceleraţie egală cu suma vectorială a acceleraţiilor tuturor forţelor. e) Principiul determinismului Starea de mişcare a unui punct material este perfect determinată dacă se cunosc simultan poziţia şi impulsul acestuia. f) Principiul relativităţii din mecanica clasică Toate legile mecanicii sunt aceleaşi în orice sistem de referinţă inerţial (sistem aflat în repaus sau în mişcare rectilinie şi uniformă faţă de sistemul de referinţă considerat).. Legi de conservare în mecanică a) Legea conservării energiei Într-un sistem izolat de corpuri energia mecanică se poate transforma dintr-o formă în alta E E ), energia totală (adică suma energiilor cinetice şi potenţială) rămânând constantă. ( cinetică potentialã b) Legea conservării impulsului Impulsul unui sistem izolat, de puncte materiale se conservă: p = m v const. sistem i i = i c) Legea conservării momentului cinetic Momentul cinetic al unui sistem izolat de puncte materiale se conservă: L = r p = r m v = const sistem i i i i i. i i 3. Legea lui Arhimede Un corp scufundat într-un fluid de densitate ρ fluid aflat în repaus este acţionat pe verticală, de jos în sus, cu o forţă egală în modul cu greutatea volumului de fluid dezlocuit. F = G = ρ V g A fluid 4. Legea lui Bernoulli În tot timpul curgerii staţionare a unui fluid ideal şi incompresibil, suma dintre presiunea statică p, ρv dinamică şi de poziţie ρgz este constantă de-a lungul unei linii de curent de fluid. ρv p ρgz = const fluid fluid

5. Legea lui Poisseuille Pentru curgerea laminară a unui fluid vâscos (cu coeficientul de viscozitate dinamică η), printr-o conductă de rază R şi lungime L, sub acţiunea unei diferenţe de presiune p=p 1 -p debitul de volum este dat de relaţia: 4 dv πr ( p1 p ) Qv = = dt 8ηL 6. Legea lui Stokes Forţa de frecare ce se exercită asupra unei sfere din partea unui fluid vâscos (cu coeficient de viscozitate dinamică η) aflat în repaus este proporţională cu raza sferei r si cu viteza v cu care se deplasează sfera prin fluid, conform relaţiei: = 6πηrv F r 7. Legea lui Torricelli Viteza de curgere v c a unui lichid ne-vâscos printr-un orificiu aflat la distanţa h de suprafaţa liberă a unui lichid în repaus este: v c = gh 8. Legile transformărilor simple ale gazului ideal a) Legea transformării izobare Într-o transformare izobară (la presiune constantă) raportul dintre volumul gazului şi temperatura absolută V a acestuia este constant: = const. T b) Legea transformării izocore Într-o transformare izocoră (la volum constant) raportul dintre presiunea gazului şi temperatura p absolută a acestuia este constant: = const. T c) Legea transformării izoterme Într-o transformare izotermă (la temperatură constantă) produsul dintre presiunea şi volumul gazului este constant: pv = const. 9. Primul principiu al termodinamicii a) Este imposibil să se construiască un perpetuum mobile de specia I (adică o maşină termică ce ar funcţiona la nesfârşit fără să consume energie). b) Variaţia energiei interne a unui sistem termodinamic, într-o transformare, nu depinde de felul transformării şi de natura stărilor intermediare ci numai de starea iniţială şi finală a sistemului, respectiv de valorile energiei interne în aceste stări U iniţial şi U final. U = U final - U iniţial c) Variaţia energiei interne a unui sistem termodinamic este egală cu suma energiilor schimbate de sistemul termodinamic cu exteriorul. Prin convenţie e stabileşte că orice energie primită de sistemul termodinamic este pozitivă iar orice energie cedată de sistemul termodinamic este negativă. Atunci când sistemul termodinamic schimbă doar energie lucru mecanic şi căldură cu exteriorul expresia primului principiu al termodinamicii se scrie: du = δl δq 10. Principiul al doilea al termodinamicii a) Este imposibil să se construiască un perpetuum mobile de specia a II-a (adică o maşină termică ce să transforme integral cantitatea de căldură primită în lucru mecanic). b) Este imposibil procesul ce are ca unic rezultat transformarea în lucru mecanic a căldurii absorbite de la o sursă care se află la aceeaşi temperatură. c) Este imposibilă trecerea spontană ( de la sine ) a căldurii de la un corp cu o temperatură dată la un corp cu temperatură mai ridicată.

3 11. Principiul al treilea al termodinamicii Atunci când temperatura tinde spre zero absolut toate mărimile termodinamice tind spre o valoare constantă. Pentru sisteme termodinamice pure aflate în stare cristalină valoarea constantă spre care tind mărimile termodinamice este zero. 1. Legea lui Fick pentru difuzie dm dρ = D S dt x Masa de substanţă transferată prin suprafaţa S în unitatea de timp este proporţională cu gradientul de densitate. Întotdeauna transportul de masă se face în sensul diminuării neomogenităţilor de densitate, de la un strat mai dens la unul mai puţin dens. 13. Legea lui Fourier pentru conductibilitate termică dq dt = χ S dt dx Cantitatea de căldură transferată prin suprafaţa S în unitatea de timp este proporţională cu gradientul de temperatură. Întotdeauna transferul de căldură se face în sensul diminuării neomogenităţilor de temperatură, de la o zonă mai caldă la una mai rece. 14. Legea lui Newton pentru transferul de impuls dp dv F r = = Sη dt x Impulsul transferat prin suprafaţa S în unitatea de timp este proporţional cu gradientul de viteză. Întotdeauna transferul de impuls între pături de fluid aflate în mişcare relativă se face în sensul diminuării neomogenităţii de viteză, de la pătura de fluid cu viteză mai mare la cea cu viteză mai mică. 15. Legile electrolizei a) Masa de substanţă depusă sau dizolvată în timpul electrolizei este proporţională cu cantitatea de electricitate ce străbate electrolitul: m = k Q = k I t b) Echivalentul electrochimic k este proporţional cu echivalentul chimic A/v: 1 A k = F v în care F=96500 C/echiv. este numărul lui Faraday (constantă universală), A este masa unui atom gram iar v este valenţa. Definiţiile / enunţurile şi, unde este cazul, formulele conexe, pentru 15 concepte / teoreme matematice de uz practic în exercitarea profesiei de inginer în domeniul / specializarea în speţă 1. Funcţii omogene. Identitatea lui Euler. n 1 n O funcţie f ( x, x,, x ): D R R f se numeşte omogenă de gradul m dacă m ( tx,tx,,tx ) t f ( x,x,, ) =, t R. 1 n 1 xn Identitatea lui Euler: dacă ( x, y,z) şi reciproc. f este omogenă de gradul m, atunci are loc relaţia xf ' ' ' x yfy zfz = mf. Definiţia extremelor funcţiilor reale de două variabile reale. Fie f ( x, y) : D R R.

4 Un punct ( a,b) D se numeşte punct de minim local al funcţiei ( x, y) ( a,b) astfel încât pentru orice ( x, y) V D, are loc ( x, y) f ( a,b) f. Un punct ( a,b) D se numeşte punct de maxim local al funcţiei ( x, y) ( a,b) astfel încât pentru orice ( x, y) V D, are loc ( x, y) f ( a,b) 3. Formula lui Taylor pentru polinoame. Fie P(x) un polinom de gradul n f. n 0 a1x ax anx P(x) = a f dacă există o vecinătate V a lui f dacă există o vecinătate V a lui şi x 0 R un punct fix pe axă. Formula lui Taylor pentru polinoame calculează valoarea polinomului în vecinătatea punctului x 0 cu ajutorul valorii polinomului şi ale derivatelor sale în acest punct, în forma P 0 ' ( x) = P( x ) P ( x ) ( x x ) ( x x ) n x x 0 '' 0 n 0 0 P ( x 0 )... P x 0 1!! 4. Formula lui Green. Fie D un domeniu plan închis mărginit de o curbă închisă netedă (C) astfel încât o paralelă la oricare din axe intersectează conturul (C) numai în două puncte. Dacă P ( x, y ) şi ( x, y ) n! ( ) Q sunt funcţii continue cu derivatele parţiale P y şi Q x continue în D, atunci are loc formula lui Green Q P P ( x, y) dx Q( x, y) dx dy. x y D dy = C 5. Ecuaţia diferentială liniară omogenă de ordinul I. Forma generală a soluţiei. dy O ecuaţie diferenţială de forma P( x) y = 0, unde P(x) este o funcţie continuă pe intervalul I dx R, se numeşte ecuaţie diferenţială liniară de ordinul întâi omogenă. Soluţia generală a acestei ecuaţii se obţine prin separarea variabilelor ( x ) = P dx y C e. dy y = P(x) dx, de unde, prin integrare, rezultă soluţia generală 6. Ecuaţii diferenţiale de ordinul, liniare, omogene, cu coeficienţi constanti. Forma generală a soluţiilor în funcţie de natura rădăcinilor. y a y a y = 0 a 0. Vom căuta soluţii de forma y = e rx, unde r Fie ecuaţia diferenţială ( ) a 0 1 0 este o constantă ce se va determina. După înlocuire rezultă ecuaţia caracteristică ataşată ecuaţiei diferenţiale. a 0 r a 1 r a = 0, numită ecuaţia Cazul 1. > 0. Ecuaţia caracteristică admite rădăcini reale şi distincte. Fie r 1 şi r aceste rădăcini. Acestor valori le corespund soluţiile particulare y = e =, care formează un sistem 1 r1 x rx, y e r1 x e = r1 r e fundamental de soluţii deoarece ( ) ( ) ( r W y, y r r e ) 1 r x 0 1 1 x e r e rx rx = 1. În acest caz integrala generală este y = C e. 1 r1 x rx 1 Ce

5 Cazul. = 0. Ecuaţia caracteristică admite rădăcina dublă r 0. Avem ϕ ( r) ( r) = a r a 0. = a 0 r0 a1r0 a = 0, ϕ 0 0 1 = Operând în ecuaţia diferenţială schimbarea de funcţie x y = e r 0 z, rezultă că y e = 1 r0x = şi deci y ( C x C ) e r0x r0x, y x e = este soluţia generală a ecuaţiei. Cazul 3. < 0. Ecuaţia caracteristică admite rădăcinile complexe r 1 = α iβ, r = α - iβ, (β 0) 1 deci y ( α iβ) x ( α iβ)x 1 e, y = e =, care, deoarece W(Y 1,Y ) = β e αx 0, conduc la soluţia generală Y = e αx (C 1 cos βx C sin βx). 7. Definitia transformatei Laplace. Integrarea ecuaţiilor diferenţiale liniare cu coeficienţi constanţi, de ordinul, cu ajutorul transformatei Laplace. Fie funcţia reală de argument real f(x), nulă pentru x<0 (numită funcţie original). Definim transformata Laplace a funcţiei f(x), prin expresia st st F (s) = e f (t)dt (sau F(s) e 0 = f (t) dt ) Funcţia F(s) se numeşte funcţie imagine. Ecuaţiile diferenţiale liniare cu coeficienţi constanţi, de ordinul doi sunt de forma d i di a1 a i = b e(t), dt dt a 0 unde i = i(t) este funcţia necunoscută (mărimea de ieşire), a 0,a1,a, b R, e (t) este mărimea de intrare cunoscută aplicată la t = 0 (mai exact pentru 0). Ecuaţiei date îi ataşăm condiţiile la limită nule (valori iniţiale) i(0) = 0 i' (0) = 0 Aplicând ecuaţiei date transformarea Laplace, ea devine ( a s a1 s a 0 ) I(s) = b E(s), b de unde I(s) = E(s) a s a s a în final rezultând i(t). 1 0 8. Expresiile produsului scalar, produsului vectorial şi produsului mixt. Se consideră vectorii a = a i a j a k, b = b i b j b k si c = c i c j c k. x Se numeşte produs scalar al vectorilor a şi b scalarul a b = a b a b a b y z Se numeşte produs vectorial al vectorilor a şi b (în această ordine) vectorul i j k a y a z a x a z a x a a b = a x a y az = i j k by bz bx bz bx b b b b Se numeşte produs mixt al vectorilor a, b şi c scalarul x y z x x x y y y z z z x y y y z

6 [ a, b, c] = a ( b c) = a x bx cx a y by cy a z bz cz 9. Formula gradientului. 3 Fie D un domeniu din R raportat la un sistem cartezian ortogonal Oxyz. Se numeşte gradient al câmpului scalar ϕ ( x y, z) : D R unde grad ( ϕ) este operatorul lui Hamilton (operatorul nabla).,, câmpul vectorial ϕ ϕ ϕ = ϕ = i j k, x y z = i j k x y z 10. Formula divergenţei. 3 Fie D un domeniu din R raportat la un sistem cartezian ortogonal Oxyz. Se numeşte divergenţă a câmpului vectorial ( x, y, z) = V ( x, y, z) i V ( x, y, z) j V ( x, y, z) k, diferenţiabil în domeniul D, câmpul scalar ( V) 11. Formula rotorului. Fie D un domeniu din Se numeşte rotor al câmpului vectorial i j vectorial rot ( V) = V = x y V V V 1 3 V1 V V3 div = V = x y z 3 R raportat la un sistem cartezian ortogonal Oxyz. 1 V(x, y, z) = V 1(x, y, z)i V (x, y, z) j V 3(x, y, z) k, câmpul k = i y z j x z k x y z V V V3 1 V3 V1 V V 3 1. Funcţii trigonometrice (circulare si hiperbolice). Definiţii, grafice si relaţii fundamentale. Se consideră cercul de centru O şi rază OM = 1 pe care convenim să fixă un sens pozitiv de parcurgere invers mişcării acelor de ceas (numit cerc trigonometric). Axele de coordonate xoy determină o împărţire a cercului trigonometric în patru regiuni numite cadrane. Cercul trigonometric Se notează cu OA = proxom şi cu OB = proyom proiecţiile segmentului OM pe axele de coordonate. Dacă se notează cu α unghiul format de OM cu axa Ox, atunci în triunghiul dreptunghic AOM avem

7 AM OA sin α 1 cosα sin α = = OB ; cos α = = OA ; tg α = ; ctg α = = OM OM cos α tgα sin α Remarcăm că funcţiile sin şi cos sunt periodice şi au perioada principală egală cu π. Prin urmare pentru orice număr întreg k avem sin( α kπ) = sin α ; cos( α kπ) = cos α Valorile importante relative la primul cadran ale funcţiilor sin şi cos sunt prezentate în tabelul următor: grade 0 0 30 0 45 0 60 0 90 0 radiani π π π π 0 6 4 3 sin α 0 1 3 1 cos α 1 3 1 0 Graficele funcţiilor sin şi cos sunt prezentate în figurile de mai jos: 1 1 sin( x) 0 cos( x) 0 1 0 4 6 1 0 4 6 x x Formule fundamentale: cos α sin α = 1 sin( α β) = sin α cosβ cos α sin β cos( α β) = cos α cosβ sin αsin β Se numeşte funcţie sinus hiperbolic funcţia sh : R (, ), x x e e shx =. Graficul funcţiei sh este prezentat în figura de mai jos 000 1000 sinh( x) 0 1000 000 10 5 0 5 10 x Se numeşte funcţie cosinus hiperbolic funcţia ch : R [1, ), x x e e chx =. Graficul funcţiei ch este prezentat în figura de mai jos.

8 15 11.5 cosh( x) 7.5 3.75 0 4 0 4 x Funcţia ch se mai numeşte şi curba lănţişor deoarece dă poziţia de echilibru a unui fir omogen, flexibil, inextensibil, supus la acţiunea gravitaţiei şi ale cărui capete sunt fixate. 13. Coordonate polare în plan. Reprezentarea unui punct din plan în coordonate polare. Fie un punct oarecare P din plan având coordonatele carteziene (x,y). Notăm cu θ unghiul format de Ox şi OP. Din triunghiul dreptunghic OPQ rezultă: x = ρcos θ y = ρsin θ ρθ se numesc coordonate polare ale punctului P. (, ) Dacă se cunosc x şi y, atunci ρ şi θ se calculează după formulele: ρ = x y ρ = x y y sau tgθ = y θ = Arctg x x La determinarea lui θ se ţine cont în ce cadran este situat punctul P. 0, θ 0, π. Domeniile de variaţie ale coordonatelor polare sunt ρ [ ) şi [ ] OP = ρ raza vectoare şi 14. Coordonate cilindrice. Considerăm un sistem cartezian Oxyz şi un punct P din spaţiu de coordonate ( xyz.,, ) Distanţa PQ = h, Q fiind proiecţia punctului P pe planul xoy, o numim cota punctului P. Avem relaţiile: x = ρcosθ y = ρsinθ z = h ρθ h se numesc coordonate cilindrice ale punctului P. (,, )

9 Reprezentarea unui punct din plan în coordonate cilindrice. Domeniile de variaţie ale coordonatelor cilindrice sunt ρ [ 0, ), θ [ 0, π], (, ) 15. Coordonate sferice. Considerăm în spaţiu un sistem cartezian Oxyz şi un punct P de coordonate (,, ) Q fiind proiecţia punctului P pe planul xoy introducem notaţiile: ρ = OP, θ = OP, OQ, ϕ = Ox, OQ Deoarece OQ = ρcosθ rezultă: ( ) ( ) x = ρcosθcos ϕ, y = ρcosθsin ϕ, z = ρsin θ. ( ρθϕ,, ) se numesc coordonate sferice ale punctului P. h. xyz. Reprezentarea unui punct din plan în coordonate sferice. Dacă sunt date x, y, z atunci ρ, θ, ϕ se determină astfel: ρ = x y z, y ϕ = Arctg, x z θ = Arcsin. ρ La determinarea valorilor lui ϕ şi θ se ţine cont de poziţia punctului P în spaţiu. Domeniile de variaţie ale coordonatelor sferice sunt : π π ρ [ 0, ), θ, ϕ 0, π., [ ]

10 Unităţile de măsură în S.I., cu multiplii şi submultiplii lor, pentru cele mai importante 15 mărimi fizice. 1 Lungime metru m Lungimea egală cu 1.650.763,73 lungimi de undă în vid ale radiaţiei care corespunde tranziţiei între nivelele energetice p 10 şi 5d 5 ale atomului de kripton 36 Masa kilogram kg Masa kilogramului prototip internaţional adoptat ca unitate de măsură a masei la Conferinţa Generală de Măsuri şi Greutăţi din 1899 3 Timp secunda s Durata a 9.19.631.770 perioade ale radiaţiei care corespunde tranziţiei între cele două nivele energetice hiperfine ale stării fundamentale a atomului de cesiu 113 4 Intensitate curent electric 5 Temperatura termodinamică 6 Cantitatea de substanţă 7 Intensitatea luminoasă amper A Intensitatea curentului electric constant, care menţinut în două conductoare paralele, rectilinii, de lungime infinită şi de secţiune circulară neglijabilă, aşezate în vid, la distanţa de 1m unul de altul, ar produce între acestea, pe lungimea de 1 metru, o forţă egală cu.10-7 N kelvin K Fracţiunea 1/73,16 din temperatura termodinamică a punctului triplu al apei mol mol Cantitatea de substanţă a unui sistem care conţine un număr de unităţi elementare (atomi, molecule, ioni etc.) egal cu numărul atomilor existenţi în0,01 kilograme de carbon 1 candela cd Intensitatea luminoasă, în direcţia normalei, a unei suprafeţe cu aria de 1/600.000 metri pătraţi, a unui corp negru la temperatura de solidificare a platinei, la presiunea de 101.35 newtoni pe metru pătrat Nr. Mărime crt. 1 Unghiul plan Unghiul solid Unităţi SI suplimentare Unitatea SI denumire simbol definiţie radian rad Unghiul plan cu vârful în centrul unui cerc, care delimitează pe circumferinţa cercului un arc, a cărui lungime este egală cu raza cercului steradian sr Unghiul solid cu vârful în centrul unei sfere, care delimitează pe suprafaţa sferei o arie egală cu aria unui pătrat, a cărui latură este egală cu raza sferei Câteva principale unităţi de măsură derivate ale SI Nr. crt. Mărime Unitatea SI denumire simbol 8 Frecvenţă Hertz Hz=s -1 9 Viteză metru pe secundă m/s 10 Acceleraţie metru pe secundă la pătrat m/s 11 Forţă Newton N 1 Vâscozitate dinamică Pascal ori secundă Pa.s 13 Vâscozitate cinematică metru pătrat pe secundă m /s 14 Lucru mecanic, energie, cantitate de căldură Joule J 15 Putere Watt W Multiplii şi submultiplii unităţilor de măsură în SI MULTIPLII Factor de multiplicare 10 18 10 15 10 1 10 9 10 6 10 3 10 10 1 denumire exa peta tera giga mega kilo hecto deca Prefix simbol E P T G M k h da

11 SUBMULTIPLII Factor de multiplicare 10-18 10-15 10-1 10-9 10-6 10-3 10-10 -1 denumire atto femto pico nano micro mili centi deci Prefix simbol a f p n µ m c d Definiţiile / enunţurile / paşii şi, unde este cazul, formulele conexe, pentru un total de 10 concepte / teoreme / metode / algoritmi de uz practic în exercitarea profesiei de inginer în domeniul / specializarea în speţă, din 1 discipline de studiu, considerate de cea mai mare utilitate inginerească - altele decât cele de matematică şi fizică -, câte minimum 5 şi maximum 15 per disciplină. 1. Pulberi metalice, materiale compozite, materiale speciale 1. Materiale compozite. Materiale componente. Domenii de utilizare.. Enumeraţi modalităţile de obţinere a materialelor compozite. Prezentaţi 1 dintre acestea. 3. Pulberi metalice. Mod de obţinere. 4. Procedee de obţinere a pieselor din pulberi metalice. 5. Materiale ceramice. Tipuri de materiale ceramice tehnice. Domenii de utilizare. 6. Materiale ceramice. Tehnologii de obţinere a materialelor ceramice. 7. Sticle metalice. Aliaje care formează sticle metalice. Metalizarea. 8. Materiale polimerice. Clasificarea polimerilor. Elastomeri şi mase plastice. (Plastomeri). 9. Materiale polimerice. Procedee de fabricare a materialelor plastice 10. Materiale polimerice. Materiale plastice armate. 1. Materiale compozite. Materiale componente. Domenii de utilizare. Materialele compozite sunt amestecuri de două sau mai multe componente, ale căror proprietăţi se completează reciproc, rezultând un material cu proprietăţi superioare celor specifice fiecărui component în parte. Din punct de vedere tehnic, noţiunea de materiale compozite se referă la materialele care posedă următoarele proprietăţi: - sunt create artificial, prin combinarea voită, raţională, a diferitelor componente; - reprezintă o combinare a cel puţin două materiale deosebite din punct de vedere chimic, între care există o suprafaţă de separaţie distinctă; - prezintă proprietăţi pe care nici un component luat separat nu le poate avea. Materialele compozite sunt compuse dintr-o matrice de bază şi o fază complementară (de ramforsare) putând fi: - compozite de tip lichid solid (suspensii, barbotine); - compozite de tip lichid-lichid (emulsii); - compozite de tip gaz solid (structuri fagure); - compozite de tip solid solid (metal-particule ceramice, metal fibre metalice, etc). După natura matricei: - compozite cu matrice metalică (Al, Cu, Ni, Mg, superaliaje, aliaje de Al, Cu); - compozite cu matrice organică (polimeri); - compozite cu matrice din carbon; - compozite cu matrice ceramică (carbură de siliciu, nitrură de siliciu); După configuraţia geometrică a materialului complementar: - compozite cu fibre discontinue (fibre scurte, mono sau multifilamente); - compozite cu fibre continue; - compozite cu particule mari, având dimensiuni mai mari de 1μm şi diferite forme: sferică, plată, elipsoidală, neregulată; - compozite cu microparticule (la care materialul dispers reprezintă 1...15 %, iar diametrul mediu al particulelor nu depăşeşte de regulă 0,1μm); - compozite lamelare stratificate. Din punct de vedere al domeniilor de utilizare, se constată o creştere a industriilor care înlocuiesc treptat materiale deficitare, greoaie şi mai puţin fiabile cu materiale compozite proiectate conform cerinţelor specifice. Astfel, dintre industriile care utilizează în proporţie mare materiale compozite se evidenţiază industria aeronautică şi spaţială, industria constructoare de autovehicule, industria navală,

1 industria electrotehnică şi electronică, în domeniul medical, a materialelor de construcţii, în domeniul casnic.. Enumeraţi modalităţile de obţinere a materialelor compozite. Prezentaţi 1 dintre acestea. Metodele folosite pentru introducerea materialului complementar în matricea lichidă sau semisolida au la bază utilizarea unor forţe externe şi urmăresc două scopuri: - înglobarea fazei secundare în metalul sau aliajul de bază prin învingerea forţelor de tensiune superficială, de vâscozitate şi a forţei arhimedice, care reprezintă o barieră în calea desfăşurării acestui proces; - realizarea unui amestec, de regulă cât mai uniform, între componente. Principalele tehnici de producere a amestecului constau în: - introducerea materialului complementar într-o topitură sau într-un aliaj parţial solidificat, prin agitare mecanică; - injectarea materialului solid pulverulent cu ajutorul unui gaz purtător inert; introducerea particulelor în jetul de aliaj la turnarea acestuia în formă; - înglobarea materialului pulverulent, sub formă de pelete sau brichete de dimensiuni mici, într-o baie, metalică, agitată apoi prin amestecare manuală sau mecanică în scopul redispersării particulelor; adăugarea fazei secundare în aliajul lichid şi dispersarea acesteia cu ajutorul ultrasunetelor; - introducerea materialului complementar într-o baie metalică agitată electromagnetic; - dispersarea cu ultrasunete sau centrifugală a componentei solide în topitură; - producerea materialului dispersat în matrice, pe cale chimică. Varianta cea mai simplă (fig.) constă în adăugarea fazei secundare în zona de vârtej creată în topitură prin agitarea mecanică a acesteia cu ajutorul unui ax cu palete (procedeul VORTEX). Instalaţie tip VORTEX pentru agitarea mecanică a topiturii: 1-creuzet; -palete; 3-cuptor; 4-ax-; 5-motor electric; 5-lagăre; 7 cadru de sprijin. 3. Pulberi metalice. Mod de obţinere. Pulberile (metalice şi, uneori, nemetalice) utilizate în metalurgia pulberilor sunt materiale formate din granule (particule) de metale pure, aliaje sau compuşi chimici (intermetalici, oxizi metalici, sulfuri etc.) cu dimensiunile cuprinse între 0,1 µm şi 1 mm. La fabricarea produselor prin metoda agregării pulberilor, materiile prime sub formă de pulberi (de diverse sortimente compoziţionale şi/sau granulometrice) sunt amestecate în proporţiile necesare produselor care trebuie realizate, amestecul de pulberi este adus apoi la forma dorită (corespunzătoare produselor), cu sau fără presare, iar comprimatele de pulberi astfel obţinute se supun unui tratament termic, numit sinterizare, care conferă produselor compactitatea şi caracteristicile de utilizare dictate de aplicaţia căreia sunt destinate produsele. Metodele de obţinere a pulberilor sunt foarte diverse, dar alegerea concretă a unei anumite metode depinde de o serie de factori, ca de exemplu: - tipul materiei prime utilizate (minereu, oxizi, soluţii de săruri etc.); - proprietăţile vizate (mărimea, forma particulei, densitatea, porozitatea, compoziţia chimică, comportarea la comprimare şi sinterizare); - preţul de cost al produsului finit. După prezenţa sau absenţa în timpul operaţiei de obţinere a pulberilor a modificării stării de agregare şi respectiv a compoziţiei chimice a materiilor prime utilizate pot fi diferenţiate următoarele grupe de metode:

13 1. Metode mecanice. În categoria metodelor mecanice de obţinere a pulberilor pot fi incluse procedeele prin a căror utilizare materia primă se divizează până la stadiul de pulbere, fără a-şi modifica starea de agregare şi compoziţia chimică. Ex. prelucrarea prin aşchiere şi măcinarea în mori cu bile, ciocane, mori vibratoare sau mori cu vârtejuri.. Metodele fizico- mecanice de obţinere a pulberilor implică modificarea stării de agregare a materiei prime utilizate în vederea obţinerii pulberii. Fluxul tehnologic general de fabricaţie al pulberii conţine o etapă obligatorie de topire a materiei prime şi ulterioara fragmentare a vânei de topitură, prin impactul acesteia cu medii condensate (apă sau gaze), aflate la presiune ridicată sau pe cale mecanică, utilizând discuri rotitoare, plăci vibratoare, ultrasunete etc. Compoziţia chimică a pulberii rezultate după solidificarea în aceste condiţii rămâne identică cu cea corespunzătoare materiei prime iniţiale. 3. Metode chimice. Utilizarea metodelor chimice pentru obţinerea pulberilor implică modificarea compoziţiei chimice a materiei prime. Pulberea se obţine ca urmare a desfăşurării unor procese chimice, ca de exemplu: reducerea oxizilor metalelor pure, compuşilor acestora, decarburarea etc.. 4. Metode fizico- chimice. Concomitent cu reacţiile chimice au loc şi diverse procese fizice. Ex. obţinerea pulberilor prin electroliza soluţiilor apoase şi a topiturilor, prin disocierea termică a carbonililor, coroziune intercristalină etc.. 4. Procedee de obţinere a pieselor din pulberi metalice. Amestecul de pulberi, corect dozat din punct de vedere al naturii şi granulaţiei particulelor şi omogenizat, este transformat prin presare într-un comprimat având forma viitoarei piese. Presarea se execută, de obicei, în matriţe prin diferite procedee tehnologice, scopul operaţiei fiind cel de obţinere a unui semifabricat cu formă şi dimensiuni stabile, precum şi rezistenţa mecanică suficientă, necesară manipulărilor ulterioare. Introducerea în amestecul iniţial de pulberi a lianţilor (răşini, ceara, parafină) sau a lubrifianţilor (uleiuri, glicerina, acid stearic sau stearaţi, eter, benzen, alcool, apa distilată) micşorează frecările între particulele de pulbere şi favorizează o presare uniformă. Cele mai utilizate procedee de obţinere a pieselor prin metalurgia pulberilor sunt: - comprimarea la cald - la temperaturi superioare temperaturii de recristalizare a componentului de bază, frecvent la (0,5-0,9) din temperatura absolută de topire a acestuia; - comprimarea izostatică metodă la care pulberea aflată într-o membrană elastică (de exemplu, din cauciuc, în cazul comprimării izostatice la cald) este comprimată prin transfer uniform de efort pe întreaga suprafaţă laterală a membranei, prin intermediul lichidelor sau al gazelor; - laminarea - proces de comprimare continuă, prin trecerea pulberii printre valţuri; - extrudarea - pulberile amestecate cu lianţi de presare sau plastifianţi (parafină, amidon etc., în proporţie de 6-10%), comprimate eventual în prealabil, în vederea obţinerii unor semifabricate şi ulterior sinterizare, se supun extrudării, obţinându-se în acest fel bare, ţevi sau alte semifabricate cu forme foarte variate; - comprimare ultrarapidă - utilizează valori ridicate ale vitezei de aplicare a efortului: peste 5-10 m/s. Avantajele metodei sunt: posibilitatea realizării unor presiuni foarte mari; posibilitatea realizării unor valori maxime ale densităţii, apropiate de cele ale materialelor compacte; reducerea considerabilă a stricţiunii în timpul sinterizării, determinată de densitatea foarte ridicată a comprimatului; reducerea considerabilă a numărului operaţiilor ulterioare; posibilitatea obţinerii unor produse stratificate, formate din materiale diferite etc. Acestea pot fi: prin explozie; electro-hidraulică; electro-magnetică; pneumatico - mecanică. - formarea prin injecţie - procedeu neconvenţional de formare în metalurgia pulberilor, care se bazează pe deformarea plastică a unor amestecuri de pulberi aduse în stare plastică prin adaosuri de lianţiplastifianţi specifici, în majoritatea cazurilor de compoziţie complexă, în proporţie mai mare faţă de cea reclamată de operaţia de presare, de obicei între 6-0%. - formarea prin turnare în forme de ipsos - constă din turnarea unei suspensii de pulbere metalică (barbotină sau şlicher) într-o formă cu pereţi poroşi, executată dintr-un material care absoarbe bine lichidul suspensiei. - formarea fără tasare a pieselor poroase obţinute din pulberi presărate - metoda este utilizată pentru obţinerea produselor de mare porozitate: filtre. Pe o tablă plană de oţel refractar, cu suprafaţa vopsită pentru realizarea unui film care să împiedice sinterizarea semifabricatului de această placă suport, se pregăteşte prin presărare şi nivelare atentă un strat de o grosime convenabilă din amestecul de pulberi metalice. Plăcile suport astfel acoperite se stivuiesc şi apoi pachetele se introduc în cuptorul de sinterizare, după care, plăcile astfel obţinute se pot desprinde uşor de pe plăcile de suport.

14 - formarea (compactizarea) prin vibrare se realizează în scopul obţinerii unei mase de pulberi cu densitate mare, fie pentru sinterizare directă în această stare, fie pentru utilizarea acesteia întrun alt proces de compactizarea ulterioară (presare la cald, izostatică, prin extrudare), obţinerea unei distribuţii mai uniforme a densităţii în piesele sinterizate de forme geometrice mai complicate. 5. Materiale ceramice. Tipuri de materiale ceramice tehnice. Domenii de utilizare. MATERIALELE CERAMICE, din punct de vedere constitutiv şi structural, sunt roci sintetice rezultate prin arderea la temperaturi ridicate a unei paste care posedă plasticitate, în prealabil fasonată şi uscată, constituită dintr-un amestec de silicaţi sau oxizi, de origine naturală sau artificială, care suferă o serie de transformări chimice şi structurale însoţite de variaţia volumului. CERAMICELE (MATERIALE CERAMICE) sunt materiale metalice-anorganici compuşi formaţi dintr-un metal (Al, Mg, Na, Ti, W) sau element semi-metalic (Si, B) şi un nemetal (O, N, C). Ceramica poate avea fie o structură cristalină sau amorfă. Ceramicele care lucrează la temperaturi înalte sunt numite MATERIALE CERAMICE REFRACTARE (unele boruri, carburi şi nitruri, având temperatura de topire de peste 3040ºC, sunt folosite în aplicaţii temperatură înaltă, de până la 1800...3000ºC). Materialele ceramice se definesc ca fiind materiale nemetalice, de natura anorganică, greu solubile în apă, obţinute pe cale naturală sau artificial la temperaturi şi presiuni ridicate. În general, materialele ceramice sunt amorfe, însă circa 30% din totalul acestora au structură cristalină. După domeniul de utilizare, materialele ceramice pot fi grupate în: CERAMICE DE UZ CASNIC (oale, vase, tuburi, rezervoare, conducte, robinete); CERAMICE PENTRU CONSTRUCŢII (cărămizi, ţiglă, faianţă, oale, conducte); CERAMICE TEHNICE pentru filiere de trefilat, inele de etanşare, rotoare de turbină, rulmenţi cu bile, pistoane, cilindri de piston, galerii de evacuare a gazelor fierbinţi, racorduri, recipiente şi agitatoare chimice, carcase pentru utilaje energetice şi termonucleare, duze pentru turboreactoare. O caracteristică importantă a materialelor ceramice este porozitatea, care este funcţie de materia primă folosită şi temperatura de ardere. În funcţie de porozitatea lor, materialele ceramice se pot clasifica în: MATERIALE CERAMICE POROASE (prezintă o capacitate mare de absorbţie a apei), porozitatea acestora fiind de până la 8%, majoritatea porilor materiei prime plastice rămânând deschişi în timpul arderii; MATERIALE CERAMICE SEMIVITRIFICATE SAU CLINCHERIZATE, cu o porozitate de % - 8%, porii materiei prime plastice închizându-se parţial; MATERIALE VITRIFICATE (capacitatea de absorbţie a apei este practic nulă), având porozitatea sub %, majoritatea porilor materiei prime plastice închizându-se în timpul arderii. Clasificarea materialelor ceramice prin aplicarea sistemului de compoziţie, împarte materialele ceramice în categoriile: SILICAŢI CERAMICI OXIZI CERAMICI NON-OXIZI CERAMICI MATERIALELE DE CERAMICĂ BRUTĂ se obţin din argile comune sau refractare, silice sau alţi silicaţi. După ardere, ciobul prezintă textură grosieră, zgrunţuroasă şi este colorat diferit în funcţie de impurităţi, mai ales de oxizii de fier. Aceste materiale sunt masive, neglazurate şi se folosesc pentru construcţia de zidării şi învelitori sau pentru construcţia cuptoarelor şi instalaţiilor termice industriale. MATERIALELE DE CERAMICĂ FINĂ se obţin din materii prime argiloase curate, spălate şi fin măcinate, în special caolinuri şi alţi silicaţi sau oxizi metalici. Prezintă o finisare mai îngrijită a suprafeţelor, iar după ardere, ciobul posedă o textură fină, omogenă şi este alb. În majoritatea cazurilor sunt glazurate. Dintre ele, cele mai importante sunt faianţele, gresiile şi porţelanurile, din care se fabrică obiecte de larg consum, de artă, produse tehnice şi materiale de construcţii. DOMENII DE UTILIZARE. Datorită proprietăţilor mecanice şi fizice deosebite pe care le au materialele ceramice, acestea au o largă utilizare, după cum urmează: în industria de construcţii civile materiale în construcţia de maşini în construcţia de automobile în domeniul tehnicii reactive şi a navelor spaţiale Pentru comercializarea cu succes a compozitelor ceramice, metodele de fabricaţie şi de sinteză trebuie sa fie, în primul rând, economice. Costurile continuă să fie esenţiale în comercializarea compozitelor cu matrice ceramică, în aplicaţiile descrise anterior.

15 6. Materiale ceramice. Tehnologii de obţinere a materialelor ceramice. Stabilirea formei constructive a produselor din ceramică trebuie făcută în strânsă corelaţie cu rolul său funcţional, modul de solicitare şi condiţiile de lucru şi cu natura materialului, respectiv, procedeul de obţinere şi de prelucrări ulterioare a produsului semifabricat. Spre deosebire de piesele realizate din fonte sau oţeluri, în cazul prelucrării produselor din materiale ceramice trebuie să se aibă în vedre ca: materiale ceramice sunt casante şi predispuse la ruperi fragile sub acţiunea solicitărilor mecanice prin şoc; sunt caracterizate prin valori reduse ale rezistenţei la încovoiere, în raport cu cele de compresiune; dispersia caracteristicilor la solicitări mecanice depinde în mod direct de particularităţile materialului ceramic, felul procedeului şi a tehnologiei de obţinere, precum şi de compoziţia iniţială a materialului de bază. Procedeele de obţinere a produselor din ceramică, în raport cu domeniul de utilizare, sunt: FORMAREA MANUALĂ prezintă un interes scăzut pentru scopuri tehnice în raport cu celelalte metode de formare a produselor din ceramică; FORMAREA PRIN RULARE a produselor din ceramică este folosită pe scară largă la fabricarea obiectelor geometrice cu ajutorul unei generatoare sau directoare. Procedeul permite realizarea unor produse de tip farfurie, oală, castron şi este specific industriei porţelanului si olăritului. Etapele procedeului de prelucrare constau în prepararea amestecului, dozarea şi plastifierea acestuia, modelarea cu ajutorul unui şablon cu configuraţie negativă geometriei produsului de executat şi tratarea termică (arderea); FORMAREA PRIN LAMINARE se foloseşte în cazul fabricării profilelor, tablelor, barelor, plăcilor din ceramică, folosindu-se în acest scop instalaţii specifice de dozare, amestecare, laminare şi tratare termică a produselor laminate; FORMAREA PRIN PRESARE DIRECTĂ UMEDĂ (crudă ori verde) se caracterizează prin faptul că amestecul ceramic de formare conţine 8 1% apă. Dacă însă amestecul respectiv conţine mai puţin de 8% apă (umiditate), presarea este directă USCATĂ. Prin formarea directă umedă sau uscată pot fi realizate produse cu configuraţii complicate şi precise dimensional şi cu forme geometrice variate. FORMAREA PRIN EXTRUDARE se realizează cu ajutorul unor instalaţii specifice de extrudat în care se produce dozarea amestecului ceramic, plastifierea şi refularea lui prin filiera de extrudat, după cum urmează aplicarea tratamentului termic prescris. Procedeul permite obţinerea de profile cu secţiune plină sau cu pereţi cu grosimi diferite şi o gamă largă de configuraţii cerute de domeniile de utilizare; FORMAREA PRIN PRESARE IZOSTATICĂ este folosită cu rezultate deosebite în cazul fabricării produselor de forma bucşelor cu pereţi subţiri sau cu cavităţi cu configuraţie complicată care nu pot fi realizate prin presare directă, extrudare sau alte procedee. FORMAREA PRIN PRESARE LA CALD a produselor din materiale ceramice se bazează pe fenomenele combinate ale procesului de formare prin sinterizare şi presare. FORMAREA PRIN TURNARE ÎN STARE SEMIFLUIDĂ (păstoasă) este folosită în cazul materialelor ceramice sub formă de noroi (suspensie de granule ceramice într-un procent de 30...35% H O). În acest caz, produsele ceramice se realizează prin turnare în forme de ghips. Procesul de formare se bazează pe fenomenul de absorbţie a apei de către forma din ghips şi depunerea granulelor ceramice împreună cu liantul de legătură pe pereţii calităţii formei. Forma din ghips poate fi reutilizată dacă, după un ciclu de formare, este manevrată cu atenţie şi uscată în mod corespunzător. FORMAREA PRIN TURNARE CONTINUĂ este folosită în cazul fabricării produselor ceramice sub formă de plăci, table, foi si/sau profile. Procedeul constă în topirea amestecului ceramic într-un cuptor în care temperatura capătă valori între 000 800 0 C. După ce amestecul de ceramică dozat în mod corespunzător se topeşte, topitura respectivă este trecută prin instalaţia de formare continuă, în care se produce formarea, solidificarea sau răcirea debitarea la lungime a produsului ceramic şi îndepărtarea acestuia din zona de formare. Întregul proces de formare se desfăşoară în ciclu automat, ceea ce face ca productivitatea să fie ridicată iar costul de fabricaţie scăzut; FORMAREA PRIN INJECŢIE ÎN MATRIŢĂ este folosită la scară industrială în cazul fabricării produselor din materiale ceramice fine, cu dimensiuni reduse şi configuraţii complicate. În acest caz, amestecul de formare este constituit din pulbere ceramică şi un conţinut de până la 0% liant organic (termo sau duroplastic. În scopul evitării obţinerii unor produse cu defecte (zgârieturi, fisuri, ciobituri), materialul plastic care îndeplineşte rolul de liant de legătură, după injectare în cavitatea matriţei va fi supus unei încălziri la temperaturi mari, încălzirea realizându-se cu o viteză extrem de mică. FORMAREA PRIN TURNARE ÎN FORME constă în topirea amestecului ceramic la temperaturi θ > 000 0 C, realizate în cuptoare încălzite cu arc electric, urmată de turnarea în forme refractare, procedeul este

16 folosit, de obicei, numai în cazul ceramicelor oxidice, care la temperaturi înalte nu intră în reacţie cu oxigenul din atmosferă. 7. Sticle metalice. Aliaje care formează sticle metalice. Metalizarea Sticlele sunt materiale amorfe obţinute prin răcirea fără cristalizare a unei topituri. Dacă materialele sunt de natură metalică (metale sau aliaje) se numesc sticle metalice. Starea solidă cristalină a metalelor se obţine prin RĂCIREA LENTĂ a topiturilor lor când se formează iniţial germeni de cristale care cresc apoi în timp. Prin RĂCIREA RAPIDĂ, cu 10 5 10 10 C/s, a topiturii unui metal se împiedică formarea germenilor de cristalizare precum şi creşterea acestora şi se creează condiţiile obţinerii metalelor în stare amorfă, a sticlelor metalice. Trăsătura predominantă a sticlelor metalice este dezordinea în aranjamentul atomilor. Proprietăţile fizice ale sticlelor sunt determinate de compoziţia lor. Sticla obişnuită, STICLA DE SODIU are compoziţia aproximativa 6SiO CaO Na O. Se întrebuinţează la fabricarea geamurilor şi a ambalajelor de sticlă. STICLA DE POTASIU are compoziţia 6SiO CaO K O si este rezistenta la variaţii de temperatura. Se foloseşte la fabricarea vaselor de laborator. CRISTALUL (STICLA DE PLUMB) este o sticla in care sodiu si calciul au fost înlocuiţi cu potasiu si plumb (6SiO PbO K O) si se caracterizează prin proprietăţi de refracţie bune si densitate mare. FLINTUL si STRASUL conţin un procent de plumb mai mare ca cristalul. FLINTUL se foloseşte pentru prisme si lentile optice. Prin adăugarea unor cantităţi mici de Al O 3 sau B O 3 se obţin sticle rezistente la variaţii bruşte de temperatura care se folosesc la fabricarea vaselor de laborator (sticla JENA, PIREX sau DURAN). Au o rezistenţă chimică mare şi coeficient de dilataţie mic. Aplicaţii industriale actuale şi de perspectivă ale sticlelor metalice se bazează pe proprietăţile acestei noi grupe de materiale, dar şi pe o calitate vitală din punct de vedere tehnologic: sticlele metalice pot fi obţinute economic sub formă de sârmă, bandă sau straturi subţiri prin răcire ultrarapidă, într-un mod asemănător, în principiu, cu producerea firelor şi a faliilor de sticlă obişnuită. Interesante pentru domeniul tehnic sunt STICLELE METALICE din categoria aliajelor amorfe obţinute prin răcire ultrarapidă din topitură (cu viteze mari de răcire). Această restrângere a noţiunii de sticlă metalică, (cu excluderea aliajelor amorfe obţinute prin depunere din vapori, electroliză, etc.) este justificată pentru că prin definiţie, o sticlă este un solid care nu a solidificat (cristalizat) în cursul răcirii din stare lichidă. O clasificare raţională a sistemelor de aliaje în care se formează sticle metalice se prezintă sub forma a trei grupe importante. GRUPA I: sticle metalice, metal metaloid T M (unde T metal de tranziţie, M metaloid) GRUPA II: sticle metalice inter-tranziţionale T 1 T (unde T 1 metal de tranziţie din primele grupe ale tabelului periodic, iar T metal de tranziţie din ultimele grupe ale tabelului periodic, incluzând şi metalele nobile). GRUPA III: sticle metalice conţinând metale simple (ne-tranziţionale) sau un metal din grupa pământurilor rare. În ultimii ani, noi familii de sticlă care formează aliaje multi-componente, cum ar fi La-Al-Ni, Zr- Ni-Al-Cu, Mg-Cu-Y, şi Zr-Ti-Cu-Ni-Be. În aliajele metalice care formează lichide de masă de sticlă sunt de obicei cu trei-cinci componente metalice care au o nepotrivire de mari dimensiuni atomice. Metodele de obţinere a sticlelor metalice pot fi considerate ca reprezentând rezolvări moderne aflate la confluenţa a două căi tehnice bine cunoscute în metalurgie. Astfel, pe de o parte, sticlele metalice aparţin aliajelor în stare metastabilă, cu caracter amorf. Pe de altă parte, sticlele metalice se obţin în formă utilizabilă practic (sârmă sau bandă) prin tehnici de solidificare care evită neajunsurile procedeelor tradiţionale de laminare şi trefilare. 8. Materiale polimerice. Clasificarea polimerilor. Elastomeri şi mase plastice. (Plastomeri). MATERIALELE POLIMERICE constituie una din clasele importante de materiale artificiale, alături de cele metalice, compozite şi ceramice. Sub denumirea de materiale polimerice sunt indicate materiale artificiale de sinteză, de obicei de natură organică şi se constituie, în general, dintr-o structură macromoleculară, la care se adaugă alte ingrediente. MATERIALELE POLIMERICE au ca principal component POLIMERII (sau MACROMOLECULELE) cărora li se adaugă diferiţi alţi constituenţi (plastifianţi, materiale de armare sau ranforsare, aditivi, etc.). POLIMERUL este o substanţă obţinută prin polimerizarea mai multor molecule organice, de acelaşi tip sau de tipuri diferite, numite MONOMERI (MERI).MONOMERUL (MERUL) este un compus organic

este un compus organic cu greutate moleculară mică şi cu compoziţie simplă, conţinând în molecula sa o anumită nesaturare. Această nesaturare îl face capabil să realizeze legături chimice cu monomeri de acelaşi tip sau de alte tipuri. Astfel, se formează lanţuri polimerice sau macromolecule prin reacţia de polimerizare. POLIMERIZAREA este o reacţie chimică prin care radicalii chimici ai monomerilor se înlănţuie. Un alt nume comun pentru mai multe polimeri sintetici este din MATERIAL PLASTIC care vine de la cuvântul grecesc "plastikos", potrivite pentru turnare sau modelarea. Multe obiecte folosite zilnic de la ambalare, ambalaj, şi materialele de construcţie includ jumătate din toţi polimerii de sinteză. Alte utilizări includ textilele, TV, CD-uri, automobile, şi multe alte toate sunt fabricate din polimeri. Bazat pe modul de polimerizare, polimeri sunt clasificaţi în: HOMOPOLIMERI - compuşi din lanţuri cu legături de unire identice la fiecare unitate de monomer. Acest lucru implică faptul că, de obicei, polimer este făcut din toate moleculele de monomer identice. Acestea pot fi reprezentate ca: [A-A-A-A-A-A] COPOLIMERI - compus din lanţuri cu două sau mai multe legături, de obicei, ceea ce implică două sau mai multe tipuri diferite de unităţi monomere. Acestea pot fi reprezentate ca: [A-B-A-B-A-B] Polimerii sunt în continuare clasificaţi în funcţie de modul de reacţie de polimerizare, acestea includ: PLUS POLIMERI - monomerul cu molecule reciproce, fără a pierde nici alţi atomi. Monomeri Alkene sunt cele mai mari grupuri de polimeri din această clasă. CONDENSUL DE POLIMERI - de obicei, doi monomeri diferiţi se combina cu pierderea unei molecule de obicei apa. POLIESTER si POLIAMIDA (NYLON) sunt în această clasă de polimeri. Clasificarea bazată pe proprietate fizică legate de încălzirea: MATERIALE TERMOPLASTICE - materiale plastice care se înmoaie atunci când sunt încălzite şi îşi revin din nou, atunci când sunt răcite. Acestea sunt mai populare sub denumirea de PLASTICE, deoarece ciclurile de încălzire şi răcire pot fi repetate. MATERIALE TERMORIGIDE - materiale plastice care se înmoaie atunci când sunt încălzite, pot fi modelate, dar se întăresc permanent. Se vor descompune atunci când reîncălzite. Un exemplu este BACHELITĂ. Polimerii sunt clasificate pe baza de sursa lor de disponibilitate, după cum urmează: POLIMERI NATURALI - Acestea apar în natură în plante şi animale şi sunt foarte esenţiale pentru viaţa. De exemplu, proteine constituie o mare parte din corpul animal., Acizi nucleici ereditatea de control la nivel molecular de celuloză şi oferă hrană, îmbrăcăminte şi adăpost. Exemple: AMIDON, CELULOZĂ, PROTEINE, MATASE, LANA si CAUCIUC NATURAL. SEMI-POLIMERI SINTETICI - Semi-polimeri sintetici sunt derivate din polimeri care apar în mod natural prin modificări chimice. Exemple: CAUCIUC VULCANIZAT, DIACETAT DE CELULOZĂ. POLIMERI SINTETICI - Polimeri sintetici sunt de creaţi de om şi includ FIBRELE DE TEFLON, CAUCIUC SINTETIC, PVC). Există următoarele GRUPE GENERALE DE MATERIALE POLIMERICE: - ELASTOMERI - Elastomeri sunt polimeri în care lanţurile de polimer sunt deţinute de cele mai slabe forţe intermoleculare. Aceste forţe permit polimerilor să fie întinsă. Elastomeri sunt polimeri care posedă o mare elasticitate - pot fi întinse reversibil. Exemplu: CAUCIUC VULCANIZAT. - FIBRE - Aceşti polimeri posedă înaltă rezistenţă la tracţiune, din cauza forţelor intermoleculare puternice datorat hidrogen care operează în poliamide. Aceşti polimeri prezintă puncte de topire ridicate. Aceşti polimeri sunt folosiţi pentru producerea de fibre. Exemple: NAYLON şi TERILENĂ. - MATERIALE TERMOPLASTICE - În materiale termoplastice, forţele intermoleculare sunt intermediare între a elastomerilor şi a fibrelor in lanţul de polimer. Termoplasticele sunt polimeri care se înmoaie (devine maleabile şi plastice) şi se topesc când sunt încălzite. Astfel, materiale termoplastice poate fi modelate prin încălzire. În condiţiile de topitură materiale termoplastice poate fi formate prin diverse metode (injecţie, extrudare, termo-formare). Termoplasticele pot fi reprocesate (re-topite) de mai multe ori.exemple: POLIETILENA, POLISTIREN, NYLON, PVC etc. - MATERIALE TERMORIGIDE (THERMOSETS) - sunt polimeri care nu se topesc când sunt încălzite. Polimerii termorigizi sunt fabricaţi din masă moleculară relativ scăzută (polimeri semi-lichizi), care la încălzirea într-o matriţă o masă insolubile, care sunt greu de infiltrat. Acest lucru se datorează legăturilor extinse între lanţurile polimer diferite care fac o reţea tri-dimensională. Sunt mai puternice şi mai rigide decât termoplastice. Exemplu: BACHELITĂ şi MELAMINĂ 17

18 Modul cel mai comun de clasificare al polimerilor este de a le separa în trei grupe: MATERIALE TERMOPLASTICE, THERMOSETS şi ELASTOMERI. Polimerii termoplastici pot fi împărţiţi în două categorii: cele care sunt CRISTALINE şi cele care sunt AMORFE. 9. Materiale polimerice. Procedee de fabricare a materialelor plastice. Materiale plastice sunt produse sintetice de natură organică, anorganică sau mixtă care se pot prelucra uşor în diferite forme, la cald sau la rece, cu sau fără presiune. In schimb cele termorigide se întăresc la căldura. Astfel, ele sunt mulate la rece pe formele dorite apoi sunt încălzite pentru a se întări. Sau pot fi lăsate sa se întărească după ce li se adăuga un produs special. Plasticele termorigide se folosesc la fabricarea obiectelor prelucrate manual sau a celor care necesita o fabricaţie îngrijita. Aşa se fabrica ambarcaţiunile, piesele de caroserie, barele de protecţie etc. In industrie se utilizează doua procedee de tragere in forma a obiectelor din plastic. SUFLAREA este folosită pentru fabricarea obiectelor care au interiorul gol, cum sunt mingile, flacoanele, sticlele, popicele. Materia plastică încălzită coboară în forma, în care se injectează apoi aer. Aceasta are ca efect întinderea materialului cald pe pereţii interiori ai formei. Metoda cea mai utilizată este însă INJECTAREA. Este folosită mai ales pentru fabricarea obiectelor cum sunt pieptenii, periuţele de dinţi, ustensilele de bucătărie. Materia plastică intră sub forma de granule intr-o maşină de injectare. Prin încălzire, ea este transformată într-o pastă mai mult sau mai puţin groasă, care este apoi injectata in forma si răcita printrun circuit de apa. Cele mai importante metode de fabricaţie a polimerilor sunt următoarele: TERMO-FORMARE EXTRUDAREA INJECŢIA SUFLAREA FORMAREA PRIN COMPRESIUNE A POLIMERILOR TRANSFERUL DE LAMINAT DE POLIMERI TERMO-FORMAREA este un termen generic pentru procedeul de producţie a pieselor din materiale plastice dintr-o foaie de material cu ajutorul temperaturii şi al presiunii. Aceasta tehnică implică încălzirea foii din materiale plastice (acril de exemplu) şi formarea ei cu ajutorul unei matriţe negative sau pozitive. Ca o manifestare a tehnologiei cele mai avansate, termo-formarea oferă tolerante scăzute, specificaţii strânse si forme detaliate. Cele mai avantajoase aspecte ale termo-formării le reprezintă eficacitatea din punctul de vedere al costurilor de producţie si al limitării ciclului de producţie. Aplicaţiile cele mai des întâlnite pentru produsele din plastic termo-format sunt: piesele pentru interiorul automobilelor, containerele de transport si de împachetat, echipament sportiv si de recreere, echipament medical si piese pentru scopuri industriale. TERMO-FORMAREA este un proces de modelare plată a plăcilor de material termoplastic. Metoda include două etape: înmuierea foaie de încălzire, formarea în cavitatea formei. Termo-formarea este utilizată pe scară largă în industria alimentară pentru producerea ambalajelor de plastic, tăvi, containere etc. Termo-formarea este, de asemenea, utilizată pentru producerea unor articole farmaceutice şi electronice, unelte mici, elemente de fixare, jucării, coca barca etc. Există trei metode de termo-formare, care diferă de tehnica utilizată pentru etapa de formare: TERMO-FORMARE ÎN VID TERMO-FORMARE SUB PRESIUNE TERMO-FORMARE MECANICĂ EXTRUDAREA este un proces de fabricare a produselor lungi de secţiune constantă (tije, table, ţevi, filme) forţându-se înmuierea polimerului, printr-o matriţă deschisă. Extrudarea de polimerilor (spre deosebire de extrudare a metalelor) este un proces continuu de durată, atâta timp cât sunt furnizate granulele de materie primă. Extrudare este utilizată în principal pentru termoplastice, dar elastomerii şi termorigidele pot fi, de asemenea, extrudate. TURNARE PRIN INJECŢIE este un proces în care polimerul topit este forţat într-o cavitate a formei printr-o deschidere (gură de scurgere). Materiale polimerice în formă de pelete sunt alimentate într-o maşină de turnare prin injecţie, printr-o pâlnie. Materialul este apoi transmis forţat înainte printr-o mişcare de şurub într-o matriţă de spintecare. Umplerea cavităţii formei se realizează printr-un sistem de alimentare cu gură de scurgere.

19 Turnarea prin injecţie este o metoda extrem de productivă, prezintă precizie înaltă şi un controlul al pieselor fabricate. Metoda este profitabilă în producţia de masă cu un număr mare de piese identice. SUFLAREA este un proces în care un tub termoplastic încălzit este umflat într-o matriţă închisă în cavitatea formei. Recipientele de unică folosinţă de diferite mărimi şi forme, bidoane, sticle reciclabile, rezervoare de combustibil pentru automobile, rezervoare de stocare, globuri, jucării, bărci mici sunt produse obţinute prin acest procedeu. Există trei tehnici principale de suflare, diferite în metoda prin care sunt pregătite pre-formele: SUFLARE CU EXTRUDARE SUFLARE CU INJECTARE SUFLARE CU MULARE FORMAREA PRIN COMPRESIUNE este un proces în care un material polimeric este înghesuit într-o matriţă preîncălzită şi ia forma cavităţii matriţei după presiunea aplicată materialului. Metoda foloseşte o matriţă montată într-o presă hidraulică. 10. Materiale polimerice. Materiale plastice armate MATERIALELE PLASTICE ARMATE (MPA) sunt materiale noi din categoria materialelor tehnice care au pătruns în toate domeniile inginereşti şi sau impus prin multiplele avantaje pe care le posedă, în multe cazuri înlocuind materiale de construcţie tradiţionale sau deficitare. MPA sunt realizate încorporând (ca material de armare) materiale realizate din fibre cu diferite compoziţii (sticlă, azbest, carbon, bor, aliaje metalice) în aproape întreaga gamă de materiale termoplastice şi termorigide cunoscute. Alegându-se competent materialul plastic care se armează, compoziţia, tipul şi proporţia materialului de armare, precum şi tehnologia de formare sau ingredientele incluse în reţetă, se obţine o gamă largă şi diverse de MPA, care corespund unor diverse domenii inginereşti şi nu numai. Bineînţeles, însă, că şi costul şi accesibilitatea tuturor acestor materiale noi variază tot atât de mult ca şi performanţele lor. MPA sunt constituite, în principal din două componente: un MATERIAL DE ARMARE un MATERIAL PLASTIC, care înglobează materialul de armare. Fiecare dintre cei doi componenţi conferă materialului îmbunătăţirea unor caracteristici. În principal, materialul plastic asigură legătura între fibrele sau particulele materialului de armare, aderenţa pur mecanică între cele două faze nefiind suficientă, materialul de armare trebuind să fir tratat, corespunzător fiecărui material plastic utilizat. De asemenea, materialul plastic trebuie să asigure şi o anumită izolare a materialului de armare, apărându-l împotriva acţiunii apei sau a unor agenţi agresivi externi care i-ar putea modifica nedorit valoarea caracteristicilor de exploatare. Caracteristicile mecanice ale MPA depind mai ales de compoziţia materialului plastic folosit, de orientarea, proporţia introdusă şi de tipul materialului de armare, de formula reţetei materialului plastic şi într-o mai mică măsură de tehnologia de formare folosită. În timp însă, caracteristicile depind şi de viteza şi efectele procesului de îmbătrânire al materialului plastic, proces datorat acţiunii unor factori externi şi interni. La realizarea MPA, sunt utilizate atât materiale plastice termorigide (suferă în timpul formării o reacţie chimică, ireversibilă de polimerizare) cât şi cele termoplastice (se înmoaie atunci când sunt încălzite şi se întăresc dacă sunt răcite, ori de câte ori am repeta aceste operaţii, dar nu suferă nici o reacţie chimică în timpul formării). Material plastic sunt durabile, ieftin şi uşor, ele au devenit un material de construcţie populară. Acestea sunt standard pentru cele mai conducte şi cabluri electrice; intens folosite pentru pardoseli de vinil, mobilier şi decoraţiuni şi chiar sunt concurente în domenii precum placări exterioare şi tâmplărie fereastră. Masele plastice sunt folosite, cu mici excepţii, în toate domeniile de activitate. Această performanţă de pătrundere în mai toate sectoarele de activitate se datorează proprietăţilor lor de neegalat faţă de celelalte materiale: sunt anticorosive, electroizolante, au greutăţi specifice mici, au proprietăţi mecanice bune, cost scăzut, aspect exterior plăcut, se pot prelucra atât pe cale mecanică tradiţională cât şi prin procedee specifice cum ar fi injecţia lor, se pot acoperi cu vopsea sau prin galvanizări, permiţând în felul acesta să capete aspectul dorit de către proiectant. Există însă şi unele proprietăţi care fac

0 dezavantajoasă utilizarea maselor plastice, cum ar fi micşorarea rezistenţei mecanice cu creşterea temperaturii, coeficientul de dilatare mare, coeficientul de transmiterea căldurii mic etc. Materialele plastice sunt, în general, foarte durabile si nu se va descompune în mod natural, deşi cercetarea în domeniul materialelor plastice biodegradabile a început. Unele materiale plastice pot fi reciclate, dar acest lucru necesită un aport de energie considerabil şi produse compuse (produse fabricate din mai multe materiale) nu pot fi reciclate.. Chimie fizică 1. Coeficienţi calorici (călduri specifice şi molare).. Legile termochimiei. 3. Potenţialul chimic şi factorii de care depinde acesta. 4. Influenţa temperaturii asupra deplasării echilibrului chimic. 5. Influenţa presiunii asupra deplasării echilibrului chimic. 6. Randamentul, conversia şi compoziţia la echilibru într-o reacţie chimică. 7. Dependenţa vitezei de reacţie de temperatură. 8. Cataliza. 9. Electrod şi potenţial de electrod. 10. Pile electrochimice. 1. Coeficienţi calorici (călduri specifice şi molare) a) Capacitatea calorică a unui sistem este cantitatea de căldură schimbată de acesta cu exteriorul pentru a-şi modifica temperatura cu un grad. C = dq dt sau C = Q T Unitatea de măsură în sistemul internaţional pentru capacitatea calorică este J/K. b) Căldura specifică a unui sistem este cantitatea de căldură schimbată de unitatea de masă a acestuia cu exteriorul pentru a-şi modifica temperatura cu un grad. dq Q c = sau c = m dt m T Unitatea de măsură în sistemul internaţional pentru căldura specifică este J/Kg K. c) Căldura molară a unui sistem este cantitatea de căldură schimbată de un mol de substanţă cu exteriorul pentru a-şi modifica temperatura cu un grad. dq Q C = sau C = n dt n T Unitatea de măsură a căldurii molare în sistemul internaţional este J/mol K. Între căldura molară, căldura specifică şi capacitatea calorică există relaţia : nc = mc = C. Legile termochimiei a) Legea lui Laplace-Lavoisier Efectele calorice a două reacţii opuse, sunt egale ca valoare numerică, dar de semn contrar. b) Legea lui Hess Efectul termic al unui proces chimic global nu depinde de etapele intermediare prin care se realizează procesul ci numai de stările iniţială şi finală ale procesului. H =Σ H f,final - Σ H f,iniţial c) Legea lui Kirchhoff Această lege permite calcularea căldurii de reacţie la o anumită temperatură pe baza căldurii de reacţie standard conform relaţiei: 0 0 H = H C dt T 3. Potenţialul chimic şi factorii de care depinde acesta Derivata parţială a entalpiei libere în raport cu numărul de moli de component i : G G i = µ i = n 98 T 98 i p,t,n1, n,... p

1 se numeşte entalpie liberă molară parţială sau potenţial chimic. Potenţialul chimic este o mărime intensivă ce depinde de presiunea, temperatura şi compoziţia sistemului. Potenţialul chimic al componentului i din amestec este definit ca fiind variaţia potenţialului termodinamic al amestecului atunci când numărul de moli de component i variază cu o unitate, ceilalţi parametrii rămânând constanţi. 4. Influenţa temperaturii asupra deplasării echilibrului chimic Creşterea temperaturii favorizează reacţiile endoterme şi în mod corespunzător scăderea temperaturii defavorizează reacţiile endoterme. Pentru reacţii endoterme, căldura reacţiei este pozitivă, H o T >0 şi : ln K p > 0 T Creşterea temperaturii va mări constanta de echilibru. Echilibrul se va deplasa spe formarea de produşi de reacţie. 0 Dacă reacţia chimică este exotermă, căldura de reacţie este negativă, H T < 0 şi ln K p < 0 T Creşterea temperaturii va micşora valoarea constantei de echilibru. 5. Influenţa presiunii asupra deplasării echilibrului chimic Dacă în timpul unei reacţii se produce o creştere a numărului de moli n > 0 sau o creştere a volumului V > 0 atunci semnul derivatelor din relaţiile ln K p x T n = - p sau ln K p x T V = - RT este negativ. Aceasta înseamnă că la o creştere a presiunii constanta de echilibru K x scade. Creşterea presiunii va defavoriza reacţiile ce se produc cu creşterea numărului de moli. Dacă într-o reacţie chimică se produce o scădere a numărului de moli n < 0 sau o scădere de volum V < 0 atunci semnul derivatelor din cele două relaţii este pozitiv. În acest caz constanta de echilibru K x creşte odată cu creşterea presiunii. Deci creşterea presiunii favorizează reacţiile ce se produc cu scăderea numărului de moli sau cu scădere de volum. 6. Randamentul şi conversia la echilibru într-o reacţie chimică Conversia exprimă cantitatea dintr-un reactant de obicei exprimat în % molare care s-a n i n e transformat în cursul reacţiei chimice dat de relaţia: η c = în care n in şi n e reprezintă numărul de n in moli iniţiali ai reactantului, respectiv la echilibru sau la sfârşitul reacţiei. Randamentul este proporţia sau concentraţia unui component (produs de reacţie sau reactant) la n i echilibru şi este exprimată de relaţia η r = n i echilibru 7. Dependenţa vitezei de reacţie de temperatură Conform unei reguli practice, creşterea cu 10 o C a temperaturii provoacă o creştere a vitezei de reacţie de 4 ori. Dependenţa constantei de viteză de temperatură a fost exprimată pentru prima dată, în anul 1889, de către Arrhenius, sub forma unei relaţii empirice: ln k = ln A - B T sau: k = Ae - B T 8. Cataliza Cataliza este procesul fizico-chimic complex prin care se măreşte viteza unei reacţii chimice. În acest scop se folosesc anumite substanţe numite catalizatori. Catalizatorii participă la o reacţie chimică dar nu se consumă. Rolul lor este de a micşora energia de activare necesară reactanţilor pentru a forma produşi de reacţie.

Pot fi catalizate doar reacţiile chimice care sunt posibile din punct de vedere termodinamic. O reacţie chimică ce nu este posibilă din punct de vedere termodinamic nu poate fi catalizată. Cataliza poate fi: În fază omogenă, când toţi participanţii la reacţie sunt în aceeaşi fază (de regulă fază lichidă sau fază gazoasă); În fază eterogenă, când catalizatorul se găseşte în fază diferită faţă de mediul de reacţie (cel mai frecvent catalizatorul se află în fază solidă) Cracarea catalitică este reacţia chimică frecvent întâlnită în tehnologia chimică organică în prelucrarea secundară a produselor petroliere. Cracarea catalitică a produselor petroliere este un proces distructiv prin care moleculele de hidrocarburi cu catenă mai lungă (de exemplu în motorină) sunt fragmentate, obţinându-se hidrocarburi cu catena mai scurtă (benzine de cracare). 9. Electrod şi potenţial de electrod Electrodul este ansamblul format dintr-un conductor electronic (metal, sau de specia I) şi un conductor ionic (electrolit, sau de specia a II-a). Dacă în procesul electrochimic, electronii trec din conductorul de specia I în conductorul de specia a II-a electrodul se numeşte catod. Dacă în procesul electrochimic electronii trec din electrodul de specia II-a în cel de specia I, electrodul se numeşte anod. La catod au loc totdeauna reacţii de reducere iar la anod au loc tot timpul reacţii de oxidare. Potenţialul de electrod este diferenţa de potenţial care se stabileşte la suprafaţa de separaţie dintre un conductor electronic (metalic) şi un conductor ionic (electrolitic). Expresia matematică a potenţialului de electrod este: 0 RT a ox ε = ε ln zf a red în care R=8,314 j/mol K este constanta universală a gazelor, F=96500 C/echiv.gr. este numărul lui Faraday, z este numărul de electroni schimbaţi între cele două forme redusă şi oxidată iar a ox şi a red sunt concentraţiile corespunzătoare celor două forme la temperatura termodinamică T. 10. Pile electrochimice Ansamblul format din doi electrozi diferiţi formează o pilă electrochimică. Într-o pilă electrochimică se produce în mod spontan conversia energiei chimice (datorită reacţiilor din pilă) în energie electrică. La o pilă electrochimică totdeauna unul dintre electrozi este catod (la care se produce o reacţie de reducere) iar celălalt electrod este nod (la care se produc reacţii de oxidare. Tensiune electromotoare a pilei electrochimice este egală cu diferenţa dintre potenţialul de electrod al catodului şi potenţialul de electrod al anodului: E = ε ε catod anod 3. Mecanisme şi organe de maşini. Echipamente mecanice în industria siderurgică 1. Mişcarea plan-paralelă. Distribuţia de viteze şi de acceleraţii, pentru cazul mecanismelor plane.. Eforturi. Eforturi unitare (tensiuni normale şi tangenţiale). 3. Solicitări simple. Calculul din condiţiile de rezistenţă şi de rigiditate. 4. Calculul arborilor. 5. Calculul asamblărilor sudate. 6. Transportoare cu banda construcţie, funcţionare, elemente de calcul. 7. Concasoare cu fălci articulate - construcţie, funcţionare, caracteristici tehnice. 8.Ciururi rotative cu tambur - construcţie, funcţionare. 9. Echipamente mecanice pentru dozare - tipuri constructive. 10. Amestecătorul centrifug - construcţie, funcţionare. 1. Mişcarea plan-paralelă. Schema geometrică şi mecanică a mişcării. Grade de libertate. Formulele distribuţiei de viteze şi de acceleraţii, cu indicarea mărimilor care intervin şi a unităţilor de măsură aferente. a. Schema geometrică şi mecanică a mişcării. Grade de libertate. Un rigid efectuează o mişcare plan-paralelă dacă trei puncte necoliniare ale sale (deci un plan P al său), rămân tot timpul mişcării, conţinute în acelaşi plan P 1, fix în spaţiu, ca în Fig.1. Rigidul are trei grade de libertate, deoarece pentru definirea mişcării plan-paralele sunt necesare trei funcţii scalare independente :

3 x = x ( t ) ; y = y ( t ) ; θ = θ(t) o o o o Oxyz sistem de referinţă mobil ; O 1 x 1 y 1 z 1 sistem de referinţă fix. Fig. 1. Schema geometrică şi mecanică a mişcării. Grade de libertate b. Distribuţia de viteze : v = vo ω x r, în care vectorul viteză v al unui punct oarecare aparţinând rigidului este situat într-un plan paralel cu planul P al mişcării, are proiecţiile pe axele sistemului mobil: v x = y Oy z m v Ox - y ω ; v = v x ω ; v = 0 ; unitatea de măsură. s m v o este viteza originii sistemului mobil; mărimea are unitatea de măsură. s rad ω este vectorul viteza unghiulară; mărimea are unitatea de măsură. s r este vectorul de poziţie al unui punct oarecare aparţinând rigidului; mărimea are unitatea de măsură m. x, y, z sunt coordonatele carteziene ale unui punct oarecare aparţinând rigidului; vectorii v0 şi ω, respectiv a 0 şi ε sunt ortogonali. c. Distribuţia de acceleraţii : a = ao ε x r ω x ( ω x r ) în care vectorul acceleraţie a al unui punct oarecare aparţinând rigidului este situat într-un plan paralel cu planul P al mişcării, are proiecţiile pe axele sistemului mobil: m ax = aox yε xω ; ay = aoy xε yω ; az = 0 unitatea de măsură. s ε x r, reprezintă componenta tangenţială a acceleraţiei, cu ε acceleraţia unghiulară, mărime cu rad unitatea de măsură. s ω x ( ω x r ), reprezintă componenta normală (axipetă) a acceleraţiei, mărime cu unitatea de măsură rad. s. Eforturi. Eforturi unitare (tensiuni normale şi tangenţiale). Sub acţiunea încărcărilor exterioare, în interiorul elementelor de rezistenţă se pun în evidenţă forţe şi momente interioare, numite eforturi, astfel: N (forţă axială), T (forţă tăietoare), M i (moment încovoietor) şi M r (moment de răsucire). Fiecare dintre eforturi luat separat produce asupra elementului de rezistenţă o solicitare simplă. Dacă în secţiunea unui element de rezistenţă se pun în evidenţă simultan două sau mai multe eforturi se spune că este supus la solicitări compuse (întindere cu încovoiere, încovoiere cu răsucire, încovoiere cu forfecare şi răsucire etc.) Studiul repartiţiei eforturilor într-o secţiune a unui element de rezistenţă, necesită introducerea unei mărimi care să caracterizate, în fiecare punct al secţiunii, intensitatea acestor eforturi. Mărimea utilizată poartă denumirea de tensiune sau de efort unitar. Valoarea raportului: ( p ) F n n =, se numeşte tensiune (efort unitar) medie. med A n

4 Trecând la limită relaţia de mai sus, se obţine: Fn dfn pn = lim = An 0 A da n n Vectorul pn se numeşte tensiune (efort unitar) totală şi se exprimă dimensional în N/m sau dan/cm etc. În calculele de rezistenţă sunt utilizate componentele tensiunii totale pe normala n σ n - tensiune normală; şi pe planul elementului de suprafaţă da n τ n - tensiune tangenţială (fig.1.b). Fig.1 Tensiuni normale şi tangenţiale pe secţiunea barei În cazul particular al unei secţiuni A x, pentru care normala coincide cu direcţia axei barei (fig.1. c), vectorul tensiune totală şi componentele sale se notează: p x, σ x şi τ x ; ( τ xy şi τ xz ) şi între aceste mărimi există relaţia: p x = σ τ = σ τ τ, x x în care τ xy şi τ xz sunt componentele tensiunii tangenţiale τ x, după axele care determină planul secţiunii A x. 3. Solicitări simple. Calculul din condiţiile de rezistenţă şi de rigiditate. 1. Întinderea şi compresiunea Tabelul 1. Relaţiile de calcul la întindere compresiune Calculul efortului Relaţia de bază Dimensionare Verificare capabil N N N σ = A nec = σ ef = σa N cap = σaa ef A σa A ef Nl ' Nl Nl l = A nec = ( l) ef = ( l) ' ( l) a a N cap = EA ef EA E l EA ef l ( ) a În tabelul. mărimile utilizate au următoarele semnificaţii: A, A nec şi A ef reprezintă aria secţiunii, aria secţiunii necesară şi respectiv aria secţiunii efective; σ a şiσ ef sunt tensiunea normală admisibilă respectiv tensiunea efectivă; N cap este forţa maximă ce poate fi preluată de către bară fără a se rupe (sau să nu producă deformaţii permanente. x xy xz. Forfecarea Tabelul. Relaţiile de calcul la solicitarea de forfecare Dimensionare Verificare Calculul efortului capabil Deformaţii A nec T τ T = τ ef = τaf Tcap = A af af A ef τ ef s = γa = Ta GA 3. Încovoierea pură Tabelul 3. Relaţii de calcul la încovoierea pură Calculul efortului Relaţia de bază Dimensionare Verificare capabil M i M i max M max σ = ( Wz ) = σ i nec ef = σ ( M ai i ) = ( Wz ) σ cap ef ai W σ (W ) z ai z ef

5 4. Răsucirea Relaţia de bază Dimensionare Verificare M r τ = ( Wp ) nec Wp M r θ = ( I p ) nec GI p M = τ a M r = Gθ a r M Tabelul 4. Relaţiile de calcul la răsucire Calculul efortului capabil r τ ef = τa ( M r ) = ( W ) ( Wp ) τ cap ef a p M ef θ r ef = θa G( I ) ( ) ' M ( ) r = G I cap p θ ef a p ef 4. Calculul arborilor. Având în vedere importanţa arborilor în structura unei maşini, se impune un calcul complex al acestora. Succesiunea calculelor este următoarea: predimensionarea, pe baza unui calcul la răsucire, fie din condiţia de rezistenţă, fie din condiţia de rigiditate (deformaţii); 3 Mr 16 Mr πd 16 Mr Din condiţia de rezistenţă : τ r = = τ 3 a, Wp =, rezultă d 3 nec1 = Wp π d 16 π τa 4 Mr 3 Mr πd 3 Mr Din condiţia de rigiditate: θ = = θ 4 a, Ip =, rezultă dnec = 4 G Ip G π d 3 π G θa În final se adoptă una din valorile d nec1 sau d nec care satisfac condiţiile de rezistenţă şi/sau deformaţie cerute. stabilirea formei constructive a arborilor se efectuează în conformitate cu cerinţele impuse de îndeplinirea rolului lor funcţional, de organele susţinute şi de modul de fixare ale acestora. calculul la solicitarea compusă de încovoiere cu răsucire; - se calculează reacţiunile din reazeme, momentele încovoietoare de-a lungul arborelui M i, atât în plan orizontal MiH cât şi în plan vertical M iv ; - se calculează momentul încovoietor rezultant, M î conform relaţiei: M i = MiH MiV - se trasează diagrama momentului încovoietor rezultant şi de răsucire; - se calculează momentul echivalent, M ech, utilizând teoria efortului unitar tangenţial maxim, rezultând pentru o secţiune oarecare i: M ( ) ech,i Mi,i α Mr i = unde: α este un coeficient ce ţine seama de modul de variaţie diferit pentru eforturile de încovoiere şi de răsucire. - se determină diametrele tronsoanelor i, ale arborelui în secţiunile cu valori maxime ale momentului 3 Mech,i echivalent: d 3 i = π σai verificarea la oboseală; Această verificare constă în determinarea coeficientului de siguranţă la oboseală, atât pentru tensiunile normale, c σ, cât şi pentru cele tangenţiale, c τ, respectiv a coeficient de siguranţă global, c, în secţiunile în care există concentratori de tensiuni, ţinându-se seama şi de alţi factori ca: dimensiuni, tehnologia de cσ cτ prelucrare etc. c = c a c c σ τ verificarea la deformaţii de încovoiere şi de răsucire; - deformaţii la încovoiere: f = f H fv Mr - deformaţii unghiulare specifice (raportată la unitatea de lungime) la răsucire: θ = θa G Ip verificarea la vibraţii.

6 5. Calculul asamblărilor sudate. a.) Tensiunile admisibile ale îmbinărilor sudate sunt determinate de cele ale pieselor de asamblat şi de cele ale materialului de adaos, de procesul tehnologic, de tratamentele termice şi mecanice ulterioare, fiind în general mai reduse decât rezistenţa pieselor de asamblat. Astfel, tensiunile admisibile ale sudurilor se determină cu relaţia: σ sa = ϕ σa unde: - σa - este efortul unitar admisibil minim al materialelor pieselor sudate; - ϕ - coeficient de reducere ce depinde de metoda de sudare şi de natura solicitării, ϕ 1; b.) Dimensiunile secţiunii de calcul ( = a l ), ale sudurii se stabilesc astfel: A s - grosimea de calcul, a: - în cazul sudurilor cap la cap, (figura 1), a = s min, este grosimea minimă (s min = s ) a tablelor sudate, neglijând supraînălţarea cusăturii a; Fig.1. Fig. - în cazul sudurilor de colţ, (figura ), a reprezintă înălţimea triunghiului isoscel care se poate înscrie în secţiunea cusăturii, (pentru suduri convexe şi drepte a = 0,7s, iar pentru suduri concave a = 0,5s) - lungimea de calcul, l, definit prin relaţia: l = l s -a; unde - l s este lungimea efectivă a cusăturii; c.) Calculul sudurilor: Suduri cap la cap solicitate la întindere de forţe axiale F σ s = ϕ σa As Suduri cap la cap solicitate la întindere şi forfecare de forţe axiale Fn F sin β Ft F sinβ σ s = = τ s = = A a l A a l s σ s,ech = σ λτ ϕ σa Suduri cap la cap solicitate la încovoiere Mî l a a l σ s = ϕ σa ; Wzs = sau Wzs = W 6 6 zs s Calculul sudurilor de colţ: In cazul sudurilor de colţ, în secţiunile solicitate ale cusăturilor, apar tensiuni normale (de întindere sau de compresiune), σ şi tangenţiale perpendiculare pe direcţia cusăturii τ, respectiv paralele τ. Aceste tensiuni se calculează utilizând formulele cunoscute. Dacă aceste eforturi sunt prezente simultan, (solicitări compuse) se determină tensiunea echivalentă cu relaţia: σ ( s,ech = σ λ τ // τ ) s s 6. Transportoare cu banda construcţie, funcţionare, elemente de calcul. Destinaţie- pentru deplasarea sarcinilor în bucăţi sau vrac, pe direcţie orizontală sau înclinată sub un anumit unghi, care trebuie să fie mai mare decât unghiul de taluz al materialului. Unghiul de taluz(ϕ)

7 caracterizează mobilitatea materialelor granulare şi reprezintă unghiul maxim format între suprafaţa liberă a masei granulare a materialelor şi planul orizontal de aşezare al acestora. Funcţionare : Materialul de transportat, depozitat în buncărul 1 cade pe suprafaţa benzii transportorului a cărui acţionare se realizează printr-un mecanism motor-reductor cuplat cu tamburul de antrenare 5 care transmite forţa de tracţiune datorită frecării dintre tobă şi bandă. Unghiul de înfăşurare al tobei pe bandă este de 180 0 sau mai mare. În scopul asigurării aderenţei benzii pe tambur se utilizează dispozitive de întindere care pot fi de diferite tipuri constructive. Organul de tracţiune al transportorului este banda, care este sprijinită pe role inferioare şi superioare; ea poate avea în secţiune formă plată sau jgheab. Elementele de calcul ale transportoarelor cu bandă sunt: a) Constructive: - înclinarea transportorului; numărul de inserţii; lăţimea benzii; b) Funcţionale: - viteza de deplasare a benzii; productivitatea; puterea motorului electric de acţionare. Elementele constructive ale unui transportor cu bandă sunt prezentate în fig.1.1: Fig.1.1 Elemente constructive ale unui transportor cu bandă. 1-buncăr de alimentare; -bandă de cauciuc; 3 role de sprijin; 4-plug pentru încărcare; 5-tambur de acţionare; 6-tambur de ghidare; 7-strucură metalică. 7. Concasoare cu fălci articulate - construcţie, funcţionare, caracteristici tehnice Destinaţie: Concasoarele se folosesc în cazul în care trebuie să se obţină un amestec bine dispersat de particule mărunţite, fiind folosite în special la mărunţirea grosieră, dar în anumite cazuri şi la cea mijlocie. Caracteristica concasoarelor cu fălci - prinderea bucăţilor de material între două piese robuste de masă mare, ale căror suprafeţe prin apropiere exercită o forţă de compresiune asupra materialului. După modul de construcţie există mai multe tipuri de concasoare cu fălci dar cel mai frecvent utilizate sunt: concasorul cu mişcare simplă, oscilantă a fălcii (fig..1), concasorul cu mişcare complexă a fălcii (fig..). Fig..1 Concasor cu fălci cu articulaţie dublă şi mişcare oscilantă a fălcii Fig.. Concasor cu fălci cu articulaţie simplă şi mişcare complexă a fălcii Elementele constructive ale concasorul din fig..1 sunt: 1- falca fixă, - falca mobilă, 3- excentric, 4- bielă, 5- placa de presiune faţă, 6- placa de presiune spate, 7- suspensia fălcii mobile, A- alimentare, B- evacuare. Acest concasor este acţionat cu ajutorul unei articulaţii duble, astfel încât fiecare punct al fălcii mobile descrie o traiectorie circulară, cu centrul pe axa geometrică a suspensiei. Elementele constructive ale concasorului din fig.. sunt: 1- falca fixă, - falca mobilă, 3- excentric şi suspensie, 4- placa de presiune, n-sensul rotaţiei excentricului, A- alimentare, B- evacuare, θ < 90 o la concasare grosieră şi θ 90 o la concasare fină. Funcţionare: La rotirea excentricului, falca execută o mişcare oscilantă şi în acelaşi timp, o mişcare plană complexă, plan-paralelă. Acest concasor este acţionat de o articulaţie simplă astfel încât

8 fiecare punct de pe suprafaţa activă a fălcii mobile descrie câte o curbă închisă. La fiecare rotaţie, sensul forţelor care încarcă lagărele maşinii cu articulaţie simplă se schimbă. Pe măsură ce uzura lagărelor creşte, scade debitul concasorului şi fenomenele de uzură se accentuează. Caracteristicile tehnice ale unui concasor cu fălci sunt:unghiul dintre falca fixă şi cea mobilă (unghiul de atac), α ; turaţia arborelui cotit, n ; debitul, Q. 8.Ciururi rotative cu tambur - construcţie, funcţionare Prepararea materiei prime destinată diverselor procese tehnologice (prepararea amestecurilor de formare, a amestecurilor de miez, etc.) impune folosirea acestora cu o anumită granulaţie, acest lucru presupunând realizarea unei clasări prin cernere. Cernerea este operaţia tehnologică prin care se separă una sau mai multe fracţiuni dintr-un amestec de particule de dimensiuni diferite. Cernerea mecanică se realizează cu ajutorul unor echipamente mecanice numite ciururi care sunt prevăzute cu un organ activ numit sită. Procesul de ciuruire cuprinde trei faze: stratificarea particulele fine de material străbat stratul de material până la sită; clasarea- compararea statistică a mărimii particulelor cu mărimea ochiurilor sitei; trecerea reprezintă operaţia prin care particulele trec prin ochiurile sitei. În urma operaţiei de ciuruire se obţin două clase sau sorturi: refuzul- care nu trece prin suprafaţa de clasare; cernutul material cu dimensiuni mai mici decât ochiurile sitei. Ciururile rotative cu tambur - au suprafaţa de cernere sub formă de cilindru sau con; la cele de formă cilindrică există posibilitatea înclinării axei pentru asigurarea avansului materialului; la cele tronconice axa este orizontală şi mişcarea se transmite la aceasta cu ajutorul unui lanţ de la un grup motor reductor. Tamburul ciurului este realizată în construcţie sudată din oţel laminat, iar arborele tamburului se sprijină pe două lagăre prin intermediul unor rulmenţi axiali, oscilanţi, cu bile pe două rânduri. Schema cinematică a ciurului se prezintă în fig.3.1. Acest tip de ciur prezintă avantajul unor productivităţi mari şi diminuarea posibilităţii de adunare a materialului pe suprafaţa de cernere. Fig. 3.1 Schema constructivă a ciurului rotativ 1- tambur; -jgheab de alimentare; 3 motor electric; 4 reductor; 5- roată dinţată; 6- lanţ. Funcţionare: Mişcarea se transmite de la motorul electric de acţionare 3 la reductorul 4, iar de aici printr-o transmisie cu lanţ şi roţi dinţate axului ciurului 1. Ciurul este alimentat cu material, din buncărul, iar în interiorul lui prin intermediul sitelor se realizează cernerea. 9. Echipamente mecanice pentru dozare - tipuri constructive Operaţia de dozare reprezintă procedeul de fracţionare după o anumită regulă a unei cantităţi de material, în cantităţi mai mici (doze, porţii) în condiţii specificate de domeniul concret de aplicaţie. Principalele tipuri constructive de dozatoare sunt: cu sertar cilindric, la care volumul dozat se determină prin volumul cutiei, fig.4.1; cu sector cilindric se prezintă în fig.4.; dozator cu buncăr cu cântar, fig.4.3; dozator vibrator, fig.4.4. Fig.4.1 Dozator cu sertar 1- buncăr; - sertar; 3 cilindru pneumatic; 4- registru, 5- orificiul alimentatorul Fig.4. Dozator cu sector cilindric 1- buncăr; - sector circular; 3- obturator; 4- cilindru hidraulic

9 Fig.4.3 Dozator cu buncăr 1- siloz de depozitare; - siloz de dozare; 3, 4- închizătoare cu fălci; 5,6 cilindrii pneumatici Fig.4.4 Tipuri de bază de transportoare vibratoare : a-cu mecanism bielă- manivelă; b-cu masă excentrică 1-mecanism de generare a vibraţiilor; - masa vibratoare cu jgheab de transportator 10. Amestecătorul centrifug - construcţie, funcţionare Operaţia de preparare a amestecurilor de formare constă în învelirea granulelor refractare de nisip cu o peliculă cât mai omogena de liant, fenomen posibil, pe de o parte datorita mişcărilor complexe ale particulelor în amestecătoare, iar pe de alta parte datorită fenomenelor de absorbţie a liantului pe suprafaţa granulelor. Amestecătorul centrifug este un amestecător cu acţiune discontinuă, schema constructivă a acestuia se prezintă în fig.5.1. Funcţionare: Elementele componente ale amestecului sunt introduse într-o cuvă cilindrică, amestecarea acestora având loc ca urmare a acţiunii rolelor şi a plugurilor fixate pe un disc rotor care se deplasează într-o mişcare de rotaţie în jurul unui ax vertical. Mişcarea este transmisă axului vertical de la un grup motor-reductor prin intermediul unui angrenaj cu roţi dinţate conice. Rolele amestecătorului sunt în număr de două sau trei. Punctul de prindere al rolei de discul rotor are o poziţie excentrică, iar obada acestora este liberă şi poate executa o mişcare de rotaţie în jurul axului vertical al rolei, deplasându-se într-o mişcare de rostogolire pe amestec. În momentul acţionării în mişcare de rotaţie a discului rotor, rolele prinse de acesta, datorită forţelor centrifuge şi a montării excentrice apasă pe peretele vertical al cuvei, rostogolindu-se peste amestecul proiectat în această zonă de plugurile dispuse corespunzător. Amestecul proiectat de pluguri pe peretele vertical al cuvei este supus unei mişcări de rotaţie, luând naştere o forţă centrifugă de inerţie, care comprimă amestecul pe peretele cuvei. Fig.5.1 Amestecător centrifug 1- cuvă; - disc rotor; 3- ax vertical; 4- pluguri; 5- rolă 6- căptuşeală de cauciuc; 7- orificii de evacuare a amestecului; 8- reductor; 9- motor electric de acţionare Dacă considerăm dispunerea amestecului pe peretele cuvei sub forma unor straturi, se observă că stratul exterior este puternic frânat în comparaţie cu următoarele. Astfel, viteza straturilor din exterior este mai mică decât viteza straturilor interioare. Aceasta se explică prin faptul că în procesul de amestecare are loc o alunecare a straturilor unul faţă de celălalt, deci frecare permanentă a amestecului, lucru care favorizează peliculizarea componentei cuarţoase cu liant. Acest tip de amestecător prezintă avantajul realizării unui amestec fără bulgări, de o calitate deosebită.

30 4. Management şi marketing. Ierarhia managerială. Niveluri manageriale. 3. Sistemul de management al firmei. Prezentare şi componente. 4. Decizia managerială. Principii şi cerinţe de raţionalitate. 5. Comunicarea organizaţională: tipuri de comunicare. 6. Enunţaţi metodele generale de management. Prezentaţi două din acestea. 7. Metode şi tehnici specifice de management. 8. Abordări manageriale la nivelul firmei. Prezentaţi pe scurt aceste posibilităţi. 9. Funcţiile marketingului. 10. Mediul de marketing: componente, evoluţie şi comportarea întreprinderii fată de evoluţia mediului. 11. Strategia de piaţă definire şi tipologii 1. Ierarhia managerială. Niveluri manageriale. În ierarhia managerială sunt recunoscute trei trepte: - manageri de nivel operaţional (conducătorii formaţiilor de lucru) constituie legătura dintre salariaţi şi managerii de nivel meniu, reprezentându-i pe salariaţii din subordinea lor dar, în acelaşi timp, fiind reprezentanţii managementului în faţa acestora. Acestui nivel îi sunt caracteristice în special deciziile tactice iar obiectivul său este coordonarea comportamentului fiecărui salariat pentru a atinge obiectivul grupului din care face parte. Astfel, managerii operaţionali coordonează activitatea salariaţilor din subordine cărora trebuie să le comunice obiectivele, să alcătuiască echipele de lucru, să asigure conducerea şi să le stimuleze performanţele; - manageri de nivel mediu fac legătura dintre lucrătorii şi specialiştii tehnici şi manageri. Aceştia au obligaţia de a soluţiona situaţiile conflictuale din departamentele subordonate iar în caz de nevoie să poată aduce modificări în structura firmei pentru a corespunde noilor pieţe şi oportunităţi. De asemenea, pot implementa modificări care să asigure creşterea şi dezvoltarea departamentelor subordonate. - manageri de nivel superior (executivi) adopta de regulă decizii strategice. De regulă, managementul superior implică puţine funcţii manageriale; managerii trebuie însă să cunoască bine teoria şi practica managementului, să manifeste calităţi deosebite în sfera relaţiilor umane, să poată soluţiona situaţii conflictuale, să fie adepţi ai îmbunătăţirii concepţiilor organizatorice şi promotori eficienţi ai schimbărilor. Cea mai importantă misiune: conducerea relaţiilor cu mediul din afara firmei.. Sistemul de management al firmei. Prezentare şi componente Sistemul de management al firmei poate fi definit ca ansamblul elementelor cu caracter organizatoric, decizional, informaţional şi motivaţional prin care se realizează procesul de management, scopul urmărit fiind asigurarea avantajului competitiv şi a unui nivel de performanţă cât mai ridicat. La proiectarea şi realizarea practică a sistemului de management trebuie cunoscute şi evaluate o serie de elemente specifice funcţionării unei firme: profilul activităţii; dimensiunile firmei; dimensiunea şi structura resurselor umane, materiale, financiare; dispersia teritorială; capitalul uman; poziţia firmei pe piaţa locală, naţională şi internaţională. Indiferent de aspectele particulare ale funcţionării unei firme, sistemul de management este format din următoarele componente: - subsistemul organizatoric; - subsistemul decizional (conducător); - subsistemul informaţional; - subsistemul metodelor şi tehnicilor de management; - alte elemente de management.

31 3. Decizia managerială. Principii şi cerinţe de raţionalitate. Decizia managerială este un produs al managementului firmei şi reprezintă o linie de acţiune, aleasă în mod conştient, dintr-un număr de alternative posibile, în scopul realizării anumitor obiective în condiţii de eficienţă maximă. În fundamentarea deciziei manageriale se cer respectate o serie de principii: - principiul definiţiei, care presupune precizarea problemei de analizat pe baza informaţiilor disponibile; - principiul argumentării selective faza de analiză şi alegerea deciziei; - principiul delegării dreptului de a lua decizii care recomandă luarea deciziei la un nivel ierarhic cât mai jos posibil; - principiul participării presupune integrarea contribuţiei colective la luarea deciziei. Decizia de conducere trebuie să îndeplinească o serie de cerinţe de raţionalitate, şi anume: - să fie fundamentată ştiinţific (în conformitate cu realităţile din cadrul firmei şi pe baza unui instrumentar ştiinţific corespunzător); - să fie împuternicită (trebuie adoptată de managerul în sarcina căruia este înscrisă în mod expres, acesta dispunând de cunoştinţele, calităţile şi aptitudinile necesare); - să fie clară, concisă şi să nu ducă la interpretări diferite; - să fie oportună (să se încadreze în perioada optimă de elaborare şi operaţionalitate); - să fie eficientă (urmăreşte obţinerea unui efect sporit cu un anumit efort); - să fie completă (cuprinzând toate elementele necesare înţelegerii corecte şi implementării). 4. Comunicarea organizaţională: tipuri de comunicare. Comunicarea reprezintă schimbul de mesaje între oameni, în scopul de a ajunge la acelaşi mod de a percepe lucrurile. În activitatea practică, se folosesc două tipuri importante de comunicare: - Comunicarea verbală se realizează pe cale orală sau scrisă şi este cel mai frecvent utilizată în firmă: - comunicarea în scris se realizează sub diverse forme cum ar fi: scrisori de afaceri, rapoarte, mesaje prin fax, corespondenţă, etc. De regulă asigură înregistrarea mesajului putând fi difuzată cu minim de efort şi permiţând emiţătorului să elaboreze cu atenţie mesajul. Are însă un caracter impersonal, existând posibilitatea neînţelegerii mesajului de către receptor şi a întârzierii răspunsului. - comunicarea orală ia forma conversaţiilor directe dintre indivizi, a discuţiilor cu mai multe persoane şi a conversaţiilor telefonice. Este mai rapidă, mai personală însă necesită un efort suplimentar şi un consum de timp dacă necesită pregătirea unor documente ulterioare. - Comunicarea nonverbală se realizează prin intermediul elementelor şi comportamentelor care nu sunt exprimate în cuvinte. Cele mai uzuale forme ale comunicării nonverbale sunt: - comportamentul cinetic se referă la mişcări ale corpului cum ar fi: gesturi, expresii ale feţei, mişcări ale ochilor şi poziţia corpului. - proximitatea se referă la influenţa apropierii şi a spaţiului asupra comunicării. - paralimbajul se referă la aspecte vocale ale comunicării, mai precis modul în care se comunică ceva şi nu la conţinutul mesajului. - comunicarea prin obiecte reprezintă utilizarea obiectelor materiale (îmbrăcăminte, cosmetice, arhitectură) în scopul comunicării. 5. Enunţaţi metodele generale de management. Prezentaţi două din acestea. Metode generale de management se referă la întregul proces de conducere sau la un grup din funcţiile de conducere. 1. Managementul prin obiective (M.P.O.) pleacă de la premisa că eficacitatea unei firme depinde de legătura strânsă care există între obiective şi rezultate, recompense sau sancţiuni. Caracteristicile esenţiale ale MPO: - existenţa unui sistem de obiective pentru întreprindere care să ajungă până la nivelul executanţilor; - participarea tuturor salariaţilor la stabilirea obiectivelor în a căror realizare sunt nemijlocit implicaţi; - stabilirea bugetelor de cheltuieli pe centre de producţie, descentralizând astfel sistemul financiar; - instituirea unui sistem continuu, bazat pe abateri semnificative;

3 - corelarea strânsă a recompenselor şi sancţiunilor materiale şi morale cu rezultatele efectiv obţinute; - mutaţii în mentalitatea salariaţilor firmei, a atitudinii lor faţă de obiectivele acesteia.. Managementul prin proiecte (M.P.P.) consideră că proiectul reprezintă un ansamblu de procese de muncă, cu caracter de inovaţie şi realizarea căruia urmăreşte îndeplinirea cu succes a unei sarcini complexe. 3. Managementul pe produs (M.P.Pr.) conform căruia, un conducător pe produs trebuie să asigure gestiunea completă a unui produs sau grupe de produse, de la fabricare la comercializare. 4. Managementul prin bugete (M.P.B.) reprezintă o modalitate de exercitare a funcţiilor managementului şi evaluare a rezultatelor sub formă financiar-contabilă, utilizând unităţi monetare de măsură. 5. Managementul prin excepţii (M.P.E.) necesită intervenţia conducătorilor de la niveluri ierarhice diferite, managerii primind informaţii care reprezintă abateri peste limitele admise a unor indicatori stabiliţi, deci abateri. 6. Managementul participativ se bazează pe atragerea personalului la procesul de conducere în scopul creşterii eficienţei economice. Acesta poate fi: - consultativ când se bazează pe consultarea personalului pentru soluţionarea unor probleme decizionale; - deliberativ când se bazează pe adoptarea deciziilor în grup. Avantajele managementului participativ sunt următoarele: creşte nivelul general de informare; creşte gradul de fundamentare a deciziilor ca urmare a implicării unui număr mare de salariaţi la derularea proceselor decizionale; se amplifică antrenarea personalului la stabilirea şi realizarea obiectivelor întreprinderii; se foloseşte la un nivel superior potenţialului profesional şi managerial personalul întreprinderii. 6. Metode şi tehnici specifice de management. Metode şi tehnici specifice de management se referă la rezolvarea eficientă a unor probleme specifice, pe funcţii ale managementului. 1. Extrapolarea se referă la managementul previzional şi porneşte de la ideea că legea creşterii din trecut va determina creşterea viitoare, cel puţin pentru o perioadă scurtă sau medie de timp.. Brainstormingul (asaltul de idei) se referă la stimularea creativităţii personalului. Astfel, pe calea discuţiei, se urmăreşte obţinerea a cât mai multor idei privind modul de rezolvare a unor probleme, sperând să se găsească soluţia cea mai bună. Tehnica constă în organizarea de reuniuni în urma cărora se realizează selecţia ideilor emise. 3. Delegarea constă în atribuirea temporară de către un conducător, a uneia din sarcinile sale de serviciu unui subordonat, însoţită şi de competenţa şi responsabilitatea corespunzătoare şi are caracter temporal. 4. Şedinţa constă în reunirea mai multor persoane pe un scurt interval de timp de către manager, pentru soluţionarea în comun a unor sarcini de natură informaţională sau decizională. Şedinţa constituie modalitatea principală de transmitere a informaţilor şi de culegere a feed-back-ului concomitent la un număr mare de componenţi ai întreprinderii. 5. Tabloul de bord este un ansamblu de informaţii curente, referitoare la principalele rezultate ale activităţii considerate şi la factorii principali ce condiţionează derularea ei. 6. Diagnosticarea constă în constituirea unei echipe multidisciplinare care include conducători şi executanţi şi al cărei scop constă în identificarea punctelor forte şi slabe ale domeniului studiat, evidenţierea cauzelor şi stabilirea de recomandări cu caracter corectiv sau de dezvoltare. 7. Funcţiile marketingului Dincolo de existenţa unor deosebiri semnificative şi particularităţi în ceea ce priveşte modul de implicare şi posibilităţile de desfăşurare a activităţii concrete de marketing, în funcţie de domeniul de aplicare a acestuia, rolul ce revine marketingului, din însăşi esenţa sa, ia forma următoarelor FUNCŢII GENERALE COMUNE: a) Investigarea pieţei şi a nevoilor de consum. Prin realizarea acestei funcţii se urmăreşte obţinerea de informaţii referitoare la pieţele prezente şi potenţiale, la ansamblul nevoilor de consum, la

33 comportamentul consumatorilor; ea precede celelalte funcţii ale marketingului şi le pregăteşte condiţiile de realizare. b) Conectarea dinamică a firmei la mediul economico-social. Această funcţie solicită firmei o atitudine activă, de adaptare la condiţiile de mediu, de fructificare a unor oportunităţi, de influenţare chiar a consumului pentru anumite produse sau servicii. Realizarea acestei funcţii presupune promovarea spiritului novator în întreaga activitate a firmei, astfel încât să se asigure înnoirea cu frecvenţă ridicată a ofertei de mărfuri, perfecţionarea formelor de distribuţia, diversificarea acţiunilor promoţionale etc. c) Satisfacerea în condiţii superioare a nevoilor de consum. Această funcţie se materializează printr-un ansamblu de măsuri vizând producerea numai a acelor produse (servicii) care sunt necesare pentru consum, distribuirea lor în condiţii optime, asigurarea unor posibilităţi largi de alegere corespunzător tuturor gusturilor şi preferinţelor, lărgirea gamei serviciilor, educarea gusturilor consumatorilor. d) Maximizarea eficienţei economice (a profitului) implică alocarea şi utilizarea judicioasă a resurselor, optimizarea structurilor producţiei în deplină concordanţă cu obiectivele firmei şi, bineînţeles, optimizarea desfăşurării tuturor proceselor economice (producţie, transport, depozitare, comercializare) care alcătuiesc fluxul complet producţie-consum al produselor (serviciilor). 8. Mediul de marketing: componente, evoluţie şi comportarea întreprinderii fată de evoluţia mediului Mediul extern al firmei este format din micromediu şi macromediu. Micromediul este alcătuit din actorii aflaţi în proximitatea firmei influenţându-i capacitatea de a- şi servi clienţii: firma însăşi, acţionarii, furnizorii, prestatorii de servicii, furnizorii forţei de muncă, clienţii, concurenţii şi organismele publice. Macromediul este format din ansamblul factorilor sociali care activează asupra micromediului firmei: factori demografici, economici, tehnologici, culturali, politici, juridici şi naturali. După modul cum se modifică componentele sale, raporturile dintre ele şi efectele generate, mediul extern se prezintă sub trei forme: 1. Mediul stabil, constituie tipul de referinţă în cadrul analizelor. El este doar un moment de scurtă durată şi de aceea apare ca o excepţie în perioada de aşa-zisă linişte. Se caracterizează prin modificări la intervale mari, cauza reprezentând-o evenimente neesenţiale, care sunt uşor de prevăzut şi de aceea pune puţine probleme de adaptare a întreprinderii. Acest tip de mediu asigură stabilitatea întreprinderii, dar nu este un tip caracteristic, se întâlneşte destul de rar în ultimii ani.. Mediul instabil (schimbător) se caracterizează prin permanente modificări, care în genere sunt previzibile. Ele constituie baza anticipărilor. Acest tip de mediu imprimă o viziune prospectivă întreprinderii, ceea ce-i dă posibilitatea să-şi stabilească cele mai potrivite mijloace şi forme în vederea confruntării cu ceilalţi agenţi economici. Pare să fie tipul obişnuit de mediu cu care se confruntă întreprinderile în etapa actuală. 3. Mediul turbulent este definit de schimbări foarte accentuate, frecvente, bruşte, în direcţii imprevizibile, adesea transformatoare, ceea ce supune întreprinderea unor presiuni deosebite, punându-i probleme dificile de adaptare, în genere greu de anticipat. De regulă, este specific ramurile de vârf, deci nu are caracter dominant. Pentru a face faţă acestui tip de mediu, întreprinderea trebuie să se caracterizeze prin flexibilitate, supleţe, elasticitate a structurilor, în vederea adaptării rapide la un nou mod de acţiune, la noi metode. Mediul de marketing, reprezentat de forţele externe ale întreprinderii, influenţează direct sau indirect obiectivele, planurile, procedurile, activităţile şi rezultatele acestora, jucând un rol extrem de important în viaţa întreprinderilor. De aceea specialişti consideră că analiza mediului şi adoptarea unui proces sistematic de identificare a schimbărilor semnificative este foarte important pentru a prognoza impactul ce-l poate avea asupra organizaţiei. Impactul probabil asupra organizaţiei se poate materializa în patru categorii de răspuns la schimbările de mediu, ce impun ca tactică: 1. marketing activ - când schimbarea este clară şi impactul este semnificativ;. planuri pentru orice eventualitate - când probabilitatea schimbării este mică, dar impactul este mare; 3. monitorizare - când schimbări pot să apară, dar efectele nu sunt importante; 4. revizuire periodică - când şi posibilităţile schimbării şi impactul sunt de mică intensitate.

34 9. Strategia de piaţă definire şi tipologii Strategia de marketing desemnează liniile definitorii ale atitudini şi conduitei întreprinderii în vederea atingeri anumitor obiective. În funcţie de elementul vizat, strategia de marketing poate lua diverse concretizări: strategie de piaţă, de produs, de preţ, etc. Strategia marchează perioade definitorii în viaţa întreprinderii şi nu simple momente sau etape ale acesteia, cu semnificaţii minore în mersul ei general. Modalitatea de punere în aplicare a strategiei este domeniul tacticii de marketing. Aceasta implică acţiuni practice prin care întreprinderea îşi pune în valoare potenţialul, adaptându-se totodată condiţiilor concrete ale pieţei, astfel încât, pas cu pas, să se îndrepte spre obiective strategice pe care şi lea propus. Înscriindu-se într-un asemenea ansamblu, strategia de piaţă ocupă o poziţie centrală, dominantă în raport cu celelalte componente; ea reprezintă nucleul politicii de marketing. Ca nucleu al politicii de marketing, strategia de piaţă constituie punctul de plecare şi elementul de referinţă pentru toate celelalte strategii, care au un câmp relativ mai limitat, privind doar o anumită latură a activităţii întreprinderii sau obiective mai restrânse. Nu pot avea o existenţă de sine stătătoare strategii referitoare la produsele (serviciile) întreprinderii, la preţurile practicate, la sistemul comunicaţiilor cu piaţa etc., ci numai ca o continuare şi o concretizare a strategiei de piaţă pe care o urmează întreprinderea. Tipologia strategiilor de piaţă Variantele strategiei de piaţă, întâlnite în practică, acoperă o paletă destul de largă. Întreprinderea îşi va modela strategia în funcţie de poziţia sa faţă de principalele dimensiuni şi trăsături ale pieţei, schimbările pieţei, exigenţele pieţei şi nivelul concurenţei. a) Poziţia întreprinderii faţă de dinamica pieţei. Faţă de o piaţă a cărei capacitate potenţială se înscrie într-o tendinţă clară de dezvoltare, stagnare sau regres, întreprindea îşi poate propune, în concordanţă cu propriul său potenţial, una dintre următoarele variante strategice: - strategia creşterii, a dezvoltării activităţii de piaţă, caracteristică întreprinderilor aflate în expansiune, funcţionând în cadrul unor pieţe dinamice; - strategia menţinerii volumului activităţii pe piaţă, strategie indicată în condiţiile în care piaţa este saturată sau potenţialul întreprinderii este limitat, nepermiţând extinderea activităţii; - strategia restrângerii activităţii de piaţă. Are trăsăturile unei strategii de supravieţuire, practicat în condiţiile unei pieţe aflată într-un evident regres, ca urmare a revoluţiei tehnico-ştiinţifice, a mutaţiilor social economice. O asemenea strategie poate fi avută în vedere de o întreprindere care îşi proiectează pe termen lung reorientarea profilului de activitate şi, în consecinţă, deplasarea activităţii ei pentru o finalizare pe alte pieţe (restrângerea de pe o piaţă va fi compensată de extinderea pe o altă piaţă). b) Poziţia întreprinderii faţă de structurile pieţei. Prezenţa unor segmente în cadrul pieţei, cu particularităţi evidente în privinţa sortimentelor, şi calităţi articolelor solicitate de cumpărători, a obiceiurilor de cumpărare, etc., obligă întreprindea să adopte o anumită atitudine faţă de structura pe segmente a pieţei. Variantele strategice numite şi alternative de poziţie ce pot fi diferenţiate după acest criteriu sunt următoarele: - strategie nediferenţiată, când întreprinderea se adresează pieţei în mod global, fără a ţine sama de eventualele segmentări existente în cadrul ei. O astfel de strategie se poate întâlni în cazul unor

35 întreprinderi aflate la începutul activităţii lor. Ea este specifică însă şi întreprinderilor care exercită un anumit monopol pe piaţă, ori funcţionează pe pieţe în care oferta este sensibil depăşită de cerere; - strategie diferenţiată, când întreprinderea se adresează fiecărui segment în parte. O astfel de strategie este specifică mai ales întreprinderilor care acţionează pe pieţe relativ puţin segmentate. Se poate practica şi în cazul pieţelor cu segmente numeroase, însă numai de întreprinderi puternice, cu capacităţi mari şi diversificate de producţie; - strategie concentrată, când întreprinderea se raportează la un singur segment sau la un număr restrâns de segmente, adaptându-se specificului acestora. Este cazul întreprinderilor care îşi concentrează atenţia asupra acelor zone ale pieţei în care au şanse maxime de fructificare a potenţialului lor. c) Poziţia întreprinderii faţă de schimbările pieţei. Evoluţia cerinţelor pieţei uneori în direcţii neaşteptate, pune întreprinderilor probleme de adaptare dinamică, operativă la noile condiţii. Deoarece capacităţile de mobilizare ale întreprinderilor sunt diferite, variantele strategiilor aferente numite alternative de comportament - sunt următoarele: - strategia activă, caracterizează atitudinea întreprinderilor moderne, puternice, preocupate permanent de înnoire şi perfecţionare. În acest caz întreprinderile nu se mulţumesc să studieze şi să anticipeze schimbările pieţei, ci intervin efectiv pentru influenţarea sau chiar modelarea pieţei, pentru provocarea în cadrul acesteia a unor asemenea schimbări care să răspundă propriilor interese; - strategia adaptivă, când întreprinderea îşi propune să ţină pasul cu schimbările pieţei, anticipându-le şi intervenind din vreme cu modificări în activitatea sa, astfel încât să se adapteze prompt noilor condiţii; - strategia pasivă, specifică întreprinderilor cu potenţial redus, definind un comportament de aşteptare faţă de schimbările pieţei, adaptarea făcându-se abia în urma schimbărilor intervenite efectiv pe piaţă. d) Poziţia întreprinderii faţă de exigenţele pieţei. În acest caz strategia de piaţă poate lua una din următoarele variante: - strategia exigenţei ridicate, o asemenea variantă presupune satisfacerea la un nivel cât mai ridicat a exigenţelor pieţei, uneori chiar depăşirea acestora, caracteristică firmelor de prestigiu; - strategia existenţei medii, caracteristică întreprinderilor cu un potenţial modest şi care acţionează în cadrul unor pieţe unde există diferenţieri între cumpărători şi în funcţie de nivelul exigenţelor; - strategia existenţei reduse, se plasează la periferia marketingului, dar se poate totuşi practica pe o scară largă în condiţiile penuriei, ca şi ale unei competiţii slabe între ofertanţi. e) Poziţia întreprinderii faţă de nivelul competiţiei. În cele mai multe cazuri, întreprinderile acţionează într-un mediu competitiv. La rândul ei, concurenţa are cote variabile, în funcţie de numărul şi forţa de acţiune a competitorilor, precum şi în funcţie de raportul general dintre cerere şi ofertă. Astfel s-au cristalizat două variante de strategii: - strategia ofensivă (uneori chiar agresivă), urmată de întreprinderile puternice, cu poziţii consolidate în cadrul pieţei, sau de întreprinderile noi venite care dispun de un avantaj competitiv deosebit. De fapt, prin această strategie se promovează strategia creşterii cotei de piaţă a întreprinderii respective; - strategia defensivă, caracteristică întreprinderilor cu o poziţie relativ modestă în cadrul pieţei. Raportată la obiectivele urmărite de întreprindere, la perspectiva locului deţinut în cadrul pieţei, această strategie se poate concretiza în două variante: o Strategia menţinerii cotei de piaţă; o Strategia restrângerii cotei de piaţă, utilizată atunci când forţa defensivă a întreprinderii este redusă iar concurenţa este foarte puternică. 10. Mixul de marketing definire şi alcătuire Mixul de marketing reprezintă combinarea ansamblului politicilor: 1) de produs, ) preţ, 3) distribuţie si 4) promovare utilizat de o companie pentru atingerea obiectivelor de marketing pe piata-tinta/piata potenţială. Mixul de marketing reprezinta un concept esential al teoriei marketingului modern, fiind cunoscut si sub denumirea de cei "4 P": 1) produs, ) pret, 3) plasare (distributie) si 4) promovare/comunicare. Ideea antrenării resurselor, în combinaţii diferite, astfel încât să permită întreprinderii realizarea unui contact eficient cu piaţa, a condus la naşterea conceptului de marketing-mix.

36 Prin conceptul de marketing-mix se poate înţelege orientarea activităţii de marketing a întreprinderii în funcţie de resursele interne şi de condiţiile pieţei, prin combinarea într-un tot unitar, coerent, sub forma unor programe, ale elementelor politicii de produs, de preţ, de distribuţie şi de promovare. Alcătuirea mixului Structura concretă a mixului, adică poziţia ocupată de fiecare dintre elementele sale componente va depinde de posibilităţile întreprinderii şi de solicitările pieţei, dar se va avea în vedere şi optica decidentului, capacitatea lui de a realiza cea mai inspirată combinaţie de instrumente corespunzătoare condiţiilor concrete în care îşi desfăşoară activitatea. Numărul combinaţiilor posibile, dintre care urmează a fii reţinută una, este extrem de mare. Aceasta, deoarece cele patru componente ale mixului nu reprezintă instrumente singulare, ci adevărate ansambluri de instrumente. Referitor la prima şi cea mai importantă componentă a mixului produsul, se constată că întreprinderea poate opera asupra conţinutului şi calităţii produsului, asupra ritmului de înnoire, a gradului de diversificare sortimentală, asupra numelui şi mărcii produsului, ş.a. O gamă largă de posibilităţi de alegere există şi în privinţa celorlalte elemente ale mixului. Rezultă de aici că fiecare dintre cele patru componente ale mixului poate constitui o adevărată constelaţie de instrumente, din care se aleg cele mai potrivite condiţiilor date şi se alcătuieşte o combinaţie adică un submix. Se poate ajunge deci, în cadrul mixului de marketing la un submix al produsului, la un submix al preţului, ş.a. Nota caracteristică a mixului de marketing va fii dată de piaţa în care acesta ar urma să se aplice practic. De regulă, în cadrul celor patru componente ale mixului, accentul cade asupra primei componente - politica de produs, - deoarece produsul este principalul mijloc de comunicare a întreprinderii cu piaţa. În unele situaţii însă cu aceleaşi produse pot fii menţinute pieţele existente şi chiar cucerite altele noi. În acest caz, în mixul de marketing, accentul va cădea asupra altui element, şi anume: poate fi avută în vedere o amplificare a activităţilor promoţionale, alegerea unor canale şi forme mai eficiente de distribuţie, şi altele. De aici rezultă următoarele concluzii: 1. Poziţia şi ordinea de importanţă a celor patru elemente ale mixului de marketing variază în funcţie de condiţiile concrete ale implementării mixului, de specificul strategiei în slujba căruia este pus.. Mixul de marketing nu conţine în mod obligatoriu şi în toate cazurile ansamblul celor patru componente ale sale. El se poate limita la două, trei sau chiar la un singur element. 5. Transfer de căldură şi agregate termice 1. Schimbul de căldură în agregatele termice. Noţiuni de bază, mărimi caracteristice ale transferului de căldură.. Transformarea energiei chimice în energie calorică. Clasificarea combustibililor. 3. Transformarea energiei electrice în energie calorică. Încălzirea cu rezistori electrici şi prin inducţie. 4. Construcţia sistemelor de încălzire. Arzătoare şi injectoare. Clasificare. 5. Recuperarea căldurii produselor de ardere. Efectele preîncălzirii aerului de combustie. 1. Schimbul de căldură în agregatele termice. Noţiuni de bază, mărimi caracteristice ale transferului de căldură. Transmiterea căldurii reprezintă procesul de transfer al energiei interne în interiorul aceluiaşi sistem termodinamic, din zonele cu temperaturi mai mari spre zonele cu temperaturi mai mici, sau între sisteme diferite, aflate la temperaturi diferite, de la sistemul cu temperatură mai mare spre cel cu temperatură mai mică. În consecinţă, căldura poate fi identificată numai la graniţa dintre sistemele care interacţionează şi există numai atâta timp cât există o diferenţă de temperatură între acestea. Fiind o mărime de proces şi nu de stare nu este o diferenţială exactă. Transmiterea căldurii este un fenomen prin excelenţă ireversibil şi dependent de timp, fenomen care respectă principiile termodinamicii. Principiul I este respectat prin faptul că energia internă cedată de către sistemul mai cald este egală cu energia internă primită de către sistemul mai rece. Principiul al IIlea este de asemenea respectat având în vedere formularea lui Clausius referitoare la sensul spontan de

37 trecere a căldurii: căldura trece spontan (de la sine) numai de la temperaturi ridicate spre temperaturi coborâte. Cercetările teoretice şi experimentale au pus în evidenţă caracterul deosebit de complex al acestui fenomen. Din această cauză, studiul transferului de căldură a fost împărţit în trei mari capitole, capitole corespunzătoare celor trei fenomene simple, principial diferite, de transmitere a căldurii şi anume: conducţia termică; convecţia termică; radiaţia termică. Conducţia termică - energia termică este transportată de la un punct al mediului spre altul prin intermediul interacţiunii dintre atomii şi moleculele materiei fără a fi implicată o mişcare în ansamblu a acesteia. Convecţia termică - reprezintă modul de transfer prin care energia termică este transportată de un fluid în mişcare, particulele fluidului acţionând ca nişte transportori de energie termică. Radiaţia termică - energia termică se transmite datorită undelor electromagnetice şi nu necesită un suport material, dimpotrivă, cu cât mediul în care are loc transferul prin radiaţie este mai apropiat de vidul absolut, cu atât radiaţia termică este mai pregnantă. În majoritatea cazurilor reale, la transferul de căldură participă toate cele trei fenomene simple. Pentru a complica şi mai mult lucrurile constatăm că există situaţii în care apar transformări de fază (vaporizare, condensare, sublimare, etc.), fenomene ce se suprapun peste transmiterea căldurii. Acestea modifică foarte mult transferul de căldură, de aceea pentru a înţelege în profunzime aceste procese, se apelează deseori la cercetări experimentale. Mărimi caracteristice ale transferului de căldură Procesul de transfer de căldură este strâns legat de distribuţia temperaturii în mediul respectiv. Totalitatea valorilor de temperatură prin care se caracterizează punctele unui corp se numeşte câmp termic. Temperatura este o mărime termică de stare, scalară, care caracterizează gradul de încălzire al unui corp. La cazul general, temperatura este o funcţie de timp şi de coordonatele punctului la care ne referim. Dacă temperatura variază în timp, câmpul termic se numeşte nestaţionar t 0. Dacă temperatura nu τ t variază în timp câmpul se numeşte staţionar (sau permanent = 0 ). τ Locul geometric al punctelor care au aceiaşi temperatură se numeşte suprafaţă izotermă. Din definiţia acesteia rezultă că suprafeţele izoterme nu se intersectează. Fluxul de căldură (flux termic), notat Q, reprezintă energia termică ce se transferă printr-un corp sau prin suprafaţa unui corp (sistem) altui corp (sistem), în unitatea de timp. Q = E τ Densitate fluxului de căldură, notată q, este o mărime vectorială şi reprezintă fluxul de căldură ce traversează unitatea de suprafaţă:, [W] Q q =, [W/m ]. s. Transformarea energiei chimice în energie calorică. Clasificarea combustibililor. Clasificarea combustibililor Clasificarea combustibililor se face în principal după originea lor şi după starea lor de agregare. Ca atare, combustibilii de tot felul se împart în combustibili naturali şi artificiali, fiecare categorie, la rândul ei subîmpărţindu-se în combustibili solizi, lichizi şi gazoşi. 1.Combustibili solizi Combustibilii solizi pot fi împărţiţi în două mari categorii:

38 a) naturali lemn, turbă, cărbune brun, huilă, antracit, etc.; b) artificiali cărbune de lemn, cocs, praf de cărbune, etc. Aceşti combustibili se obţin din combustibilii naturali prin diferite metode fizico-mecanice (îmbogăţire, clasare, brichetare, etc.) şi fizico-chimice (carbonizare, cocsificare, etc.). Combustibilii solizi naturali sunt de origine vegetală şi sunt caracterizaţi, în afară de datele analizei chimice elementare şi prin datele aşa numitei analize tehnice. Prin analiză tehnică se determină: - umiditatea; - materiile volatile; - conţinutul de cenuşă; - conţinutul de sulf; - puterea calorifică.. Combustibili lichizi a) Combustibil lichid natural este doar ţiţeiul, care în stare brută nu se foloseşte ca şi combustibil deoarece distilarea lui este mult mai economică. b) Ca şi combustibili lichizi artificiali avem produsele care rezultă în urma procesului de distilare a ţiţeiului. Dintre acestea putem amintii: motorina, combustibili lichizi uşori (c.l.u.), combustibili lichizi grei (c.l.g.) păcura. Câteva din proprietăţile fizice ale combustibililor lichizi sunt: - viscozitatea este importantă pentru transportul combustibililor lichizi prin conducte şi pulverizarea lor; - tensiunea superficială importantă în procesul de pulverizare a combustibililor lichizi pentru ardere; - densitatea cuprinsă între 0,86 1,06 kg/dm 3 ; - temperatura de inflamabilitate este temperatura cea mai joasă la care combustibilul emite o cantitate suficientă de vapori, pentru a forma un amestec inflamabil; - conţinutul de impurităţi mecanice trebuie să fie < 1 %, pentru a nu obtura conductele şi duzele arzătorului; - indicele de cocsare o măsură a depunerii de cocs pe capul arzătorului; - conţinutul de sulf trebuie să fie cât mai scăzut deoarece sulful este un element nociv pentru instalaţiile de ardere şi pentru procesele tehnologice, datorită faptului că prin ardere formează bioxid de sulf (SO ), care se combină cu apa şi formează acizi; - puterea calorifică - este mare (40000 4000 kj/kg). Puterea calorifică reprezintă cantitatea de căldură care se degajă când arde o cantitate de combustibil egală cu unitatea. Se măsoară în [kcal/kg, kj/kg, kj/kmol, kj/m 3 N, etc.). puterea calorifică superioară reprezintă cantitatea de căldură degajată prin arderea completă a unei unităţi din acel combustibil, produsele de ardere fiind aduse a o temperatură mai mică de temperatura de condensare a vaporilor de apă (10 0 C); puterea calorifică inferioară reprezintă cantitatea de căldură degajată prin arderea completă a unei unităţi din acel combustibil, produsele de ardere fiind aduse a o temperatură superioară temperaturii de condensare a vaporilor de apă. 3. Combustibili gazoşi. La fel ca şi la combustibilii lichizi şi în cazul acestor combustibili avem: a) Combustibil gazos natural gazul metan; b) Combustibili gazoşi artificiali gazul de furnal, gazul de cocserie, gazul de generator, gazul de cubilou, etc. Aceşti combustibili prezintă unele avantaje faţă de ceilalţi combustibili prezentaţi până acum: - posibilitate mai bună de amestecare cu aerul necesar arderii; - arderea complectă, se poate realiza cu exces minim de aer; - transportul combustibilului la consumator se poare realiza mai uşor; - exploatarea instalaţiilor de ardere este mai uşoară şi mai sigură; - nu se produc reziduuri de ardere. Pe lângă aceste avantaje utilizarea combustibililor gazoşi prezintă şi unele dezavantaje: - prezintă pericol mai mare de explozie; - puterea calorifică este mai mică.

39 3. Transformarea energiei electrice în energie calorică. Încălzirea cu rezistori electrici şi prin inducţie. A. Încălzirea cu rezistori electrici Acest procedeu are la bază transformarea energiei electrice în căldură conform legii lui Joule- Lennz. Astfel, la nivelul unui rezistor străbătut de curent electric se dezvoltă o cantitate de căldură Q r, care se poate calcula cu ajutorul relaţiei: U Q r = R I =, [W] (1) R unde: R rezistenţa rezistorului electric, [Ω]; I intensitatea curentului electric care circulă prin rezistor, [A]; U tensiunea aplicată rezistorului, [V]. Rezistenţa electrică a unui rezistor se poate determina cu ajutorul relaţiei: ρ l R = () S relaţie în care: ρ - rezistivitatea materialului din care este executat rezistorul, [Ω m]; ρ = ρ0 ( 1 α t r ) (3) ρ 0 rezistivitatea materialului în condiţii standard, [Ω m]; α - coeficientul de dilatare a rezistorului, [grd -1 ]; t r temperatura la care se află rezistorul; l lungimea rezistorului, [m]; S aria secţiunii rezistorului, [m ]. În practica metalurgică se deosebesc două tipuri de încălzire cu ajutorul rezistorilor electrici: a) încălzire directă transformarea energiei electrice în căldură se face chiar la nivelul încărcăturii agregatului termic, aceasta constituind ea însăşi rezistorul electric al circuitului; b) încălzire indirectă transformarea energiei electrice în căldură se face la nivelul unor rezistori situaţi în afara încărcăturii, amplasaţi pe zidăria cuptorului. În primul caz, rezistorul fiind însăşi încărcătura, temperatura necesară procesului se asigură prin reglarea curentului care circulă prin încărcătură, astfel încât să se obţină temperatura finală de încălzire la suprafaţa încărcăturii. Pentru al doilea caz temperatura necesară procesului se asigură prin reglarea curentului prin rezistorii, dimensionaţi anterior, astfel încât aceştia să dezvolte cantitatea de căldură cerută de proces. B. Încălzirea prin inducţie Metoda constă în transformarea în căldură a energiei electromagnetice care ia naştere într-un conductor masiv, situat în câmpul magnetic variabil în timp, produs de o bobină (inductor). Conductorul masiv este însăşi încărcătura, iar încălzirea sau topirea are loc tot prin efectul Joule- Lenz, al curenţilor turbionari care apar în interiorul încărcăturii. Cantitatea de căldură dezvoltată prin inducţie electromagnetică se poate determina cu ajutorul relaţiei: Q i = P, [W] (4) şi conform literaturii de specialitate, în cazul în care încărcătura are formă cilindrică puterea P este dată de relaţia: 4 π r P = 10 Is µ f ρ h unde: r raza încărcăturii cilindrice, [m]; h înălţimea încărcăturii cilindrice, [m]; I s curentul electric care circulă prin indus, [A]; f frecvenţa curentului electric care circulă prin inductor, [Hz]; µ - permeabilitatea magnetică a încărcăturii, [H/m]; ρ - rezistivitatea electrică a încărcăturii, [Ω m]., [W] (5)

40 În cuptoarele şi instalaţiile de încălzire prin inducţie transformarea energiei electromagnetice în căldură se face în însăşi masa încărcăturii sau a pieselor de încălzit, ceea ce conferă acestui procedeu o viteză de încălzire superioară metodelor de încălzire indirectă. Faţă de încălzirea directă, prin rezistor, încălzirea prin inducţie prezintă marele avantaj că nu necesită contacte electrice, ceea ce simplifică mult construcţia instalaţiei şi permite utilizarea acestei metode în condiţiile producţiei automatizate în flux tehnologic, în vid sau în medii protectoare. Ca urmare a pătrunderii limitate a câmpului electromagnetic în straturile superficiale a pieselor, la frecvenţe ridicate se poate realiza o încălzire rapidă a suprafeţelor pieselor cu scopul călirii superficiale. Încălzirea prin inducţie se utilizează din ce în mai mult la topirea metalelor şi aliajelor sau la menţinerea lor în stare topită. Sub acţiunea forţelor electrodinamice sau de natură termică, metalul lichid este în continuă mişcare, ceea ce favorizează obţinerea unor compoziţii chimice omogene şi a unei încălziri uniforme. 4. Construcţia sistemelor de încălzire. Arzătoare şi injectoare. Clasificare. A. Arzătoare Denumirea de arzător se foloseşte aproape în exclusivitate pentru instalaţiile de ardere a combustibililor gazoşi. Arzătoarele se aleg în funcţie de necesităţile impuse instalaţiei de ardere, pentru a se realiza următoarele deziderate: - menţinerea constantă a raportului cantităţilor de combustibil şi aer necesar arderii şi realizarea amestecării lor corespunzătoare; - realizarea în spaţiul de lucru a unei atmosfere oxidante, neutre sau reducătoare în funcţie de necesităţile procesului tehnologic; - realizarea unei arderi stabile în limitele necesare de reglaj ale sarcinii termice; - realizarea unei flăcări de o anumită lungime, rigiditate şi câmp de temperaturi, corespunzătoare dimensiunii spaţiului de ardere şi procesului tehnologic; - realizarea procesului de ardere cu randament ridicat (pierderi minime, prin ardere chimică incomplectă). Nu se poate vorbi de arzătoare universale care pot fi folosite în orice instalaţii de ardere. Rezultă astfel o varietate foarte mare de soluţii constructive de arzătoare în practica industrială. Clasificarea arzătoarelor pentru combustibili gazoşi Un prim criteriu de clasificare al arzătoarelor este după modul de realizare a amestecului dintre gaz şi aer: - arzătoare cu amestecare interioară (cu pre-amestecare) care pot fi: - cu pre-amestecare complectă amestecul aer-gaz se realizează în interiorul arzătorului, la ieşirea din arzător se obţine un amestec combustibil cu λ 1; - cu pre-amestecare parţială numai o parte din aerul necesar arderii este amestecat cu combustibilul în interiorul arzătorului (λ <1), restul fiind introdus separat în spaţiul de ardere; - arzătoare cu amestecare exterioară la care aerul şi combustibilul se introduc în fluxuri separate în spaţiul de ardere, amestecarea realizându-se în spaţiul focarului. După modul de introducere a aerului în instalaţia de ardere, arzătoarele pot fi: - arzătoare cu aer inspirat datorită tirajului din focar; - arzătoare cu autoaspiraţie, în care aerul este parţial sau total aspirat prin ejecţie datorită energiei cinetice a gazului; - arzătoare cu aer insuflat cu ajutorul ventilatoarelor. După modul cum se realizează arderea: - arzătoare cu flacără, la care arderea are loc cu flacără vizibilă în spaţiul focarului; - arzătoare fără flacără, la care arderea are loc în tunele din material refractar, amplasate înainte de spaţiul de lucru al focarului. După valoarea suprapresiunii gazelor combustibile înainte de arzător: - arzătoare de joasă presiune p g < 5 10 3 N/m ; - arzătoare de presiune redusă 5 10 3 N/m < p g < 10 5 N/m ; - arzătoare de presiune medie 10 5 N/m < p g < 6 10 5 N/m ; - arzătoare de presiune înaltă p g > 6 10 5 N/m ; După puterea calorifică a gazelor combustibile:

41 - arzătoare pentru gaze sărace (gaz de furnal, de generator etc.); - arzătoare pentru gaze bogate (gaze naturale, lichefiate). B. Injectoare Injectoarele sau arzătoarele de combustibil lichid au o funcţie suplimentară, şi anume, transformarea jetului continuu de lichid în particule foarte fine, fenomen cunoscut sub numele de pulverizare. De gradul de pulverizare depinde, în cea mai mare măsură, randamentul arderii deoarece cu cât gradul de pulverizare este mai ridicat cu atât se realizează o ardere mai bună. În funcţie de modul cum se realizează pulverizarea injectoarele se clasifică astfel: - injectoare cu pulverizare mecanică caracterizate prin faptul că pulverizarea combustibilului lichid se efectuează pe baza energiei cinetice a vânei de lichid sub presiune care ţâşneşte cu viteză mare printr-un orificiu de diametru mic, numit duză; - injectoare cu agent de pulverizare care pot fi: - injectoare pneumatice cu aer sau abur la care pulverizarea combustibilului se realizează pe seama energiei cinetice a fluidului auxiliar destins într-un ajutaj; - injectoare pneumo-mecanice care realizează pulverizarea combustibilului folosind atât energia cinetică a vânei de lichid sub presiune, cât şi energia cinetică a lichidului auxiliar; - injectoare cu gazeificare concepute astfel încât combustibilul lichid încălzit la temperaturi ridicate, să se vaporizeze şi să se gazeifice într-o cameră specială; - injectoare cu pulverizare ultrasonică caracterizate prin faptul că efectul de pulverizare se obţine pe seama energiei undelor ultrasonice. 5. Recuperarea căldurii produselor de ardere. Efectele preîncălzirii aerului de combustie. Prin preîncălzirea aerului de combustie se economiseşte combustibil, întrucât creşte ponderea capitolului de bilanţ termic căldura iniţială a aerului de combustie şi scade cea a capitolului căldura de ardere a combustibilului. Calculul economiei de combustibil B ce se realizează prin trecerea funcţionării unui cuptor de la arderea debitului de combustibil B cu aer rece (a cărui entalpie iniţială o neglijăm) la arderea cu aer preîncălzit la temperatura t a respectiv având entalpia iniţială i a, se face scriind că aportul de căldură al combustibilului economisit este acoperit de cel al aerului preîncălzit, adică : B H i = L(B - B) i a () unde: H i - puterea calorifică a combustibilului ; L - aerul necesar arderii; B economia de combustibil; Relaţia () mai poate fi scrisă sub forma : B(H i L i a ) =L B i a (3) de unde rezultă expresia de calcul a economiei de combustibil : B B = (4) Hi 1 1 L ia Întrucât raportul H i /L este o caracteristică a fiecărui combustibil, rezultă că economia de combustibil este cu atât mai mare cu cât are o valoare mai mare entalpia i a a aerului preîncălzit, adică cu cât aerul este preîncălzit la temperatură mai ridicată. Economia relativă de combustibil se determină cu relaţia : B 1 = 100, [%] (5) B Hi 1 1 L i a Creşterea temperaturii de ardere a combustibilului. Temperatura de ardere, cu aer preîncălzit, a unui combustibil de putere calorifică H i [kj/kg)] se exprimă cu relaţia : Hi Qa Tard =, [K] (6) cg Vg unde : Q a - cantitatea de căldură adusă de aerul preîncălzit necesar arderii cantităţii unitare de combustibil, [kj/kg];

4 V g - volumul produselor arderii cantităţii unitare de combustibil, [m 3 N /kg]; c g - căldura specifică a acestor produse de ardere (gaze arse), [kj/(m 3 N K)]. La arderea combustibilului cu aer rece Q a 0, deci temperatura de ardere creşte prin preîncălzirea aerului de combustie. Acest efect este mai pregnant la combustibilii săraci (cu putere calorifică mică). Creşterea temperaturii de ardere atrage după sine şi creşterea temperaturii cuptorului. Dacă acest lucru nu este dorit atunci el poate fi contracarat prin mărirea coeficientului de exces de aer sau chiar prin aspirare de aer fals în cuptor. Această măsură poate fi aplicată şi din considerentul că, prin reducerea debitului de combustibil scade şi debitul gazelor de ardere, fapt ce ar putea înrăutăţi circulaţia gazelor în incinta de lucru a cuptorului (acest efect poate fi compensat şi prin reducerea volumului incintei). Creşterea vitezei de ardere a combustibilului. Prin folosirea aerului de combustie preîncălzit, crescând temperatura de ardere se măreşte şi reactivitatea chimică a componenţilor participanţi la ardere, deci creşte viteza de ardere. Aceasta are efecte favorabile, deoarece asigură arderea mai completă a combustibilului (excesul de aer poate fi redus la minim) şi scade lungimea flăcării. 6. Bazele teoretice ale proceselor metalurgice 1. Reducerea oxizilor de fier cu hidrogen şi monoxid de carbon.. Reducerea oxizilor de fier cu carbon. 3. Disocierea carbonaţilor. 4. Enumeraţi condiţiile necesare pentru defosforare. 5. Enumeraţi condiţiile necesare pentru desulfurare. 6. Prezentaţi metodele de dezoxidare a oţelurilor. 7. Caracterizarea zgurilor metalurgice (bazicitatea, vâscozitatea). 8. Decarburarea oţelului. 1. Reducerea oxizilor de fier cu hidrogen şi monoxid de carbon. Conform principiul succesiunii transformărilor (principiul lui Baikov), reducerea oxidului superior de fier Fe O 3 se realizează treptat, trecându-se prin toate fazele intermediare stabile în condiţiile date. Cum oxidul inferior de fier FeO este stabil numai la temperaturi mai mari de 57 0 C (845K), sunt posibile două succesiuni diferite în procesele de reducere a oxidului Fe O 3 : - la temperaturi t> 57 0 C : Fe O 3 Fe 3 O 4 FeO Fe - la temperaturi t< 57 0 C : Fe O 3 Fe 3 O 4 Fe Pentru realizarea reducerii oxidului superior de fier până la fierul metalic este necesar să aibă loc patru tipuri reacţii de reducere diferită, care se repetă la fiecare din reducători folosiţi. Reducerea oxizilor de fier cu oxid de carbon, prezentată grafic în fig.1 şi cu hidrogen, prezentată grafic în fig., decurge după următoarele reacţii: La T > 57 o C: 3Fe O 3 CO = Fe 3 O 4 CO ; (1) Fe 3 O 4 CO = 3FeO CO ; () FeO CO = Fe CO ; (3) La T < 57 o C: 3Fe O 3 CO = Fe 3 O 4 CO ; (1) Fe 3 O 4 CO = 3Fe 4CO ; (4) La T > 57 o C: 3Fe O 3 H = Fe 3 O 4 H O ; (5) Fe 3 O 4 H = 3FeO H O ; (6) FeO H = Fe H O; (7) La T < 57 o C: 3Fe O 3 H = Fe 3 O 4 H O ; (5) Fe 3 O 4 4H = 3Fe 4H O ; (8)

43 Fig.1. Diagrama reducerii oxizilor de Fe cu CO Fig..Diagrama reducerii oxizilor de Fe cu H Reacţiile (1), (3), (4), (5) au caracter exoterm, iar reacţiile (), (6), (7), (8) au caracter endoterm. În cazul reacţiilor exoterme se observă că pe măsură ce temperatura creşte amestecul reducător trebuie să fie mai bogat în componentul reducător şi invers pentru cele endoterme, mai bine zis, în amestecul reducător poate scădea componentul reducător (CO, H ). Curbele de echilibru pentru reacţiile (), (3) şi (4) se intersectează în acelaşi punct α de coordonate 57 0 C şi 5,4% CO, respectiv curbele (6), (7) şi (8) în α, de coordonate 57 0 C şi 75% H. Suprapunerea celor două diagrame (fig.3), permite să se constate că din punct de vedere termodinamic la temperaturi sub 810 o C monoxidul de carbon CO este un reducător mai eficient al oxizilor de fier decât hidrogenul. Dimpotrivă, hidrogenul este un reducător mai eficient al oxizilor de fier decât monoxidul de carbon la temperaturi mai mari de 810 o C. Fig.3. Diagrama combinată de reducere a oxizilor de fier cu CO şi H.. Reducerea oxizilor de fier cu carbon. În principiu sunt posibile următoarele reacţii de reducere a oxizilor de fier cu carbon: a) După schema: MeO C = M e CO Peste 57 o C: 6Fe O 3 C = 4Fe 3 O 4 CO Fe 3 O 4 C = 6FeO CO FeO C = Fe CO Sub 57 o C: 6Fe O 3 C = 4Fe 3 O 4 CO Fe 3 O 4 C = 3Fe CO b) După schema: MeO C = Me CO Peste 57 o C: 3Fe O 3 C = Fe 3 O 4 CO Fe 3 O 4 C = 3FeO CO

44 FeO C = Fe CO Sub 57 o C: 3Fe O 3 C = Fe 3 O 4 CO Fe 3 O 4 4C = 3Fe 4CO Pentru procesele siderurgice prezintă interes numai două din aceste reacţii, şi anume: Fe 3 O 4 C = 3FeO CO FeO C = Fe CO Toate reacţiile de reducere a oxizilor de fier cu carbon sunt endoterme. În furnal însă Fe 3 O 4 şi o bună parte din FeO sunt reduşi cu oxidul de carbon şi hidrogen, pe seama carbonului rămânând doar o cantitate mică de FeO. Studiul echilibrului reacţiilor de reducere cu carbon a Fe 3 O 4 şi FeO se poate face în bune condiţii recurgând la schemele: Fe 3 O 4 CO = 3FeO CO CO C = CO Fe 3 O 4 C = 3FeO CO şi FeO CO = FeO CO CO C = CO FeO C = Fe CO adică studiind echilibrul comun al reacţiilor de reducere cu CO şi al reacţiei Bell-Boudouard.. Suprapunând peste curbele de echilibru a reacţiilor de reducere a oxizilor de fier cu CO curba reacţiei Bell-Boudouard fig.1, se obţin la intersecţia lor punctele a şi b, temperaturile corespunzătoare acestor puncte fiind 650 0 C pentru punctul a (corespunzător Fe 3 O 4 ) şi 700 0 C pentru punctul b (corespunzător FeO ). Compoziţia fazei gazoase pentru punctul a este de 41%CO şi 59%CO, iar pentru punctul este de 58%CO şi 4%CO. Reacţiile de reducere directă având caracter endoterm sunt favorizate de creşterea temperaturii. Referitor la influenţa presiunii asupra reducerii oxizilor de fier cu carbon se manifestă în virtutea faptului că acest proces decurge cu creşterea de volum şi, conform principiului Lechatelier, este favorizat de scăderea presiunii în sistem. În fig. sunt prezentate următoarele domenii de stabilitate: sub 650 0 C este stabil Fe 3 O 4, între 650 0 C şi 700 0 C este stabil FeO, iar peste 700 0 C este stabil fierul metalic. De menţionat faptul că o reducere a ponderii reacţiilor de reducere directă conduce la reducerea consumului specific de cocs. Fig.1. Diagrama reducerii cu C a Fe 3 O 4 şi FeO Fig.. Domeniile de stabilitate a oxizilor de fier şi fierului în prezenţa carbonului şi a oxizilor săi la P =1 atm. 3. Disocierea carbonaţilor. Disocierea este un proces de descompunere termică, reacţia de disociere fiind endotermă, ecuaţia generală a disocierii fiind : MeCO 3 MeO CO ; H > 0 a) Disocierea carbonatului de calciu Formele naturale cele mai răspândite ale carbonatului de calciu sunt calcarul, creta, marmura şi calcita. Disocierea termică a calcarului are loc în cuptoare speciale pentru obţinerea varului dar şi direct,

45 în agregatele siderurgice (furnale, benzi de aglomerare, cuptor electric cu arc, convertizor cu oxigen etc). Reacţia de disociere a carbonatului de calciu este: CaCO 3 (calcită) CaO (s) CO De regulă varul se obţine in cuptoare verticale şi in cele orizontale rotative, utilizând în majoritatea cazurilor ca agent termic gazul metan (sau amestec gaz metan gaz de cocserie) sau păcura. Pentru utilizarea la oţelării ca fondant (formarea şi corecţia compoziţiei chimice a zgurii), varul trebuie să fie ars proaspăt ( se evită astfel absorţia apei, sursă de hidrogen în oţel), motiv pentru care majoritatea oţelăriilor dispun de fabrici de var proprii, în caz contra aprovizionarea cu var se face cu containere închise. Temperatura de disociere este de 910 0 C. b) Disocierea carbonatului de magneziu Carbonatul de magneziu se află în stare naturală sub formă de magnezită, care reprezintă materia primă pentru fabricarea materialelor refractare magnezitice, cu largă utilizare în siderurgie. Reacţia de disociere a carbonatului de magneziu ( la temperatura de 637 0 C) este: MgCO 3 MgO CO c) Disocierea dolomitei Dolomita este un dublu carbonat de calciu şi magneziu, folosit pentru obţinerea materialelor refractare dolomitice (blocuri, cărămizi, mase refractare) şi uneori ca fondant. Disocierea termică a dolomitei are loc în două etape (de regulă în cuptoare orizontale rotative): I. CaMg(CO 3 ) = CaCO 3 MgO CO II. CaCO 3 = CaO CO MgCO 3 = MgO CO Disocierea in etapa I are loc la temperatura de 77 0 C, iar în etapa II la 910 0 C. d) Disocierea carbonatului de fier Carbonatul de fier se găseşte în natură sub formă de siderită. Înainte de a fi utilizată la elaborarea fontei, siderita este supusă unui proces de calcinare în cuptoare verticale, orizontale sau pe benzile. I. FeCO 3 = FeO CO II. 3FeO CO = Fe 3 O 4 CO 3FeCO 3 = Fe 3 O 4 3CO CO Disocierea sideritei are loc la temperatura de 396 0 C. În prezent utilizarea sideritei in procesul de elaborare a fontei, impune obligatoriu prăjirea (calcinarea) acestei şi concentrarea magnetică, rezultând astfel un concentrat de fier cu 50 55%Fe. Procedând in acest fel se sigură o reducere a consumului specific de cocs la furnal şi o creştere a productivităţii acestuia. Concentratul obţinut se procesează în continuare prin aglomerare, iar sterilul rezultat se depozitează in iazuri. 4. Enumeraţi condiţiile necesare pentru defosforare. Fosforul reprezintă un element nedorit în oţel provocând fragilitate la rece, micşorând rezilienţa şi celelalte proprietăţi de plasticitate mai ales în prezenţa arsenului sau a unor conţinuturi mai mari de carbon, în special la temperaturi joase. Oxidarea P începe după a Si conform reacţiei: [P] 8 (FeO) ((FeO) 3 P O 5 ) 5 [Fe] Reacţia de defosforare are caracter exoterm, deci decurge intens la temperaturi relativ joase şi sub o zgură oxidantă, deci bogată in FeO. Defosforarea se intensifică cu creşterea conţinutului de (FeO) liber şi cu scăderea temperaturii. Este însă indicat o creştere a puterii de oxidare a zgurii decât o scădere a temperaturii, aceasta trebuind obligatoriu să se încadreze în limitele tehnologice bine definite pentru orice marcă de oţel. la temperaturi ridicate putând avea loc reacţia: [Fe 3 P] 5 (MnO) 5 [Mn] 6 [Fe] (P O 5 ) Defosforarea începe în perioada de topire, când zgura este acidă dar cu temperatură scăzută (1400 o C). Deoarece cu creşterea temperaturii scade stabilitatea fosfatului de fier, acesta se disociază şi are loc reducerea acestuia cu carbon după reacţia: (P O 5 ) 5 [C] = [P] 5 {CO} Ca urmare a acestei reacţii are loc refosforarea băii metalice, motiv pentru care în practică se leagă oxidul de fosfor, oxid cu caracter acid (la fel ca şi cel de siliciu) de un oxid cu caracter puternic bazic (FeO şi MnO au un caracter slab bazic), acesta fiind CaO. Acest proces are loc după reacţia: (P O 5 ) 3(CaO) = ((CaO) 3 P O 5 )

46 Ca urmare reacţia generală de defosforare este de forma: [P] 5 (FeO) 3(CaO) ((CaO) 3 P O 5 ) 5 [Fe] Ca urmare defosforarea prin intermediul zgurii decurge în condiţii bune şi se obţine o defosforare avansată în cazul în care zgura conţine mult (FeO) şi (CaO) în stare liberă. Dacă avem în vedere şi temperatura, putem scoate în evidenţă condiţiile de bază pentru o defosforare avansată, astfel: a. temperatura relativ joasa, ceea ce înseamnă a fructifica acest avantaj în timpul topirii, cu evacuarea zgurii de topire bogate în fosfor (dacă zgura nu conţine elemente de aliere); b. zgură cu putere mare de oxidare, respectiv bogată în FeO; c. zgură bazică, bogată în CaO, cu cât zgura este mai bazică, cu atât fosfatul de calciu ((CaO) x P O 5 ) este mai stabil; Fig.1. Variaţia raportului de repartiţie a fosforului în funcţie de conţinutul de FeO din zgură şi de bazicitatea zgurii. Zgura bogata în CaO şi FeO o numim zgură activă. Temperatura trebuie menţinută obligatoriu în limitele tehnologice, adică trebuie să crească până la limita admisă pentru a avea loc procesul de decarburare şi desulfurare. Defosforarea mai depinde şi de alţi oxizi din zgură, în funcţie de afinitatea lor faţă de P O 5 : oxizii cu caracter bazic FeO, MnO, MgO au efect pozitiv, SiO defavorizează defosforarea iar Al O 3 efect pozitiv ca urmare a fluidificării zgurii. Dintre elemente din baia metalică manganul are o influenţă negativă, formează fosfura de mangan Mn P mai stabilă si mai solubilă în oţel decât cea de fier. Ca urmare creşterea conţinutului de mangan din baie conduce la creşterea conţinutului de fosfor în baia metalică. Un alt factor care influenţează procesul de defosforare este cantitatea de zgură din agregatul de elaborare, aplicându-se relaţia: qzgură < P > P = [ P] ( P) [ P] = 100 ( P) q yg. 1 [ P] 100 Deci cu creşterea cantităţii de zgură se intensifică defosforarea, ceea ce înseamnă tehnologic, evacuarea zgurii pe parcursul elaborării (odată sau de două ori) pentru a nu depăşi în cuptor limita maximă admisă. 5. Enumeraţi condiţiile necesare pentru desulfurare Sulful provine din materiile prime (fontă şi fier vechi), adaosuri şi combustibili. Din combustibili, S se transmite încărcăturii solide în perioadele de încărcare, încălzire şi topire. <Fe> SO <FeS> <FeO> <Fe> H S <FeS> H O parte din S poate trece înapoi în atmosferă ca urmare a reacţiilor FeS cu O sau a SO şi H S cu FeO.

47 Ca urmare, poate avea loc o creştere sau descreştere a cantităţii de S în atmosfera cuptorului, în funcţie de S adus de combustibil, de suprafaţa expusă a băii metalice, etc. După topire şi formarea unui strat de zgură, trecerea S din atmosfera cuptorului în baia metalică scade. Îndepărtarea mai departe a S din baia metalică depinde de caracteristicile fizico-chimice ale fazelor lichide, baie metalică şi respectiv zgură. Astfel, elementele însoţitoare din baia metalică (Mn, C) influenţează desulfurarea prin afinitatea faţă de oxigen şi respectiv afinitatea faţă de sulf. [FeS] [Mn] = (MnS) [Fe] ( MnS) 1 ( MnS) ( S) 1 K ( MnS ) = = f ( T ) = g( ) = [ Mn] f ( T ) = [ Mn] g( ) [ FeS][ Mn] T [ FeS] [ S] T Din analiza relaţiei rezultă că desulfurarea decurge bine la conţinut ridicat de mangan şi la temperatură relativ joasă. Compoziţia chimică a zgurii trebuie să fie favorabilă primirii S din baia metalică şi trecerii S cât mai avansat sub formă de sulfură de calciu insolubilă în baia metalică şi stabilă în zgură. [FeS] (CaO) = (CaS) (FeO) Raportul de repartiţie: ( CaS)( FeO) ( CaS) ( S) ( CaO) K ( CaS ) = = f ( T ) = f ( T ) [ FeS]( CaO) [ FeS] [ S] ( FeO) creşte adică desulfurarea se îmbunătăţeşte dacă se asigură: - temperatură înaltă; - conţinut ridicat de CaO în zgură; - (FeO) mic, deci raport (CaO)/(FeO) mare, acesta crescând cu scăderea vâscozităţii. Deoarece oxidarea carbonului decurge în paralel cu desulfurarea este evident că nu se poate asigura pentru desulfurare o zgură săracă în FeO, dar şi sub zgură oxidantă se obţine o desulfurare acceptabilă. Desulfurarea cu zguri cu conţinut de FeO sub 1,5% are loc în cuptoarele electrice cu arc, unde condiţiile din atmosfera agregatului permit lucrul cu zguri carbidice (conţinut de FeO sub 0,8%) sau cu zguri albe (cu conţinut de FeO sub 1,5%). De asemenea rezultate bune se obţin prin tratarea oţelului în oala de turnare cu zguri sintetice, în mod deosebit în sistemul oală cuptor (Ladle Furnace). Aceste zguri se obţin prin topirea în contact cu oţelul a unor amestecuri mecanice pe bază de var, bauxită, fluorină, zgură aluminoasă etc. De asemenea la tratarea oţelului în vid are loc o îndepărtare a sulfului sub formă de sulfură de carbon, volatilă în condiţiile de lucru sub vid. Cantitatea de zgură q zg influenţează desulfurarea conform relaţiei: [ ] ( S ) S S S = S qzg sau [ S] = = 100 qzg ( S ) qzg 1 1 LS 100 [ S] 100 Lucrul cu mai multă zgură trebuie înţeles în acelaşi sens ca la defosforare. 6. Prezentaţi metodele de dezoxidare a oţelurilor. Dezoxidarea reprezintă o fază sau o perioadă în procesul de elaborare a oţelului şi constă în îndepărtarea oxigenului dizolvat în baia metalică la sfârşitul perioadei de afinare, astfel încât la solidificare conţinutul de oxigen să nu depăşească un anumit conţinut impus de calitatea oţelului elaborat, să nu se formeze sufluri (goluri umplute cu gaze) iar produsele de dezoxidare (incluziuni nemetalice) să se separe de baia metalică, trecând în zgură. Evident că în practică nu se poate obţine o îndepărtare totală a oxigenului, dar aplicând cele mai noi tehnologii conduse corect, conţinutul de oxigen poate fi redus avansat. În practică întâlnim trei metode de dezoxidare: a. Dezoxidarea prin precipitare - Această metodă de dezoxidare se bazează pe afinitatea mai mare faţă de oxigen a unor elemente (numite dezoxidanţi), comparativ cu cea a fierului. In urma adaosului de dezoxidanţi în baia metalică au loc reacţii între excesul de oxigen şi dezoxidanţi, care conţin unul sau mai multe elemente Me (C, Mn, Si, Al, Ti, Ca, Mg, Zr, B) cu afinitate pentru oxigen mai mare decât a fierului. Reacţiile dintre [O] şi elementele [Me], solubile în baia metalică sunt reversibile: m [Me] n [O] = [Me m O n ]

48 Dezoxidanţi uzuali in practica curentă sunt : FeMn, FeSi, SiMn, Al şi SiCa. Pe lângă acesti dezoxidanţi în funcţie de calitatea oţelului se mai utilizează AlCaSi, FeB, FeTi, FeV, FeZr, FeNb, FeTa precum şi feroaliaje din grupa lantanidelor (La, Ce, Pr şi Nd) cunoscute sub denumirea de mişmetal. Pentru o bună dezoxidare produşii rezultaţi în urma reacţiilor de dezoxidare trebuie să fie insolubili în baia metalică şi să decanteze avansat în zgură. Dezoxidanţi trebuie să fie accesibili din punct de vedere al preţului. b. Dezoxidarea prin difuziune Această metodă, specifică procedeului de elaborare a oţelului în cuptoare electrice bazice, constă în utilizarea unei zguri dezoxidante, formată după afinare şi după predezoxidare, caracterizată printr-un conţinut redus de FeO (sub 0,8 în zgura carbidică şi sub 1,5% în cea albă), ceea ce favorizează difuziunea oxizilor metalici din baie în zgură, unde sunt apoi reduşi cu ajutorul unor elemente reducătoare: carbon, siliciu, aluminiu etc. (MeO) (C) = [Me] {CO} (CaO) 3( C) = (CaC ) {CO} (MeO) (Si) = [Me] (SiO ) 3(MeO) (Al) = 3[Me] (Al O 3 ) 3(MeO) (CaC ) = 3[Me] (CaO) {CO} Elementul principal cu care se obţine efectul dezoxidant îl constituie C, sub formă de praf de cocs, carbură de calciu, mangal sau resturi de electrozi precum şi praful de fluorsiliciu, silicocalciu şi aluminiu, aruncate peste zgura foarte proaspătă din var şi fluorină. Cea mai extinsă metodă de dezoxidare a oţelului este cea care se realizează cu ajutorul zguri albe, ai cărei componenţi: varul, fluorura de calciu şi praful de cocs, se dozează în prealabil într-un amestec în proporţii de 5:3:1. Însă, la oţelurile cu conţinut ridicat de carbon, dezoxidarea se realizează cu zgură carbidică, prin mărirea cotei de carburanţi în amestecul dezoxidant utilizat la obţinerea zgurii albe. Rezultate foarte bune se obţin prin tratarea oţelului în oală cu zguri sintetice, mai ales în (LF). c. Dezoxidarea în vid Dezoxidarea cu carbon în vid este posibilă datorită faptului că scăderea presiunii măreşte puterea de dezoxidare a carbonului (scade conţinutul de oxigen în echilibru cu carbonul), la presiuni foarte scăzute carbonul reduce şi o parte din incluziunile nemetalice rămase în baie Rezultate mai bune se obţin dacă se combină tratarea în vid cu barbotarea cu un gaz insolubil în oţel (Ar, CO ), mărind prin acesta turbulenţa, deci ajungând la îndepărtarea suspensiilor oxidice (şi altele). 7. Caracteristicile zgurilor metalurgice Zgura este o topitură oxidică, un amestec de diferiţi oxizi, caracteristicile fizico-chimice ale acesteia trebuind să fie în concordanţă cu esenţa procesului la care participă, cu scopul urmărit. Principalele funcţii ale zgurilor siderurgice sunt: colectarea şi separarea sterilului materiilor prime de metalul sau aliajul elaborat; transmiterea căldurii de la sursă la baia metalică; participarea la procesele fizico-chimice ce au loc, în acest sens ea trebuie să aibă o acţiune reducătoare sau oxidantă, funcţie de natura procesului; reţinerea impurităţilor (P O 5, MnS, CaS, incluziuni nemetalice) în cursul proceselor de afinare şi rafinare; protejarea băii metalice împotriva pătrunderii unor impurităţi (hidrogen, azot). Realizarea acestor funcţii impune ca zgurile să aibă anumite proprietăţi, asigurate prin compoziţia lor, principalele fiind: să fie uşor fuzibile; să nu necesite o mare cantitate de fondanţi pentru formarea lor; să aibă o densitate mică pentru a asigura separarea uşoară de baia metalică; să permită dizolvarea impurităţilor ce sunt eliminate din baia metalică; să aibă acelaşi caracter chimic cu căptuşeala refractară a agregatului.. Principalele caracteristici ale zgurilor metalurgice sunt: bazicitatea, vâscozitatea, tensiunea superficială, tensiune interfazică, conductibilitatea electrică. Caracterul unei zguri este dat de raportul dintre conţinutul de oxizi acizi şi bazici, numit raport de bazicitate sau, simplu, bazicitate, calculat simplificat cu formula: B = (CaO)/(SiO ). Oxizi cu caracter bazic CaO, MgO, FeO, MnO; oxizi ca caracter acid SiO şi P O 5 ; oxizi amfoteri Al O 3 şi Fe O 3 Avem zguri acide atunci când B < 1, zguri bazice atunci când B >1 şi respectiv zguri neutre sau amfotere când B=1.

49 Vâscozitatea sau inversul acesteia fluiditate este o caracteristică de bază a zgurilor deoarece influenţează în cea mai mare măsură schimburile dintre zgură să baia de oţel. Vâscozitatea zgurii poate fi influenţată prin intermediul compoziţiei chimice a acestei si a temperaturii. Prin creşterea temperaturii vâscozitatea scade, dar efectul temperaturii are loc doar în intervalul tehnologic admis pentru aceasta.. Uzual se influenţează fluiditatea prin intermediul compoziţiei chimice, în sensul adaosului în zgura a componenţilor care micşorează dimensiunea anionilor complecşi, asociaţii ionice care determină vâscozitatea. Prin adaos de fondanţi (var, dolomită etc) si fluidificatori (bauxită, fluorină etc.) Zgurile acide au viscozitate mai mare decât cele bazice. Puterea de oxidare a zgurilor reprezintă capacitatea acestora de a furniza oxigen băii metalice, oxigen necesar procesului de oxidare a elementelor însoţitoare din baia de oţel. Puterea de oxidare a zgurilor se măreşte prin adaos de minereu de fier, practic are loc o creştere a conţinutului de O - şi a cationilor de Fe *, singurii cationi capabili să însoţească anioni de oxigen în baia de oţel. Transferul de oxigen în baia de oţel este foarte mult amplificat de suflarea de oxigen direct în baia metalică, tehnologie utilizată aproape in toate oţelăriile din lume. Tensiunea superficială şi interfazică. Tensiunea interfazică este rezultanta tensiunilor superficiale care acţionează la suprafaţa interfazică oţel zgura. Aceste caracteristici sunt influenţate de temperatură şi de compoziţia chimică a celor două faze in contact. Pentru separarea incluziunilor nemetalice din baia de oţel, rezultate în urma procesului de dezoxidare este necesar ca tensiunea interfazică să aibă valori ridicate, explicaţie valabilă pentru decantarea avansată a incluziunilor de Al O 3 chiar dacă au dimensiuni mici şi după legea lui Stokes nu au capacitate de decantare din baia de oţel. Electroliza zgurilor reprezintă capacitatea acestora de a fi supuse procesului de electroliză. Este una din cele mai certe dovezi că zgurile au o structură ionică 8.Decarburarea oţelului Procesul de decarburare are o însemnătate deosebită pentru elaborarea oţelului, determinând în mare măsură durata şarjelor şi productivitatea agregatelor. Pe lângă micşorarea conţinutului de carbon până la valoare admisă de standarde, decarburarea asigură - prin barbotarea băii metalice de către bulele de CO intensificarea oxidării şi omogenizării compoziţiei chimice a băii metalice, degazarea şi îndepărtarea incluziunilor nemetalice precum şi transmiterea intensă a căldurii de la arcul electric spre baia metalică Ca urmare a difuziei oxigenului de la suprafaţa zgură baie metalică la suprafaţa frontului de reacţie, se produce reacţia : [C] [O] = {CO} Monoxidul de carbon care se formează se degajă simultan în faza gazoasă, reacţia de mai sus fiind heterogenă. Prin urmare frontul reacţiei de decarburare este situat fie la suprafaţa de separare a băii metalice de o fază gazoasă (adică la suprafaţa bulelor de gaz ce se ridică prin baia metalică), fie în microvolumele de baie unde este posibilă formarea unor noi bule de CO. Acestea trebuie sa aibă de la început o rază r suficient de mare pentru a putea învinge presiunile la care sunt supuse, astfel : P CO P atm h ot γ ot h zg γ zg σ/r unde : - P atm este presiunea atmosferică ; - h ot,h zg înălţimea stratului de oţel respectiv de zgură ; - γ ot,γ zg - densitatea oţelului, respectiv a zgurii ; - σ/r- tensiunea capilară. Din calcule rezultă că bula de CO nu se poate forma intr-o baie metalică perfect curată (fără incluziuni nemetalice şi bule de gaze) şi frontul de reacţie se formează întotdeauna pe suprafeţe interfazice. Aceste suprafeţe interfazice sunt următoarele : -suprafaţa interfazică zgură-baie metalică, decarburare fiind denumită fierbere de suprafaţă ; - vatra cuptorului, decarburare fiind denumită fierbere de adâncime sau de la vatră, procesul fiind favorizat de faptul că, diametrul critic al bulelor de CO în formare este mai mic decât diametrul porilor materialului refractar, astfel că aceste bule se formează în interiorul porilor neumectabili de baia metalică ; - suprafaţa bulelor de gaze şi incluziuni nemetalice din interiorul băii metalice decarburarea fiind denumită fierbere în volum ; Studiul teoretic al reacţiei de decarburare şi o serie de experimentări, au permis determinarea produsului m 1 şi m pentru temperatura de 160 0 C, astfel:

50 m 1 = [C] {O] = 0,005 si m =[C] [FeO] =0,0115 ; Ecuaţia reprezentată grafic in fig.1. m 1 = [C] {O] = 0,005 este Fig.1. Echilibrul C-O în oţel la 160 o C : A - la echilibru cu CO CO ; B - in condiţii industriale ; C - la echilibru cu zgura. Reacţiile de oxidare a carbonului sunt cu caracter exoterm, dar procesul de dizolvare a oxigenului din zgură în baia metalică este endoterm, pe total procesul de decarburare este endoterm, deci favorizat de creşterea temperaturii. Pentru a intensifica transferul oxigenului din zgură în baie, se adaugă pe zgură minereu de fier de tip hematită, o dată cu creşterea temperaturii băii (cca 1 0 C/min). Minereul se adaugă in porţii de cca 0, 75-1% la interval de 10-1 min. Aceasta perioada este cunoscută sub denumirea de fierbere cu minereu, cu o viteză de 0,30-0,40%C/h şi durată până la h.. Pentru decantarea gazelor şi incluziunilor nemetalice, baia metalică se lasă sa fiarbă liniştit cca 0 de minute cu o viteză de 0,10-0,15%C/h. Pentru intensificarea fierberii băii în baie se suflă oxigen gazos prin lance, reacţia de oxidare fiind exotermă şi temperatura creşte cu cca 3 0 C/min şi mai mult la convertizoarele cu oxigen şi viteza de oxidare creşte foarte mult 1,-,%C/h la cuptoarele electrice cu arc, până la 0,5%C/min la convertizoarele cu oxigen. Ca efect secundar se intensifica degajările de praf roşu, ceea ce face obligatorie epurarea gazelor 7. Elaborarea şi turnarea aliajelor metalice 1. Proprietăţile metalelor şi aliajelor în stare lichidă (tensiune superficială, vâscozitate, fluiditate). Curgerea aliajelor în reţelele de turnare rolul şi elementele componente ale reţelei de turnare. 3. Macrostructura cristalină a pieselor turnate. 4. Formarea retasurii în pieselor turnate şi mijloace de prevenire a acestora. 5. Tehnologia elaborării fontelor în cubilou. 6. Tehnologia elaborării fontelor în CI. 7. Componenţa, clasificarea şi proprietăţile amestecurilor de formare. 8. Noţiuni generale despre fazele de execuţie ale unei forme pentru turnare. 9. Formarea manuală. 1. Proprietăţile metalelor şi aliajelor în stare lichidă Tensiunea superficială este proprietatea generală a lichidelor de a lua o formă geometrică de arie minimă în lipsa forţelor externe, datorată acţiunii forţelor de coeziune dintre moleculele lichidului. Mărimea fizică ce caracterizează tensiunea superficială este coeficientul de tensiune superficială (notată de regulă cu litera σ). Coeficientul de tensiune superficială are dimensiune de forţă pe unitatea de lungime. Astfel, unitatea de măsură pentru tensiunea superficială este în sistemul S.I., N/m (1 N/m = 1000 dyne/cm). Vâscozitatea - este proprietatea fluidelor de a se opune deformărilor (mişcărilor) care nu constituie reduceri ale volumului lor, prin dezvoltarea unor eforturi unitare. Această proprietate se manifestă numai la fluidele în mişcare şi exprimă frecarea interioară dintre straturile de fluid care se deplasează cu viteze diferite.

51 Vâscozitatea fluidului se notează cu simbolul η şi este o constantă de proporţionalitate. Mărimea η vascozitate = se numeşte vâscozitate cinematică. ρ densitate În tehnică se foloseşte, pentru măsurarea vâscozităţii, unitatea denumită Poise, care reprezintă tensiunea minimă necesară pentru a menţine într-un fluid omogen în curgere liniară rectilinie, un gradient de viteză egal cu unitatea, la distanţă de o unitate, în direcţie perpendiculară pe direcţia de curgere. În sistemul S.I. unitatea de măsură pentru vâscozitate este 1 Ns/m = 10 P, iar pentru vâscozitatea cinematică 1 m /s=10 4 stokes. De obicei, datele experimentale privind vâscozitatea se dau în centipoise (1 CP=10 P). Fluiditatea este una din cele mai importante proprietăţi de turnare (tehnologice) a aliajelor lichide şi este definită prin: capacitatea de curgere a aliajului prin canalele şi cavitatea formei, exprimată prin durata de umplere, viteza de curgere şi lungimea canalelor şi cavităţilor umplute; capacitatea de umplere corectă a cavităţii formei, cu redarea celor mai fine detalii de configuraţie, exprimată prin precizia dimensională a pieselor turnate; capacitatea de eliminare în timpul curgerii a incluziunilor gazoase şi nemetalice din aliaj, exprimată prin compactitatea piesei turnate. Tensiunea de vapori - variază cu temperatura după legea lui Clausius-Clapeyron: dp H v = dt T V V ) v ( v l în care H v reprezintă căldura de vaporizare la presiunea p, exprimată în 3 3 at cm / mol(1 at cm = 0,043cal = 0,1015J ); T v - temperatura de vaporizare, în o K; V v - volumul vaporilor, în cm 3 /mol; V l - volumul lichidului, în cm 3 /mol.. Curgerea aliajelor în reţelele de turnare rolul şi elementele componente ale reţelei de turnare Reţeaua de turnare constituie ansamblul elementelor care servesc la introducerea metalului lichid în cavitatea formei. Reţeaua de turnare are trei roluri principale: umplerea rapidă a formei, fără să formeze turbioane, vârtejuri sau să deterioreze pereţii formelor sub acţiunea dinamică a jetului de metal lichid; reţinerea zgurei şi a altor incluziuni nemetalice care au ajuns în metalul lichid (în formă trebuie să ajungă numai metal curat, fără antrenări de gaze); repartizarea corectă a temperaturii în metalul din formă, prin alegerea corespunzătoare a punctelor de alimentare. Elementele componente ale reţelei de turnare sunt: - pâlnia, cupa sau bazinul de turnare 1 - care primesc aliajul lichid din oala de turnare; - piciorul pâlniei, cupei sau bazinului - reprezintă canalul vertical care face legătura între pâlnie (cupă, bazin) şi canalul orizontal (de distribuţie sau de colectare a zgurei); - canalul de distribuţie şi colectare a zgurei 3 - este un canal orizontal, care face legătura între picior şi canalele de alimentare; - alimentatoare 4 - - reprezintă canalele care fac legătura între colectorul de zgură şi cavitatea formei. Elementele componente ale reţelei de turnare: a - Q < 4 kg /s; b - Q > 4 kg /s; 1 - pâlnia; - piciorul; 3 - canalul de distribuţie; 5 - alimentatoare.

5 3. Macrostructura cristalină a pieselor turnate Structura cristalină a metalelor şi aliajelor turnate este influenţată de trei factori, şi anume: compoziţia chimică; condiţiile termice şi condiţiile de nucleere şi creştere în lichid. Dintre aceşti trei factori, condiţiile termice prezintă o variaţie mare în decursul formării structurii primare a unei piese turnate. Rezultă că structura piesei turnate va consta din zone separate, cu caracteristici diferite (fig.1). Figura 1. Reprezentarea schematică a structurii unui lingou. Stratul de la margine (stratul 1), este îngust, cu cristale fine, echiaxiale, cu orientare întâmplătoare şi este format în condiţii de germinare eterogenă, favorizată de pereţii formei. Spre interior urmează o zonă (stratul ) cu cristale dezvoltate alungit (dendritic) în direcţia de transmitere a căldurii, perpendicular pe pereţii formei. Aceste cristale sunt numite cristale columnare. În centrul piesei există o zonă cu cristale echiaxiale şi uniforme (stratul 3). Cristalele din această zonă au o mărime mai mare decât cea a cristalelor din zona de cristale fine şi au o orientare întâmplătoare. De obicei, aceste trei zone se întâlnesc în piese sau lingouri turnate din oţeluri carbon şi slab aliate. Există cazuri când una din zone poate să lipsească (la oţelurile inoxidabile structura este columnară, fără zona de cristale echiaxiale) (fig., a), sau cu o zonă mică sau fără de cristale fine la margine (fig., b) sau structura este formată numai din cristale echiaxiale - în aliajele de aluminiu, modificate - (fig., c). Figura. Structuri de turnare: a fără zonă cu cristale achiaxe; b cu zonă cu cristale fine, columnare, echiaxe; c numai cu cristale achiaxe. Obţinerea structurii unei piese turnate poate fi influenţată şi ea poate varia de la una complet columnară, la una cu grăunţi echiaxiali. 4. Noţiuni generale privind procesul de solidificare a aliajelor Trecerea aliajului din stare lichidă în stare solidă este însoţită de două procese, şi anume cristalizarea, respectiv solidificarea. Prin cristalizare se înţelege formarea cristalelor izolate şi a zonelor cristaline pe secţiunea peretelui piesei. Prin solidificare se înţelege procesul legat de dinamica creşterii de fază solidă şi micşorare a fazei lichide, până la dispariţia completă în diferite zone ale peretelui piesei turnate. Deci, solidificarea este procesul de trecere a aliajului la scară macroscopică din stare lichidă în stare solidă, fără să se ţină seama de formarea microstructurii, datorită răcirii lui. În funcţie de anumite criterii, solidificarea poate fi de mai multe tipuri. Astfel: 1). după modul de creştere a zonei în curs de solidificare, există:

53 solidificare succesivă (exogenă) caracterizată prin aceea că suprafaţa stratului solidificat (numită front de solidificare) se deplasează succesiv de la suprafaţa de contact aliaj-formă (ca influenţă a peretelui formei) spre interior (spre axa termică). Axa termică reprezintă locul unde procesul de solidificare se desfăşoară ultimul sau locul geometric al punctelor cu temperatura cea mai mare la sfârşitul procesului de solidificare. În general, axa termică a piesei turnate nu coincide cu axa geometrică. solidificare în volum (endogenă) caracterizată prin aceea că frontul de solidificare nu este continuu şi nu se deplasează succesiv de la suprafaţa de contact aliaj-formă spre axa termică. Solidificarea endogenă se caracterizează prin apariţia fazei solide în anumite zone de fază lichidă din interiorul peretelui piesei turnate. ). după viteza de creştere a zonei în curs de solidificare, există: - solidificare continuă; - solidificare discontinuă sau intermitentă. 3). după structura zonei în curs de solidificare, există: - solidificare fără zonă bifazică (la care zona solidă vine direct în contact cu zona lichidă); - solidificare cu zonă bifazică (la care între zona lichidă şi zona solidă se interpune o zonă bifazică, constituită din cristalite solide şi fază lichidă). 5. Retasurile în piesele turnate şi mijloace de prevenire a acestora Retasurile reprezintă goluri (cavităţi) care apar în anumite zone ale pereţilor pieselor turnate în timpul solidificării aliajelor. Retasura se localizează în acele zone ale peretelui piesei turnate în care aliajul lichid se solidifică ultimul şi izolat. În figura 1 este prezentată o clasificare a retasurilor în piesele turnate. Figura 1. Clasificarea retasurii în piesele turnate: a retasură deschisă (zona haşurată); b retasură deschisă şi laterală; c, d retasură închisă formată din mai multe goluri; d retasură principală şi secundară în nodul termic; e retasură principală şi secundară axială (în axa termică); f retasură axială. Evitarea procesului de apariţie a retasurii este imposibilă, dar dirijarea procesului de contracţie în vederea obţinerii unor retasuri cu volumul cât mai mic posibil şi cu o repartizare optimă în peretele piesei este posibilă. Maselotele sunt rezervoare suplimentare de aliaj lichid, sub formă de adaosuri şi au drept scop evitarea formării golurilor de solidificare sau retasurilor, prin alimentarea cu aliaj lichid suplimentar, în timpul solidificării (pe măsura formării lor). Maselota este un adaos tehnologic în care aliajul lichid se răceşte cu o viteză mai mică decât peretele piesei şi poate alimenta, prin curgere, retasura în curs de formare în piesă. Prin utilizarea maselotelor retasura se formează în maselotă. Modul de formare a retasurii şi de îndepărtare a acesteia din piesă cu ajutorul maselotei este prezentat în fig..

54 Fig. Modul de formare a retasurii (a, b, c, d) şi de îndepărtare din piesă cu ajutorul maselotei (e). 6. Tehnologia elaborării fontelor în cubilou Cubilourile sunt cele mai utilizate agregate destinate obţinerii fontelor în turnătorii. Ïncărcătura cubiloului este formată din: - patul de cocs (situat la partea inferioară a cuvei); - porţii de încărcătură (până la gura de încărcare). Ïn fig. 1 sunt prezentate schemele componenţei încărcăturii cubiloului. Figura 1. Schema încărcăturii cubiloului: a). componenţa încărcăturii: v-vatră, g.a.- nivelul gurilor de aer, g.i.- nivelul gurii de încărcare; b). porţia de încărcătură. Ïn patul de cocs are loc arderea carbonului din cocs, pe seama oxigenului din aer, producându-se astfel căldura necesară topirii în cubilou. Gazele de ardere produse în patul de cocs au un mers ascendent, trecând prin zona ocupată de încărcătură, cedându-i acesteia căldura necesară încălzirii şi topirii. Porţia de încărcătură este formată din încărcătura metalică, cocs şi fondant (calcar). Cocsul din porţia de încărcătură are rolul de a regenera patul de cocs, de a înlocui partea din acesta consumată la ardere. Ïncărcătura metalică a cubiloului, destinată producerii fontei lichide, este formată din mai multe componente: - fonta de primă fuziune sau fonta nouă (fonta de furnal); - fonta veche (deşeuri de fontă şi deşeuri proprii); - deşeuri de oţel (fier vechi). Fondanţii (calcar, var, fluorină) utilizaţi în încărcătura cubiloului au rolul de a asigura o fluiditate corespunzătoare a zgurei, precum şi desfăşurarea unor procese metalurgice prin intermediul acesteia (desulfurare, reduceri de oxizi etc.). În cubilou are loc o circulaţie în contracurent: încărcătura metalică coboară, pe măsură ce are loc consumarea cocsului din patul de cocs; gazele rezultate din procesele de ardere din patul de cocs au o mişcare ascendentă. Între metal şi gaze are loc un schimb de căldură, datorită căruia încărcătura metalică se va încălzi, de la 0 o C până la temperatura de topire (T t ).

55 Topirea încărcăturii are loc în momentul în care, într-o anumită porţiune a bucăţii metalice, este atinsă temperatura de topire. Pe măsură ce coboară, bucata de metal va primi o cantitate şi mai mare de căldură şi topirea continuă până ce întreaga bucată metalică s-a transformat în picături iar supraîncălzirea fontei în cubilou are loc în timpul coborârii picăturilor de fontă printre bucăţile de cocs din patul de cocs. 7. Elaborarea fontelor în cuptoare cu inducţie La aceste tipuri de agregate, căldura se obţine în însăşi materialele metalice supuse încălzirii şi topirii, la trecerea unor curenţi electrici prin acestea. Ïncălzirea prin inducţie se bazează pe pătrunderea energiei electromagnetice într-un conductor masiv (încărcătura metalică solidă sau lichidă), situat în câmpul magnetic variabil în timp, produs de o bobină (inductor). Ïncălzirea conductorului (indus) se produce prin efectul Joule-Lenz al curenţilor turbionari induşi. Materialele metalice din cuptor formează secundarul unui transformator, al cărui primar (inductorul) primeşte energia electrică de la reţea şi, prin inducţie electromagnetică, o transmite secundarului, care nu are deci contact direct cu sursa. Astfel, materialul metalic se găseşte la temperatura maximă a cuptorului iar restul instalaţiei constituie elementele izolatoare de căldură ale cuptorului. Cele mai utilizate cuptoare cu inducţie sunt cele cu creuzet şi cu canal. Cuptoarele cu inducţie cu creuzet au bobina (inductorul) infăşurată în jurul unui creuzet de grafit sau materiale refractare. Ïn acest creuzet se găsesc materialele metalice, care constituie secundarul acestui transformator de forţă. Curenţii induşi prin pereţii cuptorului vor determina apariţia căldurii în interiorul creuzetului, în urma transformării energiei electrice în energie termică, prin efect Joule-Lentz. Aceste tipuri de cuptoare sunt folosite atât pentru supraîncălzire şi menţinerea fontei, cât şi pentru topire, putând fi utilizate în sistem simplex sau duplex; sunt prevăzute cu baterii de condensatoare, transformatoare şi alte sisteme de comandă şi control. Cuptoarele cu inducţie cu canal sunt prevăzute cu un miez format din tole de oţel pe care se află înfăşurarea primară de alimentare cu energie electrică, acest miez găsindu-se înconjurat de un canal închis, în care se află fonta lichidă şi care constituie secundarul. Cuptorul cu inducţie cu canal lucrează pe principiul transformatorului, la care primarul este inductorul din interiorul căptuşelii, iar secundarul este fonta lichidă, care se află într-un canal dispus circular în jurul inductorului. Funcţionarea acestui cuptor este condiţionată de păstrarea în permanenţă a fontei lichide în canal, acest fapt constituind un dezavantaj, provocându-se o serie de dificultăţi, atunci când este necesară schimbarea frecventă a mărcii fontelor. Principiul de funcţionare a cuptorului nu permite evacuarea fontei lichide din canal, care se păstrează plin cu fontă pe toată durata de funcţionare a cuptorului. 8. Componenţa amestecurilor de formare. Clasificarea amestecurilor de formare. Proprietăţile amestecurilor de formare Formele temporare se compun dintr-un material granular (nisipuri), cu refractaritate ridicată, ca material de bază, căruia i se adaugă diferiţi lianţi şi materiale de adaos. Produsul obţinut prin dozarea şi omogenizarea acestor materiale în proporţia dorită, se numeşte amestec de formare. Lianţii sunt materiale care se adaugă în amestecurile de formare su scopul de a lega granulele de nisip şi de a îmbunătăţi unele proprietăţi fizico-mecanice ale amestecurilor de formare. Ïn funcţie de destinaţie, amestecurile de formare se împart în două mari grupe, şi anume: amestecuri pentru forme şi amestecuri pentru miezuri. Amestecul pentru forme se foloseşte la executarea formelor şi, la rândul său, poate fi amestec de model, amestec de umplere şi amestec unic. Amestecul de model reprezintă amestecul care vine în contact direct cu metalul lichid şi, de aceea, trebuie să aibă refractaritate, permeabilitate şi rezistenţă mecanică ridicată. Se execută din nisip nou şi liant sau nisip nou (preponderent), nisip regenerat (în cantitate mică) şi liant. Amestecul de umplere nu vine în contact direct cu metalul lichid, având doar rolul de a consolida forma şi de a-i asigura rezistenţa mecanică necesară; fiind un amestec fără pretenţii, se execută din amestec folosit şi Ïn liant. cazul formării mecanizate şi, uneori, la formarea manuală a pieselor mici se foloseşte o singură calitate de amestec de formare (atât pentru model cât şi de umplere), denumit amestec unic. Amestecul pentru miezuri care, datorită faptului că intră în contact direct cu metalul lichid, fiind înconjurat din toate părţile de acesta, trebuie să prezinte refractaritate mare şi rezistenţă mecanică la compresiune şi permeabilitate mare. Se execută din nisip nou cuarţos şi liant, de regulă, organic (nu atât pentru rezistenţă, cât pentru o dezbatere foarte uşoară).

56 Pentru a putea fi folosit la turnarea pieselor, materialul din care este executată forma temporară trebuie să aibă următoarele proprietăţi: refractaritate reprezintă proprietatea formei de a rezista la temperatura de turnare a aliajului, fără a se vitrifica şi fără a reacţiona chimic cu metalul sau cu oxizii acestuia; rezistenţa mecanică reprezintă proprietatea amestecului de formare de a rezista la solicitările de compresiune, tracţiune, încovoiere, forfecare, la care este supus de către aliajul lichid; permeabilitatea reprezintă proprietatea amestecului de formare de a permite gazelor să treacă prin spaţiile intergranulare ale amestecului; plasticitate reprezintă proprietatea amestecului de formare de a se deforma sub acţiunea unei forţe exterioare, fără a produce crăpături şi de a-şi păstra forma după încetarea eforturilor; durabilitatea reprezintă proprietatea amestecurilor de formare de a-şi păstra calităţile, chiar în cazul unor utilizări repetate în reţetele de amestec; proprietatea amestecurilor de formare de a degaja gaze la temperaturi ridicate (la contactul cu aliajul lichid se degajă o cantitate de gaze care poate provoca sufluri în piesele turnate); aceste gaze provin din: evaporarea apei; arderea materialelor organice din forme şi din miezuri; degajarea de gaze în urma anumitor reacţii chimice; dilatarea aerului din cavitatea formei. 9. Noţiuni generale despre fazele de execuţie ale unei forme pentru turnare Tehnologia de formare-turnare, care cuprinde toate elementele tehnologice necesare şi anume, de la execuţia modelului până la controlul calitativ final al piesei, reprezintă baza de plecare în realizarea pieselor turnate din oţel, fontă sau aliaje neferoase. Tehnologia de formare-turnare se întocmeşte avânduse la bază desenul piesei finite. Studiindu-se minuţios desenul piesei finite, se stabilesc: poziţia de turnare; planul de separaţie; adaosurile de prelucrare; înclinările şi racordări le constructive; adaosurile tehnologice; reţele de alimentare. Procesul tehnologic de formare-turnare cuprinde următoarele operaţii tehnologice: întocmirea tehnologiei de formare turnare; executarea modelului şi a cutiei de miez; executarea miezului, vopsirea şi uscarea lui; executarea formei; extragerea modelului; repararea, vopsirea şi uscarea formei; asamblarea formei în vederea turnării; elaborarea aliajului şi turnarea piesei; dezbaterea, curăţirea, tăierea maselotei şi reţelei de turnare, îndepărtarea zonelor defecte şi remedierea lor prin sudură, tratamentul termic, sablarea, polizarea şi controlul final. În baza documentaţiei tehnologice şi a coeficientului de contracţie stabilit, se execută la modelărie modelul piesei, care serveşte la execuţia cutiei de miez şi a formei. Cutia de miez şi modelul se expediază la turnătorie în vederea executării miezului şi a formei. La turnătorie se execută forma, în rame de formare, prin îndesarea manuală sau mecanizată a amestecului de formare în jurul modelului. Amestecul de formare este preparat la instalaţia de preparare a amestecurilor de formare. După executarea formei urmează extragerea modelului din formă (demularea), repararea şi vopsirea formei apoi uscarea acesteia. Forma şi miezul în stare uscată se asamblează şi, în forma astfel obţinută, se toarnă metalul topit, elaborat în cubilou, cuptor cu inducţie, cuptor cu arc electric etc. Urmează dezbaterea piesei din formă, pe un dezbătător, de unde rama de formare, amestecul de formare şi piesa turnată urmează trasee diferite. În continuare, piesa turnată este supusă operaţiilor de curăţare manuală sau mecanizată, detaşându-se maselota şi reţeaua de turnare. Acestea se retopesc şi intră în circuitul de fabricaţie. În continuare, piesa turnată este sablată, se îndepărtează zonele cu defecte, se sudează unele defecte şi se introduce în cuptorul de tratament termic. După executarea tratamentului termic piesa se sablează, din nou, pentru îndepărtarea oxidului format şi se polizează în zonele remediate prin sudură. După polizare şi ajustare piesa se controlează calitativ şi din punct de vedere al aspectului şi dimensiunilor. Piesele care corespund condiţiilor cerute se livrează la beneficiar.

57 10. Formarea manuală şi formarea mecanizată Îndesarea amestecurilor de formare sau formarea reprezintă cea mai importantă operaţie din procesul tehnologic de obţinere a pieselor prin turnare. Alegerea metodei de formare depinde de configuraţia piesei care se toarnă, de numărul pieselor turnate şi de utilajul existent în turnătorie. Scopul îndesării este de a asigura amestecului de formare rezistenţa mecanică necesară menţinerii configuraţiei şi dimensiunilor cavităţii formei. Îndesarea amestecului de formare în jurul modelului se poate realiza manual sau mecanizat. La formarea manuală, îndesarea se realizează în straturi successive, fapt pentru care gradul de îndesare este neuniform pe înălţimea formei. La baza formei, gradul de îndesare este maxim, ca urmare a transmiterii parţiale a energiei bătătorului la stratul inferior, în timpul îndesării stratului superior. La formarea manuală se folosesc o serie de scule şi dispozitive: ciocane de lemn, cuie, rame de formare, plăci de formare sau plăci port-ramă, dispozitive de centrare etc. Ramele de formare sunt, de regulă, rame turnate din fontă cenuşie, în care se îndeasă amestecul de formare; acestea pot fi dreptunghiulare, pătrate, circulare sau speciale. Ramele de formare se aleg astfel încât să asigure o cantitate suficient de mare de amestec de formare în jurul piesei turnate, care asigură răcirea corespunzătoare în timpul solidificării. Îndesarea (formarea) manuală a amestecului de formare se poate realiza prin mai multe metode, şi anume: - formare manuală în două rame cu model secţionat (din două jumătăţi) şi cutie de miez; - formare manuală în două rame cu model nesecţionat, cu semiformă falsă; - formare manuală în trei rame; - formare manuală în solul turnătoriei; - formare manuală cu şablonul cu ax vertical, în solul turnătoriei etc. Îndesarea manuală a formelor şi miezurilor - se aplică, de obicei, în cazul pieselor unicate, pentru care automatizarea nu îşi are rostul. Un grad de îndesare uniform se obţine în cazul formării mecanizate. În funcţie de modul de îndesare a amestecului de formare există mai multe procedee de formare mecanizată, respectiv: - prin presare (de sus sau de jos); - prin scuturare; - prin aruncare; - prin suflare; - prin împuşcare. Formarea mecanizată se aplică în turnătoriile de serie, dotate cu maşini de format prin presare (cu presare de sus sau presare de jos), maşini de scuturare, maşini de format prin aruncare cu cap centrifug etc. În cazul formării mecanizate productivitatea este ridicată, indiferent de mărimea formei iar gradul de îndesare a amestecului de formare este mai mare. 8. Baza energetică şi de materii prime. Tehnologia elaborării aliajelor neferoase 1. Minereurile de fier utilizate în siderurgie.. Clasarea minereurilor şi cărbunilor. 3. Concentrarea minereurilor. 4. Peletizarea minereurilor. 5. Aglomerarea minereurilor. 6. Buretele de fier. 7. Definirea aliajelor neferoase şi clasificarea acestora după diferite criterii. 8. Clasificarea aliajelor de cupru comerciale şi domenii de utilizare. 9. Aliaje pe baza de nichel. Clasificare, caracteristici, domenii de utilizare. 10. Aliaje pe baza de aluminiu. Clasificare. Aliaje aluminiu-siliciu. 1. Minereuri de fier utilizate în siderurgie Deşi fierul ocupă locul al doilea, după aluminiu, între metalele ce se găsesc în scoarţa terestră, zăcămintele de fier ce pot fi exploatate şi prelucrate în mod economic sunt limitate. Cele mai mari zăcăminte de minereu de fier (aproximativ 90%) le au SUA, RUSIA, UCRAINA, BRAZILIA, CANADA, INDIA, ş.a. Caracteristicile după care se apreciază posibilitatea folosirii şi rentabilitatea unui minereu sunt: - Conţinutul de substanţă utilă (fier) - pe plan mondial nu se exploatează zăcăminte a căror conţinut de fier este sub 30%, în furnale încărcându-se minereuri a căror conţinut de fier depăşeşte 40%.

58 Limitele inferioare de prelucrare pot fi influenţate de prezenţa de steril a unor componente care-i măresc valoarea metalurgică, cum ar fi prezenţa componenţilor bazici (CaO, MgO), unele componente utile procesului de elaborare la furnale (Mn). Limita minimă poate fi scăzută la 0-5%Fe. - Natura mineralului util - forma sub care este combinat metalul este foarte importantă pentru alegerea procesului de extracţie şi prelucrare; - Natura sterilului - sterilul este format în general din minerale greu fuzibile. Din punct de vedere al bazicităţii acestuia, putem avea: B>1 - steril bazic; B=1 - steril neutru; B<1 - steril acid. % CaO % MgO unde B = este indice de bazicitate. % SiO % AlO3 Minereurile metalifere sunt cel mai adesea acide şi mai rar bazice. - Caracteristicile fizice ale minereurilor de fier: compactitatea (caracterizată prin greutate specifică), porozitatea, granulaţia, duritatea, structura şi sensibilitatea magnetică, umiditatea. - Structura mineralogică în funcţie de aceasta minereurile se împart în: a) minereuri hematitice constituentul mineralogic principal este Fe O 3 (oxidul feric), au conţinutul de fier între 40...69%, culoare roşiatică, slab magnetice, luciu metalic şi sunt cele mai utilizate minereuri în elaborarea fontei; b) minereuri magnetitice - constituentul mineralogic principal este Fe 3 O 4 (oxidul feroferic), au conţinutul de fier între 55...70%, culoare neagră, au proprietăţi magnetice, steril acid şi sunt greu reductibile, mai puţin utilizate decât minereurile hematitice; c) minereurile sideritice - constituentul mineralogic principal este FeCO 3 (carbonatul de fier), au conţinutul de fier între 30...40%, culoare cafeniu deschis, proprietăţi slab magnetice;. d) minereuri limonitice - constituentul mineralogic principal este Fe O 3 nh O (oxidul ferichidratat), au conţinutul de fier între 35...55%, culoare galben lămâie. - Reductibilitatea prin aceasta se înţelege capacitatea unui oxid de a ceda oxigenul în contact cu un agent reducător. Reductibilitatea este influenţată de porozitatea minereului, ea fiind direct influenţată de suprafaţa specifică a porilor bucăţilor. În funcţie de natura mineralogică minereurile pot fi: uşor reductibile; mediu reductibile; greu reductibile. Minereurile limonitice şi sideritice după prăjire sunt uşor reductibile datorită porozităţii mari pe care o au. Minereurile hematitice, aglomeratul şi peletele au o reductibilitate medie iar minereurile magnetitice sunt greu reductibile datorită compactităţii mari. - Conţinutul de elemente dăunătoare - elementele nocive care au efecte asupra procesului de elaborare şi calităţii fontei sunt Cu, As, P, S, Zn, Pb. În general, aceste elemente au ca şi efect o scădere a proprietăţilor mecanice ale fontei şi oţelului, pot afecta zidăria refractară a furnalului şi utilajului anex (depuneri pe aparatul de încărcare, obturări ale conductelor de gaz, etc.). Minereurile de fier se apreciază după valoarea metalurgică, dată prin relaţiile: Fe 0,5 Mn V m =, %, - pentru minereul cu steril acid; 1 0,0 ( SiO CaO) V m = Fe 0,5 Mn, %, - pentru minereul cu steril bazic; unde: Fe, Mn, SiO, CaO sunt componentele în procente ale minereului.. Clasarea minereurilor Operaţia de clasare a minereurilor se realizează în scopul separării materialului pe anumite game de dimensiuni. Gamele de dimensiuni obţinute se numesc clase granulometrice. Clasarea se poate face : - volumetric (cernere, sitare); - gravimetric (simptotic). În condiţii practice, clasarea volumetrică realizează separarea materialelor de dimensiuni mari până la 0,074mm iar clasarea gravimetrică se aplică pentru dimensiuni mult mai reduse. Clasarea volumetrică Este operaţia prin care se separă materialele pe mai multe clase granulometrice, funcţie de dimensiunea ochiurilor sitelor. Eficienţa clasării se apreciază şi pe baza procentului de granule greşit clasate: - subgranulaţia % de material din refuz cu dimensiunile mai mici decât ochiurile sitei; - supragranulaţia - % de material din trecere cu dimensiuni mai mari decât ochiurile sitei.

59 În funcţie de modul de aşezare a sitelor, clasarea se poate face prin trecere sau prin refuz. Rezultatele analizelor granulometrice se pot reprezenta grafic prin curbe granulometrice care sunt de mai multe feluri, în funcţie de scopul urmărit: curba granulometrică simplă, curba granulometrică cumulată, curba granulometrică logaritmică Constructiv, suprafeţele de clasare sunt: grătare; table perforate; împletituri din sârmă. Clasarea se poate face pe instalaţii fixe sau mobile. Aparate de clasare: grătare - grătare fixe, grătare mobile, grătare cu discuri sau role; ciururile ciururi fixe, ciururi rotative, ciururi oscilante, ciururi cu rezonanţă, ciururi vibrante. Clasarea gravimetrică (gravitaţională, simptotică) Clasarea gravimetrică se poate realiza: umed (hidraulic) sau uscat (pneumatic). Aparate de clasare a) Clasoarele hidraulice Clasoare gravitaţionale cu evacuare hidraulică: - conuri clasoare, cu obţinerea a două clase de materiale; - clasoare cu camere multiple, cu obţinerea mai multor clase. Clasoare gravitaţionale mecanice: - clasoare mecanice cu greblă realizează separarea materialului grosier cu ajutorul uneia sau mai multor greble montate în paralel, acţionate de un excentric, materialul clasat are o umiditate scăzută (0-30%); - clasoare mecanice cu spirală are avantajul unei funcţionări mai uniforme şi a unei separări mai eficiente, posibilitatea reglării unghiului de înclinare, a vitezei de rotaţie şi poziţie a spiralelor; - clasoare mecanice cu cuvă; - aparate de clasare-spălare. Clasoare centrifugale hidraulice: - clasoare centrifuge mecanice; - hidrociclonul. b) Clasoare pneumatice Pot realiza clasarea propriu-zisă sau desprăfuirea. Pot fi: - cu curent orizontal sau vertical; - cu inerţie; - cicloane pneumatice. Desprăfuitoarele au acelaşi principiu de funcţionare. 3. Concentrarea minereurilor Operaţia de concentrare se aplică minereurilor în vederea măririi proporţiei de util şi a micşorării proporţiei de steril. Aprecierea operaţiei de concentrare a substanţelor minerale se face cu indicatorii tehnicoeconomici şi prin curbele de concentrare. Bilanţul cantitativ: A = B C Bilanţul calitativ: A. a = B. b C. c sau A. α = B. β C. γ Notaţiile utilizate la concentrarea minereurilor sunt: A cantitatea de minereu brut; B cantitatea de steril; C cantitatea de concentrat; a conţinutul de metal în minereul brut; b conţinutul de metal în steril; c conţinutul de metal în concentrat; α conţinutul de mineral util în minereul brut; β conţinutul de mineral util în steril; γ conţinutul de mineral util în concentrat. Procedeele de concentrare cele mai importante sunt: - concentrarea gravitaţională (gravimetrică); - flotaţia; - separarea magnetică; - separarea electrostatică; - concentrarea prin dizolvare, etc. Concentrarea gravimetrică Se realizează pe baza diferenţei de greutate dintre diferitele particule de material, se aplică pentru granulaţie sub 1... mm. Clasarea gravimetrică se bazează pe proprietatea particulelor de a cădea cu viteze diferite funcţie de greutatea specifică. În funcţie de modul deplasării fluidului se disting:

60 - procedee cu fluide stagnate medii dense; - procedee în curenţi ascensionali - hidroseparatoare; - procedee în curenţi pulsatorii zeţaj; - procedee în curenţi orizontali jgheaburi şi mese de concentrare; - procedee de concentrare centrifugale. Concentrarea prin zeţaj - se realizează în curenţi verticali pulsatorii de apă sau aer. Metoda este aplicată particulelor cu dimensiuni între 0,5-0,50mm sau mai mari pentru minereuri de mangan, fier, staniu, wolfram sau cărbuni. Prezintă două variante: cu ciur mobil respectiv cu ciur fix. 1-recipient; -fluid; 3-ciur mobil; 4-steril; 5-material util (are densitatea mai mare) 1-vasul de zetaj; -sită; 3-perete despărţitor; 4-piston; 5-steril; 6-util; 7-fluid de lucru. Concentrarea magnetică se face pe baza susceptibilităţii magnetice diferite ale părţii utile faţă de partea sterilă. Se aplică minereurilor care conţin fierul sub formă de Fe 3 O 4 (magnetită). Realizarea câmpului magnetic se face cu magneţi permanenţi (aliaje pe bază de Fe, Ni, Co) sau cu electromagneţi. Separatoarele magnetice sunt grupate în funcţie de caracteristicile tehnologice, şi anume: mărimea intensităţii câmpului magnetic; mediul de separare;modul de alimentare; modul de evacuare. 4. Peletizarea minereurilor Reprezintă o metodă de transformare a materialului mărunt în material (pelete) cu dimensiuni mai mari, pentru a putea fi utilizate în procesul industrial (furnale sau cuptoare electrice cu arc). Această operaţie se aplică minereurilor bogate în fier, cu granulaţie prea mică pentru a putea fi supuse aglomerării. Procesul peletizării se bazează în principiu pe formarea unor sfere crude prin rostogolirea unui minereu fin măcinat sau a unui concentrat la care se adaugă bentonit împreună cu o cantitate limitată de apă. Sferele obţinute se usucă, se preîncălzesc şi se ard, în condiţii de oxidare până la temperatura 150-1350 o C. Peletele se răcesc în aer iar căldura rezultată se recuperează sub forma aerului cald folosit ca aer de prelucrare la operaţia de preîncălzire. Rezultă astfel pelete în formă oxidată, spre deosebire de sinterizare, în care se adaugă combustibil solid la şarjă şi rezultă un procent de fier feros de 5-0% din sinterul produs. Îmbunătăţirea rezistenţei peletelor poate fi asigurată şi de folosirea unor lianţi, cel mai folosit bentonita. Se mai utilizează: varul, CaCl, NaCl, etc. Procesul de peletizare specific are următoarele faze: - prepararea şarjei (pregătirea minereurilor); - producerea de pelete (sfere) crude; - întărirea peletelor (durificarea sau tratarea termică a peletelor); - răcirea peletelor. În privinţa granulaţiei amestecului de peletizare, se prevede ca minim 80% din amestec trebuie să nu depăşească 0,061mm. Instalaţii pentru producerea peletelor crude: peletizorul cu taler; peletizorul tip tambur cilindric; peletizorul tip tambur conic. În urma procesului de peletizare rezultă peletele crude, care pentru a putea fi utilizate trebuie supuse procesului de durificare. Aceasta se poate realiza prin: - ardere la temperaturi de până la 1300 o C conform unei diagrame de încălzire, în instalaţii de tipul benzilor continue (asemănătoare din punct de vedere constructiv maşinilor de aglomerare, peletele trecând pe sub cuptorul de aprindere unde sunt uscare şi arse) sau în cuptoare rotative; - durificare chimică, prin întărire cu CO sau adaos de ciment. Durificarea peletelor prin încălzire (tratament termic) comportă mai multe faze: uscare; preîncălzire; ardere; răcire.

61 Instalaţii pentru durificarea la cald a peletelor: durificarea în cuptoare verticale sau durificarea pe bandă. Proprietăţile fizice ale peletelor - Întrucât peletele se transportă la distanţe foarte mari o mare atenţie se acordă rezistenţei fizice a peletelor: - rezistenţa la rostogolire şi abraziune în stere rece se măsoară prin procedeul de rostogolire într-o tobă rotativă. Prin metoda ASTM rezistenţa reprezintă fracţia mai mare de 6mm rezultată în urma trecerii peletelor prin tobă, care trebuie să aibă valori mai mari 94%, valoarea sub 6mm maximum 6%; - rezistenţa la compresiune variază de la peletă la peletă; - dimensiunile peletelor granulaţia trebuie să fie uniformă, variază 9,5-5mm, în general media 1,5mm, fracţia mai mică de 5mm trebuie să fie sub 5%; - porozitatea la peletele crude în limitele 31-36% iar la peletele arse -30%. Proprietăţile chimice ale peletelor: - compoziţia chimică ex. Pelete pentru furnal: 65,35%Fe, 0,45%CaO, 0,4%MgO, 4,7SiO, 0,33Al O 3, 0,008%P, 0,006%S. - reductibilitatea - este determinată de gradul de îndepărtare a oxigenului în condiţiile de reducere. Peletele se încadrează în materialele mediu reductibile; - indicele de umflare liberă umflarea peletelor reprezintă o caracteristică foarte importantă privind comportarea acestora în condiţiile din furnal. 5. Aglomerarea minereurilor La aglomerarea minereurilor pe bandă continuă amestecul de aglomerare este alcătuit din minereu de fier cu granulaţie sub 8mm, calcar (fondant) cu granulaţie sub...3 mm, retur cald/rece de la aglomerare iar ca şi combustibil se foloseşte cocs mărunt (cca.80kg/tonă). De asemenea, se utilizează în componenţa şarjei de aglomerare diferite deşeuri în stare pulverulente (praf de electrofiltru, praf de furnal, cenuşă de termocentrală, etc). Toate materiile prime sunt încărcate în buncăre la staţia de dozare, conform reţetelor stabilite. Şarja de aglomerare alcătuită pe transportorul cu bandă nu are o compoziţie uniformă, deoarece componenţii ce o alcătuiesc sunt aşezaţi în straturi. Şarja trebuie bine amestecată. Ea se amestecă în tobe de amestec (în general tobe). Tobele se calculează astfel încât să aibe un grad de umplere de 15-30% iar timpul de staţionare a materialului în tobă să fie min.1,5 min. Prima toba se amplasează la sol iar a doua deasupra maşinii de aglomerare. În toba de amestec secundar se realizează şi umezirea şarjei ce va fi supusă aglomerării. Toba de amestec secundar are şi rolul de unire a particulelor fine şi mărunte de minereu sub formă de micropelete. Şarja pregătită în faza finală în toba de amestec secundar este dirijată în buncăre aflate deasupra maşinii de aglomerare. Din acestea prin intermediul unor instalaţii speciale materialul este repartizat uniform pe maşină. Schema instalaţiei de aglomerare este prezentată mai jos. 1-dispozitiv de alimentare; -cuptor de aprindere; 3-banda de aglomerare; 4-guri de absorbţie (camere de vacuum); 5-dispozitiv de clasare-depozitare; 6-exhaustor; 7-concasor Maşina de aglomerare constă dintr-o banda continuă, alcătuită dintr-un şir de cărucioare mobile din cadre de oţel turnat şi prevăzute cu 4 role de deplasare. Camerele de aspiraţie si dispozitivele de etanşare - între căile de rulare superioare a maşinii sunt montate etanş pe toată lungimea acesteia camere de aspiraţie, aceasta fiind zona activă a maşinii. Aici se asigură aspirarea de aer prin stratul cu material şi de fapt desfăşurarea întregului proces fizico-chimic al aglomerării. Camerele de aspiraţie pot fi executate din fontă sau oţel. Alimentarea maşinii de aglomerare - materialul se aşează într-un strat, a cărui grosime variază, pe grătarul maşinii. Materialele încărcate sunt: returul (utilizat ca pat de protecţie) şi amestecul propriu-zis.

6 Înălţimea stratului se stabileşte în funcţie de permeabilitatea sa, de capacitatea de aspiraţie, natura mineralogică a amestecului şi viteza verticală de aglomerare. Înălţimea stratului de amestec de 00 600 mm trebuie ales astfel încât procesul de aglomerare să se termine pe ultima cameră de vacuum. În general timpul de aglomerare este de 16 min., iar viteza verticală de aglomerare de 15 30 mm. Cuptorul de aprindere are rolul de a amorsa arderea combustibilului din stratul superficial. Procesul de aglomerare - începe în momentul trecerii stratului pe sub cuptorul de aprindere, când se produce aprinderea combustibilului în şarjă şi se produce aglomerarea în stratul superficial. Prin stratul superficial de aglomerat se aspiră aer din atmosferă şi se continuă procesul de ardere a combustibilului în profunzime. Concasarea aglomeratului - la capul de întoarcere al maşinii aglomeratul se prezintă sub formă de bucăţi mari. El trebuie supus operaţiei de sfărâmare răcire şi sortare. 6. Buretele de fier Denumirea de burete de fier defineşte produsul reducerii directe a unui minereu, care mai conţine mici cantităţi de oxizi de fier, steril şi alte impurităţi. Buretele de fier utilizat în oţelării trebuie să aibă următoarele caracteristici: grad de metalizare - min. 9%; conţinut de fier - min. 90%; SiO - max 5%; Al O 3 MgO - max %; CaO/SiO - 0,10-0,0. Produsul principal obţinut este buretele de fier datorită porozităţii avansate. În majoritatea cazurilor buretele de fier urmează a fii topit ulterior în alt agregat pentru elaborarea oţelului. Buretele de fier poate fii sub formă de bulgări de forma neregulată, de pelete sferice sau pulbere fină care poate fi presată pentru a se obţine forma şi dimensiunea dorită. Conţinutul de oxigen îndepărtat de minereu poate varia între 40-99 % faţă de cel existent iniţial. Conţinutul de steril din burete variază între 0,5-10%. Se mai întâlnesc şi denumirile de «minereuri prereduse»sau «pelete metalizate». Clasificarea procedeelor de reducere directă a fierului din minereuri a) In funcţie de temperatură sunt: - procedee de reducere directă la temperaturi joase (500-1100 0 C); - procedee de reducere directă la temperaturi înalte (mai mari de 1500 0 C). b) In funcţie de natura reducătorului sunt: - procedee ce utilizează combustibili solizi - procedee ce utilizează gazele rezultate din gazeificarea combustibililor solizi - procedee ce utilizează gazele obţinute din conversia gazelor naturale c) In funcţie de produsele rezultate se obţine: burete de fier, lupe fonta. d) In funcţie de tipul cuptorului: procedee ce folosesc cuptor vertical respective orizontal. Producerea gazului necesar pentru reacţia de reducere prezintă o etapa importantă. În general gazele reducătoare se obţin din conversia gazului metan şi anume transformarea metanului într-un amestec de CO şi H. Exista 3 metode : a) conversia cu aer sau oxigen : Cu O : CH 4 1 O = CO H CH 4 O = CO H O Cu aer : CH 4 1 O 1,88N = CO H 1,88N Se preferă utilizarea aerului. Efectuarea conversiei cu aer necesită catalizatori cu nichel sau cobalt la temperaturi de 700-900 0 C. b) conversia cu vapori de apa CH 4 H O = CO 3H Se utilizează catalizatori cu Ni sau Co, procesul se desfăşoară pentru un raport gaz/vapori de apa 1/1 la temperaturi de 900-1000 0 C. Înainte de a fi introdus în cuptorul de reducere, gazul obţinut este preîncălzit. După reducere, o parte din aceste gaze sunt utilizate drept combustibili la instalaţiile de conversie. c) conversia cu CO CH 4 CO = CO H Carbonul necesar conversiei este obţinut din reacţia gazului cu oxidul de fier din minereuri. O altă sursă pentru producerea gazelor o constituie hidrocarburile lichide care printr-o combustie parţială pot fi transformate intr-un amestec gazos cu conţinut ridicat de CO si H. Oxidarea parţială a hidrocarburilor lichide cu vapori de apa sau H au loc după reacţia:

63 CH H O = CO H respectiv CH 1 O = CO H 7. Definirea aliajelor neferoase şi clasificarea acestora după diferite criterii Aliajele neferoase reprezintă o categorie importantă de materiale utilizate în toate domeniile tehnicii. Un aliaj neferos conţine două sau mai multe elemente chimice, din care cel puţin unul este metal. Elementele care intră în compoziţia aliajului neferos se numesc componenţi. Aliajele neferoase conţin un metal de bază, elemente de aliere principale şi elemente de aliere (microaliere) minore sau secundare. Aliajele neferoase se pot clasifica după diferite criterii. Astfel: a. După numărul elementelor de aliere, se disting: - aliaje binare; - aliaje ternare; - aliaje cuaternare; - aliaje complexe. b. După conţinutul elementelor de aliere, aliajele neferoase se grupează în: - slab aliate, cu până la 3% elemente de aliere; - mediu aliate, cu 3 până 10% elemente de aliere; - înalt aliate, cu peste 10% elemente de aliere. c. După natura componentului de bază, aliajele neferoase se clasifică în: - aliaje pe bază de cupru; - aliaje pe bază de nichel; - aliaje pe bază de aluminiu; - aliaje pe bază de staniu ş.a. Aliajele neferoase mai conţin, în afară de componentul de bază şi a elementelor de aliere, şi o anumită concentraţie de elemente nedorite, numite şi impurităţi, care provin din materia primă, materialele auxiliare, atmosfera şi căptuşeala agregatelor de elaborare şi turnare. Impurităţile metalice, nemetalice şi gazoase micşorează valorile caracteristicilor fizice, chimice, mecanice şi tehnologice ale aliajelor neferoase, conduc la apariţia unor defecte de turnare în semifabricatele turnate, care uneori provoacă rebutarea acestora. În procesele de elaborare şi turnare este necesară îndepărtarea impurităţilor, prin aplicarea unor diferite procese şi tehnologii specifice. d. După destinaţie şi tehnologii de prelucrare, aliajele neferoase se clasifică în: - prealiaje, sunt aliaje intermediare, utilizate la elaborarea aliajelor; - aliaje de turnătorie, sunt aliajele utilizate pentru turnarea pieselor, care ulterior se tratează termic; - aliaje deformabile, obţinute sub formă de lingouri sau semifabricate, care ulterior se prelucrează pe cale metalurgică, prin laminare, forjare, extruziune, etc. şi tratamente termice. 8. Clasificarea aliajelor de cupru comerciale şi domenii de utilizare. Pentru clasificarea aliajelor de cupru, având în vedere marea lor diversitate, pot fi luate în considerare două criterii mai importante: - natura elementului de aliere principal; - proprietăţile şi domeniile de utilizare ale aliajelor. Conform primului criteriu, aliajele de cupru pot fi grupate în aliaje pe baza sistemului Cu-Zn (alame) şi aliaje pe baza sistemelor Cu-Me (bronzuri), în care Me reprezintă staniul, aluminiul, manganul, plumbul, nichelul, siliciul, beriliul, cromul cu excepţia zincului. Aliajele Cu-Zn (alamele) care conţin 5 44 % Zn sunt destinate, în special, prelucrării prin deformare. Aliajele care conţin între 5 0 % Zn sunt cunoscute sub denumirea de tombac. Aliajele industriale Cu-Zn se împart, după compoziţie şi structură, în: - alame α (monofazice, cu max. 3 % Zn); - alame α β (bifazice, cu 3 38 % Zn); - alame β (cu un conţinut de zinc > 38 %). Aliajele Cu-Zn care conţin în compoziţia lor în afară de cupru şi zinc şi alte elemente de aliere se numesc alame speciale şi pentru a preciza natura acestora se utilizează denumirile de alame cu siliciu, alame cu mangan, alame cu staniu, alame cu plumb. Aceste aliaje sunt destinate, în special, pentru obţinerea pieselor tunate.

64 Denumirea de bronz a fost folosită pentru primele materiale cunoscute de om, aliaje binare cuprustaniu. Ulterior această denumire a fost extinsă pentru toate aliajele pe bază de cupru, exceptându-le pe cele care au drept component de bază zincul. Bronzurile se clasifică în două mari categorii: bronzuri cu staniu, pe baza sistemului Cu-Sn şi bronzuri fără staniu (speciale), care după elementul principal de aliere se numesc bronzuri cu aluminiu, cu plumb, cu siliciu, cu mangan, cu beriliu, cu argint, cu titan, cu crom, cu cadmiu etc. În această categorie poate fi inclus şi cuprul microaliat, care în prezent îşi găseşte o largă utilizare în tehnică, deoarece are conductibilitatea electrică cuprinsă în limitele 70 95 % I.A.C.S., proprietăţile mecanice având valori aproape duble faţă de cuprul pur. Prin microaliere se măresc, de asemenea, refractaritatea şi rezistenţa la coroziune. Aliajele de cupru, după proprietăţile şi domeniile de utilizare, pot fi grupate în următoarele categorii: - antifricţiune; - cu conductibilitate termică şi electrică ridicată; - anticorozive; - refractare; - criogene; - pentru aşchiere pe strunguri automate; - cu proprietăţi mecanice deosebite; - pentru îmbinări sudate; - superconductoare; - magnetice; - rezistive; - pentru turnarea sub presiune; - antiscântei; - pentru ambutisare adâncă; - cu modul de elasticitate ridicat; - pentru industria chimică, navală; - pentru aeronautică; - pentru construcţia de autovehicule etc. 9. Aliaje pe bază de aluminiu. Clasificare. Aliaje Al-Si. Din punctul de vedere al prelucrării, aliajele pe bază de aluminiu se clasifică în: - aliaje destinate laminări; - aliaje de turnătorie; După capacitatea lor de tratament termic aliajele pe bază de aluminiu se clasifică în: - aliaje care nu se durifică prin tratament termic; - aliaje care se durifică prin tratament termic. Principalele sisteme binare de aliaje pe bază de aluminiu se clasifică astfel: - aliaje aluminu-siliciu; - aliaje aluminiu-magneziu; - aliaje aluminiu-cupru; - aliaje aluminiu-zinc; - aliaje aluminiu-mangan; - aliaje aluminiu-argint; - aliaje aluminiu-nichel; - aliaje aluminiu-stibiu; - aliaje aluminiu-beriliu, aluminiu-litiu, aluminiu-titan. Aliaje aluminiu-siliciu Aliajele binare aluminiu-siliciu sunt cunoscute sub denumirea de siluminuri şi sunt cele mai răspândite aliaje de aluminiu pentru turnătorie. Aceste aliaje se caracterizează prin caracteristici mecanice relativ mici în stare turnată şi stabilitate mică la coroziune. Prin turnare sub presiune se poate mări densitatea aliajelor şi îmbunătăţi caracteristicile mecanice. Cele mai adecvate aliaje pentru turnătorie, deoarece au fluiditatea cea mai bună, sunt aliajele de compoziţie eutectică.

65 Pentru a îmbunătăţi proprietăţile tehnologice ale siluminurilor se aplică modificarea cu sodiu. Aliajul înainte de turnare se acoperă cu un flux de modificare care constă dintr-un amestec de fluoruri şi cloruri alcaline. Aceste fluxuri se folosesc simultan şi ca flux de rafinare pentru degazarea aliajelor şi purificarea de incluziuni oxidice. Amestecurile binare se adaugă în proporţie de 3 % din greutatea şarjei şi se formează un strat uniform pe suprafaţa topiturii, la temperatura de 780 830 0 C. După o menţinere de 5 7 min., se amestecă fluxul în topitură sau se menţine până la formarea pe suprafaţă a unei zguri care se îndepărtează înainte de turnare. Amestecurile mai complexe se adaugă numai în cantitate de 0,5 1 % din greutatea şarjei, iar dacă se amestecă energic, timpul de menţinere se scurtează la 3 5 min. şi se poate lucra la temperaturi mai joase 750 80 0 C, după care se toarnă. După modificare este suficient să rămână în aliaj 0,01 0,1 % Na, pentru ca se îmbunătăţească atât fluiditatea şi compactitatea pieselor turnate cât, mai ales, să se mărunţească structura şi să crească apreciabil caracteristicile mecanice. Mărunţirea cristalelor constituenţilor structurali se datorează rolului de modificator al sodiului care formează pe suprafaţa cristalelor pelicule, care împiedică creşterea din topitură. De aceea, pentru modificare este necesară respectarea cantităţii de modificator, în raport cu cantitatea de aliaj. Efectele modificării pot fi anulate dacă aliajul se menţine prea mult între modificare şi turnare, deoarece există pericolul de volatilizare a adaosului de sodiu. 10. Aliaje pe bază de nichel. Clasificare, caracteristici domenii de utilizare. Aliajele pe bază de nichel sunt materiale metalice de o mare importanţă în tehnică, datorită proprietăţilor deosebite pe care le posedă, dintre care putem aminti: - caracteristici mecanice foarte bune atât la temperaturi ridicate cât şi la temperaturi scăzute; - refractaritate şi rezistenţă la coroziune; - proprietăţi magnetice (permeabilitate magnetică variabilă sau constantă, pentru magneţi permanenţi); - rezistenţă la uzură şi proprietăţi antifricţiune corespunzătoare; - coeficient de dilatare practic nul, în domeniul de temperatură 0 100 0 C sau apropiat de cel al platinei şi sticlei; - rezistivitate electrică constantă, în intervalul de temperatură 0 100 0 C; - mare rezistenţă electrică. După proprietăţile şi domeniile de utilizare, aliajele pe bază de nichel pot fi convenţional împărţite în: - aliaje pentru industria constructoare de maşini; - aliaje pentru industria electrotehnică şi electronică; - aliaje cu proprietăţi fizice speciale; - aliaje refractare; - aliaje industria aerospaţială, energetică, nucleară, chimică, alimentară şi criogenie; În industria constructoare de maşini, unde se cer materiale cu o înaltă rezistenţă mecanică şi o mare rezistenţă la coroziune se utilizează mai ales aliajele nichelului cu cuprul, fiind prezente şi alte elemente de aliere precum şi aliaje pe baza altor sisteme. Înalta temperatură de volatilizare în vid, marea rezistenţă electrică şi forţa termoelectromotoare ridicată, rezistenţa bună la temperaturi înalte şi un şir de alte proprietăţi valoroase determină utilizarea aliajelor pe bază de nichel în industria electrotehnică şi electronică pentru confecţionarea reostatelor, elementelor de încălzire, aparatelor de măsură, termocuplelor etc. Din categoria aliajelor cu proprietăţi speciale fac parte aliajele cu permeabilitate magnetică mare: permaloy, supermaloy, remaloy, Mo-permaloy etc. Aliajele pentru magneţi permanenţi sunt: alni, alnico, cunico, magnico, ticonal, permat. Aliajele termomagnetice cunoscute sunt calmoloy, termaloy, precum şi compoziţia 1 % Mo, rest Ni, iar aliajele cu permeabilitate constantă se numesc perminvar. Aliajele pe bază de nichel refractare cele mai cunoscute sunt: nimonic, hasteloy, caronel, illium, inconel, incoloy, corosist, unitemp etc. Un număr important de aliaje pe bază de nichel care pot funcţiona în domeniul temperaturilor 800 100 0 C şi beneficiază de o rezistenţă la coroziune şi oxidare excepţională, şi-au găsit o largă utilizare în industria energetică şi nucleară.

66 9. Metalurgia oţelului 1. Materii prime şi auxiliare utilizate la elaborarea oţelurilor.. Tehnologia elaborării oţelurilor în cuptoarele electrice cu arc clasice. 3. Tehnologia elaborării oţelurilor în cuptoarele electrice cu arc de tip EBT. 4. Tehnologia elaborării oţelurilor în convertizoarele cu oxigen. 5. Prezentaţi câteva metode de tratament secundar a oţelului. 6. Turnarea oţelului sub formă de lingouri. 7. Defectele lingourilor de oţel. 8. Turnarea continuă a oţelurilor. 9. Defectele semifabricatelor de oţel. 1. Materii prime şi auxiliare utilizate la elaborarea oţelurilor. Încărcătura metalică a agregatelor de elaborare a oţelului cuprinde fier vechi şi fontă de afinare (albă) uneori lupe şi burete de fier, pelete metalizate. Compoziţia chimică a încărcăturii metalice şi comportarea elementelor din acesta, influenţează cantitatea zgurii, compoziţia chimică a acesteia şi a oţelului. Categoria de deşeuri feroase căreia i se poate aplica denumirea de fier vechi în adevăratul sens al cuvântului, provine din două surse principale: - sectorul industrial, prin casările de utilaje, maşini, agregate, instalaţii, construcţii metalice, autovehicule, material rulant, nave, etc.; - particulari, prin casarea de obiecte şi aparataj casnic realizate integral sau în parte din materiale feroase (fontă sau oţel) şi prin deşeurile casnice (ambalaje, cutii, bidoane, etc.). Fierul vechi trebuie sortat în funcţie de compoziţia chimică, obţinându-se un sort de fier vechi nealiat, mai multe sorturi de fier vechi aliat şi câteva sorturi dubioase. Fierul vechi din fiecare sort trebuie clasat după starea fizică pe clase: fierul vechi greu (lingouri defecte şi incomplete, şutaje, brame, blumuri), fier vechi mijlociu sau normal (traverse, şine, material rulant, construcţii de maşini, şutaje) şi fier vechi uşor, cel mai nepotrivit, mărunt sau voluminos (tabla subţire, strunjituri, sârmă). Luând în considerare sursele care generează deşeuri feroase se poate stabilii următoarea clasificare a acestora: deşeuri feroase rezultate din industria siderurgică; deşeuri feroase provenite din activitatea industrială în care se prelucrează sau se utilizează produse siderurgice; deşeuri feroase provenite din casări de fonduri fixe şi din colectări de la populaţie (obiecte declasate în gospodării şi care conţin oţel sau fontă). Se foloseşte fontă solidă, ca fontă brută (în calupuri) şi fonta veche (părţi de maşini, lingotiere, cilindri de laminor etc. deci în general fonta cenuşie şi uneori aliată, necesitând o sortare) şi mai puţin fontă lichidă. Este apreciată pe baza compoziţiei chimice şi este pregătită, prin spargere şi sortare. Sursele principale de fontă veche sunt piesele din fontă (batiuri, volanţi, carcase, etc) din utilajele casate şi utilajele de turnare (lingotiere, poduri de turnare) scoase din uz. Buretele de fier defineşte produsul reducerii directe a unui minereu, care mai conţine mici cantităţi de oxizi de fier, steril şi alte impurităţi. Obţinerea buretelui de fier se realizează prin mai multe tipuri de instalaţii de reducere directe clasificate după cum urmează: utilizând carbonul ca agent reducător (instalaţiile SL/RN, Krupp - cuptor rotativ); utilizând gazele naturale ca agent de reducere. Buretele de fier utilizat în oţelării trebuie să aibă următoarele caracteristici: grad de metalizare min.9% (Fe metalic /Fe total ), min. 90%Fe, max 5%SiO, max %Al O 3 MgO, bazicitatea (CaO/SiO ) = 0,10 0,0. În încărcătura cuptoarelor pentru producerea oţelului şi în timpul elaborării, în afară de materii prime se mai adaugă şi materiale pentru completarea necesarului de oxigen şi materiale pentru formarea zgurii, denumite materiale auxiliare sau adaosuri. Pentru accelerarea oxidării elementelor însoţitoare (în special a carbonului) se folosesc materiale bogate în oxigen ca: minereuri de fier (trebuie să conţină un procent cât mai ridicat de fier peste 5%, de dorit chiar peste 6% şi un conţinut cât mai scăzut de silice SiO sub 5% şi sub 0,7%P), ţunder (conţine peste 70%Fe.) şi zgură sudată, oxigen tehnic (peste 99,5%O ), materiale care intră în categoria materialelor oxidante. Pentru formarea zgurii în procesul de elaborare a oţelului se întrebuinţează fondanţii: calcar (min.50%cao, max.3%sio 3 şi 3%MgO) şi var (94%CaO, 1,0%MgO, 1,0%SiO, 0,1%S, 1,0%Fe O 3 Al O 3, 3,0% pierderi la calcinare).

67 Fluorura de calciu (CaF ) sau fluorina este întrebuinţată în oţelării pentru fluidificarea zgurii. O fluorură bună trebuie să conţină peste 75%CaF. Pentru fluidificarea zgurii se întrebuinţează şi bauxita care, trebuie să conţină cel puţin 5% Al O 3 şi maximum 10%SiO. Deoarece bauxita conţine mult oxid de fier, introducerea ei în cuptor trebuie să se facă numai atunci când se adaugă şi minereu, astfel continuând fierberea băii. Dezoxidanţii sunt utilizaţi pentru îndepărtarea oxigenului dizolvat în baia metalică. Se utilizează feroaliaje, funcţie de marca de oţel care se elaborează: FeMn, FeSi, SiMn, Al, etc.. Tehnologia elaborării oţelurilor în cuptoarele electrice cu arc clasice. Materiile prime care se încarcă în cuptoarele electrice cu arc clasice (fig.1) sunt fierul vechi şi fonta solidă, în diferite proporţii, în funcţie de marca de oţel care se elaborează. De asemenea, pe parcursul elaborării se adaugă o serie de alte materiale auxiliare cu ar fi: minereu de fier şi/sau oxigen tehnic (materiale oxidante), fluorură de calciu sau bauxită (fluidificatori), spărturi de electrozi (carburant), feroaliaje (dezoxidanţi de tipul: FeSi, FeMn, SiMn, Al). Principalele etape în elaborarea oţelului: - ajustarea zidăriei cuptorului - repararea profilului interior al cuptorului cu materiale refractare; - încărcarea materiilor prime se poate face manual (la cuptoarele de mică capacitate) sau cu bena (la cuptoarele de capacitate mai mare); - topirea este perioada care decurge cu cel mai mare consum energetic. În funcţie de gradul de oxidare urmărit în primul rând al carbonului la care predomină în timpul topirii oxidarea directă, metoda de topire poate fi: cu oxidare completă (când se lucrează cu fier vechi de calitate inferioară (ruginit, multe strunjituri, scoarţe, etc.) şi în general când încărcătura conţine mult fosfor); cu oxidare parţială (se oxidează 70-100% din siliciu şi din vanadiu, 50% din mangan, 0% din carbon, circa % din fier, fosforul se oxidează peste 60% ajungând la cca. 0,00%); fără oxidare (se aplică la elaborarea oţelurilor bogat aliate, din încărcătură curată în fosfor şi care conţine elemente de aliere care trebuie recuperate); - afinarea (fierberea sau decarburarea) se realizează în două etape: perioada de fierbere intensă (se fac adaosuri de minereu rezultând o viteză de oxidare de 0,30-0,50 %C/h. şi/sau se insuflă oxigen tehnic gazos ajungându-se la viteze de decarburare de 1,8-,5 %C/h.) şi perioada de fierbere liniştită; - dezoxidarea (şi alierea): dezoxidarea prin difuziune (cu zgură albă sau cu zgură carbidică) sau dezoxidarea prin precipitare (cu ajutorul FeMn, FeSi, SiCa, Al); - evacuarea în oala de turnare unde continuă tratamentul secundar al oţelului. Trebuie menţionat că tot pe parcursul elaborării au loc defosforarea (la sfârşitul topirii) şi desulfurarea (concomitent cu dezoxidarea sau pe parcursul tratamentului secundar). 3. Tehnologia elaborării oţelurilor în cuptoarele electrice cu arc de tip EBT. Este o variantă perfecţionată a cuptorului electric cu arc clasic, evidenţiindu-se câteva diferenţe (vezi figură): evacuare excentrică prin vatră, prezenţa unui călcâi lichid, zidărie şi boltă răcite intens cu apă, arzătoare cu oxi-gaz montate în pereţii cuptorului. Datorită acestor perfecţionări, şi tehnologia de elaborare a fost modificată: - ajustarea cuptorului - se realizează cu material refractar sau masă refractară iar durata este de cca.5min;

68 - încărcarea materiilor prime cu ajutorul benei, încărcătura fiind formată în proporţie de 97,5-100% fier vechi iar diferenţa o reprezintă fonta solidă sau spărturi de electrozi. În cazul în care în încărcătură nu este prevăzută şi o anumită cantitate de fontă - pentru obţinerea unui <C> necesar, acesta va fi insuflat în timpul afinării sub formă de pulbere de grafit; - topirea, căldura necesară topirii provenind din două surse: energia degajată de arcul electric şi energia chimică (asigurată de arzătoarele oxi-gaz sau lancea de oxigen). - afinarea, respectiv perioada în care este continuat procesul de oxidare al elementelor însoţitoare din baia metalică: C, Mn, Si, P, S. În prezent, tehnologia aplicată la cuptorul de tip EBT prevede o insuflare de grafit care, concomitent cu o insuflare o oxigen prin lance răcită cu apă dau valori ale vitezei de decarburare cuprinse în intervalul 1-4%C/h. - evacuarea (turnarea în oala de turnare) se realizează imediat ce compoziţia chimică şi temperatura sunt satisfăcătoare, prin deschiderea orificiul de turnare. Oţelul este turnat în oala de turnare, fiind pregătit pentru următoarea operaţie: dezoxidarea. Se recomandă utilizarea dezoxidanţilor de tipul FeSi, SiMn şi eventual Al pentru şarjele care nu se toarnă continuu. 4. Tehnologia elaborării oţelurilor în convertizoarele cu oxigen Spre deosebire de convertizoarele cu aer, în convertizoarele cu oxigen se poate încărca 75-100% fontă lichidă şi 0-5% fier vechi. După încărcarea materiilor prime feroase, are loc insuflarea de oxigen tehnic (cu puritate de 99,6%O ) printr-o lance răcită cu apă fig.1. Fig.1. Construcţia convertizorului cu oxigen LD.

69 În timpul insuflării, baia metalică este liniştită doar la început după care începe să se agite atât datorită acţiunii mecanice a jetului de oxigen cât şi datorită degajării bulelor de CO rezultate în urma procesului de decarburare. Oxigenul gazos molecular se descompune în atomi şi se dizolvă în baia metalică, dizolvare care se realizează cu un consum mare de căldură. La temperaturile ridicate din convertizor, dizolvarea oxigenului este foarte intensă, acesta reacţionând cu elementele însoţitoare, oxidându-se (mai ales C). În principiu, la oxidarea elementelor însoţitoare participă atât oxigen gazos cât şi oxigenul dizolvat în baia metalică şi cel legat de Fe sub formă de FeO. Reacţiile sunt de tipul: O [C] = CO O [Mn] = (MnO) O [Si] = (SiO ) 5/ O [P] = (P O 5 ) O [Fe] = (FeO) Similar pentru reducerile cu [FeO] şi respectiv (FeO): (FeO) [FeO] [FeO] [C] = [Fe] CO [FeO] [Mn] = [Fe] (MnO) [FeO] [Si] = [Fe] (SiO ) 5[FeO] [P] = 5[Fe] (P O 5 ) (FeO) [C] = [Fe] CO (FeO) [Mn] = [Fe] (MnO) (FeO) [Si] = [Fe] (SiO ) 5(FeO) [P] = 5[Fe] (P O 5 ) Ordinea de oxidare este dată de afinitatea elementelor faţă de oxigen. Astfel, în primele trei minute se oxidează Si principalul element termogen, care furnizează cea mai mare parte de căldură. Practic, se ajunge ca cel târziu în min.3 al suflării să rămână doar urme de Si iar după minutul 6-7 al suflării, în baia metalică nu mai există Si. În acelaşi timp cu Si se oxidează şi Mn, viteza de oxidare a acestuia crescând după terminarea oxidării Si. Oxidarea este mai intensă până în minutul 6-7, continuă apoi cu o viteza mai mică până în minutul 9-10, după care se constată o creşterea a conţinutului de Mn din baie, creştere datorată regenerării Mn (se lucrează cu o zgură bazică şi o temperatură crescută a băii metalice. Oxidarea C are loc cu viteze foarte mari: de la 0,05%C/min la 0,5-0,5%C/min la terminarea oxidării Si şi Mn. De asemenea, oxidarea P are loc chiar de la începutul suflării oxigenului gazos, un rol important avându-l regimul zgurii; zgura care se formează trebuie să fie foarte activă, bazică, formarea ei depinzând de: - temperatura băii metalice; - utilizarea unor lănci cu 3-4 diuze (creşte cantitatea de oxigen insuflată şi deci şi viteza de oxidare a elementelor şi de formare a zgurii); - gradul de amestecare a băii metalice cu zgura; - utilizarea de fluidificatori pentru fluidificarea zgurii: bauxită sau fluorină de calciu. În convertizorul cu oxigen există posibilităţi de îndepărtare a sulfului, gazelor şi incluziunilor nemetalice, astfel încât să se asigure producerea unui oţel de calitate superioară. La sfârşitul insuflării, oţelul este puternic oxidat, supraoxidarea fiind în funcţie de distanţa de suflare, de temperatură şi conţinutul de carbon. Dezoxidarea se face de regulă în oala de turnare cu feroaliaje calcinate şi încălzite la 700-800 o C, în funcţie de tipul oţelului elaborat astfel: - la oţelul necalmat, dezoxidarea se realizează cu FeMn şi eventual Al; - la oţelul calmat se face o predezoxidare cu cca. 0% din Al, urmat de adaos de FeMn, FeSi şi restul de Al. Când compoziţia chimică şi temperatura este cea prescrisă pentru marca de oţel elaborat, evacuarea are loc prin bascularea convertizorului. Alte variante constructive de convertizoare cu oxigen: Kaldo şi Rotor, agregate care se rotesc în jurul axei longitudinale omogenizând termic şi chimic baia metalică. 5. Prezentaţi câteva metode de tratament secundar a oţelului. Scopul tratamentului secundar este acela de a îmbunătăţii calitatea oţelului elaborat, indiferent de tipul agregatului de elaborare sau marca oţelului. Astfel, se poate obţine o decarburare, dezoxidare sau desulfurare avansată, un conţinut redus de gaze şi o decantare avansată a incluziunilor din oţel în zgură, reglarea corespunzătoare a temperaturii de turnare, în funcţie de procedeul de turnare ales.

70 În funcţie de posibilităţile fiecărei întreprinderi siderurgice, de prescripţiile de calitate a oţelului şi eventual de preţul de cost final al oţelului, tratamentul secundar se poate face: 1. Barbotarea oţelului cu gaze inerte. Se poate face prin insuflare printr-o lance pe la partea superioară sau printr-un dop poros montat excentric la fundul oalei. Dintre gazele inerte, se utilizează mai rar azotul (are solubilitate parţială în oţelul lichid) sau argonul (insolubil în oţelul lichid). Datorită agitării mecanice care cuprinde oţelul lichid, are loc o omogenizare chimică şi termică avansată a băii metalice, motiv pentru care barbotarea a fost utilizată în combinaţie cu alte procedee de creştere a calităţii oţelului.. Barbotarea oţelului cu gaze inerte şi realizarea a diferite adaosuri. La această metodă, pe lângă barbotare se urmăreşte obţinerea a diferite efecte metalurgice sau doar corecţia compoziţiei chimice. De exemplu procedeul CAS fig.1. Fig.1. - Procedeul CAS 1-oala de turnare; şi 4-capace etanşe; 3-troncon din tablă de oţel; 5-adaos de feroaliaje; 6-prelevare de probe; 7-dop poros pentru insuflarea argonului Procedeul CAS asigură asimilări ridicate în elemente introduse în baia metalică, prin adaosurile introduse în timpul barbotării cu gaz. În acest caz, în oala de turnare care este acoperită cu un capac de tablă, se utilizează o cuvă tronconică prin care se face adaos de materiale. Argonul se insuflă în baia metalică printr-un dop poros montat la fundul oalei. Prin aplicarea acestui procedeu, conţinutul de oxigen total al băii metalice scade rapid, sub 40 ppm, în timp ce, în cazul barbotării cu gaze inerte în contact direct cu atmosfera se menţin nivele de oxigen de 50-100 ppm 3. Tratamentul secundar în instalaţii speciale, fără vidare. Un exemplu din această categorie de metode îl reprezintă procedeul LF (Ladle Furnace) fig. la care există şi posibilitatea controlului temperaturii oţelului (există posibilitatea reîncălzirii oţelului lichid prin intermediul a trei electrozi similari cu cei de la cuptorul electric cu arc clasic). Fig.. Instalaţia de tratament secundar de tip LF.

71 4. Tratament secundar în instalaţii speciale, cu vidare. Cele mai utilizate metode din această categorie sunt procedeele VOD (vid oxigen decarburare), VAD (vid arc dezoxidare) respectiv procedeul combinat VAD-VOD. La primul procedeu căldura necesară este obţinută prin reacţii chimice exoterme (se insuflă oxigen prin lancea, efectuându-se concomitent adaosuri pentru corecţia compoziţiei chimice şi barbotare cu gaze inerte); la al doilea procedeu, căldura necesară în procesul de rafinare este obţinută datorită arcului electric care se formează între cei 3 electrozi şi baia metalică; efectele celor două procedee sunt combinate la a treia metodă, obţinându-se un control mult mai riguros al compoziţiei chimice dar şi al temperaturii oţelului lichid. 5. Retopirea oţelului. Cel mai utilizat procedeu este retopirea electrică sub zgură (REZ). La acest procedeu, oţelul (sub formă de electrod consumabil) este retopit iar picăturile rezultate trec printr-un strat de zgură sintetică, efectuându-se un efect de spălare de oţelului reţinerea impurităţilor din oţelul lichid. În plus, se obţine un lingou cu o structură mult îmbunătăţită datorită răcirii controlate din cristalizorul instalaţiei. 6. Turnarea oţelului sub formă de lingouri Turnarea clasică a oţelului este posibilă în trei variante tehnologice: - Turnarea directă (când oala de turnare este centrată pe lingotiera montată pe un pod sau o placă de turnare, după care se deschide orificiul de turnare montat excentric la fundul oalei fig.1,a). Avantajele metodei: cheltuieli reduse pentru manoperă şi materiale, deoarece în locul podurilor de turnare complicate, cu reţea de cărămizi tubulare şi a pâlniilor centrale se folosesc doar plăci de turnare simple; se poate turna oţel din cuptoare cu mers mai rece; oţelul cel mai cald, ultimul turnat în lingotieră, se află în capul lingoului, ceea ce este favorabil pentru combaterea golurilor de contracţie şi a porozităţii centrale, pentru eliminarea gazelor nedizolvate şi decantarea particulelor de material în suspensie; contactul cu materialele refractare este redus, deci se limitează una din sursele de incluziuni nemetalice exogene, dar necesită orificiu de turnare (şi dopuri) de cea mai bună calitate, montarea lor la oala de turnare şi manevrare foarte îngrijită; scoaterea de oţel lingou este mai mare decât la turnarea în sifon, deoarece nu mai sunt necesare pâlnii şi canale de turnare, iar erupţiile pe sub lingotiere sunt restrânse. Turnarea de sus, directă, are următoarele dezavantaje: nu se poate urmării umplerea lingotierei (din cauza oalei de turnare); nu se pot turna lingouri mici din cuptoare de capacitate mare, datorită numărului mare de închideri şi deschideri ale orificiului oalei de turnare şi mutării frecvente a acesteia de la o lingotieră la alta, ceea ce favorizează deteriorarea orificiului oalei şi a dopului de închidere, ceea ce va conduce la curgere necorespunzătoare a jetului, cu efecte negative asupra calităţii lingoului; calitatea mai slabă a suprafeţei lingourilor, datorită stropilor care se formează în timpul turnării în momentul în care jetul de oţel lichid, căzând de la o înălţime relativ mare, se izbeşte de fundul lingotierei. - Turnarea directă prin intermediul unei pâlnii intermediare (se interpune între oala de turnare şi lingotieră o pâlnie care să ajute la centrarea jetului de oţel). Avantajele metodei sunt următoarele: orificiul pâlniei asigură o centrare mai bună a jetului de oţel în lingotieră, deci durabilitatea acesteia creşte; oala de turnare este golită în timp mai scurt dacă n > 1; diametru orificiului pâlniei se poate alege corespunzător vitezei de umplere în funcţie de mărimea lingoului. - Turnarea indirectă (din oala de turnare, oţelul este turnat printr-o pâlnie centrală montată pe un pod de turnare şi umple toate lingotierele montate pe pod fig.1,b). Turnarea în sifon prezintă următoarele avantaje: lingourile au suprafaţă curată (fără stropi şi scoarţe), dacă orificiile de acces în lingotiere au secţiune suficient de mare pentru ca oţelul să nu ţâşnească; lingotierele au durabilitate mai mare fiind menajate la partea inferioară; oala de turnare este golită în timp mai scurt (nu însă ca la metoda de turnare directă cu viteză mare), deci căptuşeala ţine la mai multe turnări şi funcţionarea ansamblului orificiu dop este mai sigură; lingourile au aceeaşi compoziţie chimică (şi structură) fiind turnate în aproximativ aceleaşi condiţii; se pot turna lingouri mici (sub t) în oţelării cu agregate de capacitate mare; se poate adapta viteza de umplere corespunzătoare oţelului, temperatura şi mărimea lingoului prin fixarea numărului de lingotiere pe podul de turnare; se poate urmării mai bine umplerea lingotierelor. Metode de turnare în sifon prezintă următoarele dezavantaje: cheltuieli mai mari pentru pregătirea turnării şi pentru materiale; este necesar un spaţiu mai mare de turnare; pierderile de oţel în hala de turnare sunt importante (până la 4%) sub formă de cozi (în pâlniile centrale şi cărămizile tubulare ale podurilor), lingouri scurte ( lingotierele nu au fost complet umplute), scurgeri de oţel accidentale prin străpungerea cărămizilor tubulare; este mai mare pericolul impurificării oţelului cu incluziuni de şamotă (din refractarele ansamblului de turnare); centrul lingoului (unde intră oţelul fierbinte) este mai poros şi

7 condiţii mai puţin favorabile pentru retasură (oţelul mai rece în capul lingoului), golul de contracţie se întinde mai în adâncime. Fig. 1 - Turnarea clasică a oţelului sub formă de lingouri. a turnare directă; b turnare indirectă (prin sifon). 7. Defectele lingourilor de oţel Defectele lingoului de oţel în funcţie de locul de amplasare se împart în două grupe mari şi anume: A. Defecte interne (retasuri, porozităţi, sufluri, segregaţii, linii de umbre, fulgi, incluziuni nemetalice) - Retasurile sunt goluri de contracţie care apar la solidificarea oţelului; retasura reprezintă - 4% din volumul lingoului, dar cantitatea de metal afectată de acest defect, care trebuie îndepărtată din capul lingoului depăşeşte curent 1%. Prin aplicarea măsurilor complexe de îmbunătăţire a calităţii lingoului, se micşorează neomogenitatea chimică şi structurală şi se poate reduce zona afectată de retasură. - Suflurile sunt definite ca fiind mici goluri pline cu gaze, caracteristice oţelului necalmat şi reprezintă discontinuităţi în masa lingoului. - Porozitatea apare în timpul solidificării oţelului în lingotieră, când, în oţelul lichid izolat între grupe de dendrite sau la graniţele cristalelor primare se produc goluri de contracţie locale, mici, înguste, pline de gaze şi deci care nu pot fi umplute cu oţel lichid (foarte vâscos) din imediata apropiere. Aceste goluri numite microretasuri pot apare în tot lingoul, însă mai frecvent se formează în părţile care de solidifică la urmă şi mai ales în apropierea retasurii, unde sunt favorizate de aglomerări de gaze ieşite din soluţie şi de vâscozitatea mare a oţelului. - Segregaţiile reprezintă neomogenităţi de natură chimică, datorată segregării de S, P, C şi separării din soluţie de FeS, MnS, Fe 3 P, sub formă de picături care se solidifică în spaţiul interdendritic. - Linii de umbre prezintă sub forma unor dunguliţe întunecate, lungi de la câţiva milimetri până la câţiva centimetri, care apar pe suprafaţa unor piese obţinute în urma operaţiilor de strunjire, din oţel calmat. - Plane de rezistenţă minimă sunt locurile de întâlnire a dendritelor columnare şi de concentrare a impurităţilor, segregate şi decantate din oţelul lichid în curs de solidificare, deci sunt plane de rezistenţă minimă. - Incluziunile nemetalice sunt particule de impurităţi prinse în mod mecanic în oţelul solidificat, deci nu fac parte din structura acestuia şi provin din reacţiile care au loc în oţelul lichid, în special la dezoxidare şi la solidificare (incluziuni endogene, oxidice sau sulfidice) sau ajung în oţel din afara acestuia ca zgură şi materiale refractare (incluziuni exogene). B. Defecte de suprafaţă (crăpături la cald, suduri reci, scoarţe, înfăşurări, etc). - Crăpăturile la cald se produc dacă în lingoul de oţel apar tensiuni prea mari cărora rezistenţa mică a oţelului la temperaturi înalte nu le pot face faţă. Crăpăturile orizontale se produc dacă este frânată contracţia lingoului după axa longitudinală a acestuia. Acest tip de crăpături, mai frecvent întâlnite la oţelurile cu conţinu scăzut de carbon (domeniu de solidificare îngust), au la origine următoarele cauze: defecte ale suprafeţei interioare a lingotierei; încastrarea lingoului la picior; atârnarea lingoului (bavură la

73 maselotă, suprapunere); lovirea violentă a crustei de vâna de oţel (baia formată la fundul lingotierei puţin adâncă). Crăpături verticale (longitudinale) sunt aproximativ paralele cu muchiile lingoului (cu axa longitudinală). Aceste crăpături se produc de obicei în partea de jos a lingoului şi sunt cauzate de tensiuni produse de presiunea coloanei de oţel lichid în crusta solidificată, de frânarea contracţiei acesteia şi de transformările structurale cu schimbări de volum, care au loc la temperaturi înalte şi respectiv joase. - Sudurile reci apar în cazul turnării indirecte cu temperatură prea joasă sau cu viteză de umplere prea mică (nerespectarea instrucţiunilor tehnologice de turnare, necorelarea temperaturii cu viteza de turnare), când, pe suprafaţa oţelului lichid din lingotieră ("oglinda de metal") se formează o crustă de oţel solidificat, care aderă la pereţii lingotierei, apoi este ruptă şi înglobată în oţelul lichid cu care se sudează fără a se topi complet. - Scoarţele apar de regulă la lingourile de oţel necalmat. Dacă se toarnă oţel necalmat insuficient degazat deschizând brusc orificiul oalei de turnare, prima cantitate de oţel pătrunsă în lingotieră este umflată datorită degajării intense de gaze, la solidificarea primului strat la piciorul lingoului, putând atinge înălţimi apreciabile (de exemplu până la 450 mm de la piciorul lingoului). - Impurităţile sunt corpuri străine de masa metalică de bază, de tipul materialelor refractare erodate ca urmare a contactelor cu oţelul lichid (o parte se găsesc şi în interiorul lingoului ca incluziuni exogene), zgură formată pe suprafaţa "oglinzii de metal" (spumă) produşi de dezoxidare şi pelicule de oxizi (mai ales în cazul oţelului aliat cu aluminiu). Ungerea corespunzătoare a lingotierelor sau folosirea unor prafuri unguente de bună calitate şi utilizarea unor materiale refractare de calitate superioară înlătură în cea mai mare parte acest defect. 8. Turnarea continuă a oţelului. A înlocuit treptat turnarea clasică, fiind deja ţări care toarnă toată producţia de oţel sub formă de semifabricate turnate continuu. De aceea au crescut şi tipo-dimensiunile care se pot turna continuu (blumuri, ţagle şi brame), tendinţa actuală fiind aceea de a se turna la o formă cât mai apropiată de forma finală. Procedeul constă din turnarea continuă a oţelului din oala de turnare în distribuitor şi ulterior în cristalizorul instalaţiei, unde se face solidificarea primară a semifabricatului fig.1. Fig.1. Instalaţia de turnare continuă a oţelului Ulterior, pe partea de răcire secundară se definitivează solidificarea prin pulverizare cu apă şi, după eliminarea eventualelor deformaţii prin intermediul rolelor de extragere îndreptare, semifabricatele sunt debitate la lungimea prestabilită de tehnologi. Trebuie avută în vedere o corelare corespunzătoare a

74 parametrilor tehnologici (viteză, timp şi temperatură de turnare) astfel încât solidificarea să se realizeze corespunzător şi complet. - Temperatura oţelului la începutul turnării din cuptorul de elaborare poate varia în limite largi (1600 1700 C), în funcţie de factorii menţionaţi anterior; la majoritatea instalaţiilor moderne, această temperatură este însă cuprinsă între 160 1650 C. Temperatura din oala de turnare a metalului în timpul turnării continue trebuie să fie pe toată perioada cu 30 60 C peste temperatura de topire, fiind cuprinsă în general între 1570 şi 160 C. Temperatura din distribuitor trebuie să fie cu 15 40 C deasupra temperaturii de topire, fiind în general cuprinsă între 1550 1580 C. - Timpul maxim de turnare este de 50 80min pentru oale de 100 t şi 60 100min pentru cele de 300 t. În practică, deseori se consideră că pentru majoritatea sortimentelor uzuale de oţeluri şi oale de capacitate mai mare de 100 t, se poate adopta un timp maxim de turnare de 60 min. - Viteza de turnare la primele instalaţii de turnare a sleburilor mari, era în general de 0,5 m/min şi nu depăşea 0,7 m/min; la instalaţiile mai recente, vitezele de turnare pentru sleburile de acceaşi grosime sunt de circa,0,5 m/min, cu tendinţa de a se mării şi mai mult. 9. Defectele semifabricatelor turnate continuu La semifabricatele turnate continuu, se disting următoarele tipuri de defecte: defecte superficiale; defecte de formă; defecte interne. A. Defecte superficiale (de suprafaţă) - Fisurile longitudinale se formează, în general în cristalizor, iar în zona de răcire secundara ele se pot deschide în continuare, putând rezulta chiar rupturi. Tendinţa de apariţie a fisurilor longitudinale creşte odată cu creşterea vitezelor de turnare şi a temperaturilor de turnare. Ca aspect, fisurile longitudinale apar rar ca defectele izolate, ele putându-se extinde pe lungimi mari ale profilului şi frecvent şi în adâncime. Nu sunt întotdeauna drepte, ci deseori sunt întrerupte şi continuă în zig-zag. - Fisuri datorită tensiunilor termice sunt fisuri fine în forma de stea şi pot fi vizibile pe toată suprafaţa curăţată de ţunder, iar cauza ce le generează constă într-o suprarăcire locală, aceste defecte putând fi prevenite printr-o reglare corectă a orificiilor duzelor de pulverizare a apei şi printr-o distribuţie uniformă a pulverizării. - Fisurile transversale pe suprafaţa profilului sunt cauzate de tensiunea pe direcţie longitudinală a profilului. În general fisurile transversale nu sunt obişnuite la profilele rotunde, ele găsindu-se mai frecvent la profilele pătrate şi dreptunghiulare. - Sufluri şi incluziuni de zgură apar frecvent împreună pe suprafeţele profilelor turnate continuu atât la cele rotunde cât şi la cele pătrate sau dreptunghiulare. Acest defect este cauzat de formarea unei zguri de lubrifiere cu vâscozitate mai mare. - Suprapunerile uşoare au aspectul de suprapunere circumferenţiară uşoară şi cauza o constituie o scurtă întrerupere a turnării ceea ce înseamnă că acestea constituie defecte care pot fi preîntâmpinate. - Suprapunerile accentuate au aspectul unor crestături adânci circulare şi cauza apariţiei este ca urmare a opririi a mai mult timp a turnării (firului) şi repornirea sau schimbarea distribuitorului. B. Defecte de formă O imprecizie dimensională a secţiunii lor poate fi provocată chiar de cristalizor după un anumit număr de turnări. De asemenea, răciri neuniforme ale oţelului în cristalizor sau în zona de răcire secundară pot da ţaglelor secţiune deformată. C. Defecte interne - Fisurile transversale interne se datorează tensiunilor transversale faţă de direcţia de turnare şi se formează în crusta solidificată a profilului. Cauza acestora o constituie suprarăcirea locală a profilului care se solidifică precum şi grosimea excesivă de contact a cilindrilor de acţionare când miezul semifabricatului este încă lichid. - Fisuri longitudinale interne pot fi considerate ca separaţii interdentritice şi sunt de două tipuri: de suprafaţă şi centrale. Primele sunt scurte şi situate aproape de suprafaţă şi se datorează tensiunii de contracţie în zona de trecere de la cristalizor la răcirea secundară atunci când oţelul este supraîncălzit sau viteza de turnare este mare. Cele din a doua categorie se extind în miezul profilului. Aceste fisuri se formează la suprafaţa de separaţie solid-lichid şi au tendinţa de a se extinde spre exterior. În acest caz, temperatura de turnare are o mare influenţă, însă acestea apar şi dacă presiunea de contact a cilindrilor este prea mare când profilul nu este complet solidificat.

75 - Structura necorespunzătoare a miezului are aspect de porozitate mai mult sau mai puţin pronunţată în miezul profilului dar poate apare şi ca goluri deschise. Defectele apar ca urmare a formării retasurii în timpul solidificării finale şi, de regulă, se datorează temperaturii mari de turnare. O atenuare a acestui tip de defect are loc prin respectarea parametrilor vidării (presiune argon, durată vidare, etc) sau, dacă nu este posibilă vidarea, efectuarea unei barbotări corespunzătoare. - Segregaţia centrală apare, de regulă, datorită segregării sulfului şi poate fi prevenită sau diminuată, dacă structura echiaxială ocupă o mare suprafaţă în aria secţiunii transversale a profilului. Aceasta se poate realiza dacă se respectă o temperatură scăzută de turnare astfel încât să nu fie nevoie de o răcire secundară intensă. - Incluziunile nemetalice din semifabricatele turnate continuu, sunt, în principal, de origine endogenă şi reprezintă oxizi, silicaţi, nitruri; pot fi însă şi de origine exogenă provenind din prafurile de turnare sau căptuşeala refractară a oalei, distribuitorului sau a tuburilor de imersie. 10. Deformări plastice şi tratamente termice 1. Schemele stării de tensiune. Schemele stării de deformare. Schema mecanică a tensiunii.. Legile deformării plastice. 3. Elemente de teoria laminării. Parametrii geometrici ai zonei de deformare. 4. Elemente de teoria şi tehnologia tragerii. 5. Elemente de teoria şi tehnologia forjării 6. Reprezentarea tratamentelor termice 7. Regimuri şi medii de răcire 8. Călirea oţelurilor. Temperatura de călire 9. Călirea superficială cu încălzire prin inducţie 10. Cuptoare băi de săruri 1. Schemele stărilor de tensiune σ 1 - - - - - - σ 0 0 - - - σ 3 0 0 0 0 0 - Simbolul L1 L P1 P P3 S1 S S3 S4 schemei Tipul LINIARĂ PLANĂ SPAŢIALĂ schemei Prezentarea grafică prin tensiuni principale a unei stări de tensiune într-un punct, poartă numele de,,schemă a stării de tensiune. Când toate tensiunile principale ale corpului sunt diferite de zero, apare o stare de tensiune spaţială, care poate fi de patru tipuri. Dacă una dintre tensiuni este nulă, iar celelalte diferite de zero, apare o stare de tensiune plană, care poate fi de trei tipuri şi, de asemenea, dacă două dintre tensiunile principale sunt nule, iar a treia este diferită de zero, va apărea o stare de tensiune liniară, care, la rândul ei, poate fi de două tipuri. Dacă toate tensiunile schemei de tensiune sunt egale între ele, aceasta se consideră uniformă, iar dacă valorile tensiunilor sunt diferite, starea de tensiune se consideră neuniformă. Schemele stării de deformare Liniare Plane Spaţiale Posibile? Nu Nu Nu Da Nu Nu Da Da Nu ε 1 - - - ε 0 0 - - - - ε 0 0 0 0 0 - - - 3 Schema - - - D II - - D I D III - Ţinând cont de faptul că la deformarea plastică volumul corpului supus deformării nu se modifică, înseamnă că nu pot apărea stări de deformare caracterizate de deformaţii principale cu acelaşi semn, deoarece suma acestor deformaţii nu va fi egală cu zero, iar corpul îşi va modifica volumul. Rezultă deci, că întotdeauna deformaţia principală

76 maximă va fi egală cu suma celorlalte două deformaţii principale, deci soluţiile ecuaţiei de gradul III înε trebuie să asigure condiţia ε = 0 (vezi tabelul). i Există, aşadar, o schemă plană şi două spaţiale de deformare plastică. Ele pot fi caracterizate astfel: schema D I (schemă spaţială): - forjare liberă (refulare, întindere, gâtuire); - laminarea profilelor şi benzilor înguste; - tragerea ţevilor,,la gol diametrul şi grosimea peretelui; este caracterizată de micşorarea dimensiunii corpului pe o direcţie (deformaţie negativă) şi creşterea corespunzătoare a dimensiunilor pe celelalte direcţii a axelor de coordonate (deformaţii pozitive); schema D II (schemă plană): - forjare în matriţe cu lăţimea cavităţii egală cu lăţimea semifabricatului; - laminarea tablelor şi a benzilor late; este caracterizată de două deformaţii egale dar de semne contrarii, respectiv micşorarea dimensiunii corpului pe o direcţie duce la creşterea dimensiunii pe a doua direcţie, în timp ce deformaţia pe cea de a treia direcţie a axelor de coordonate va fi nulă; schema D III (schema spaţială): - întinderea după apariţia gâtuirii, extruziunea, trefilarea şi tragerea; este caracterizată de micşorarea dimensiunilor corpului pe două direcţii (deformaţii negative) şi creşterea corespunzătoare a dimensiunii pe cea de a treia direcţie a axelor de coordonate (deformaţie pozitivă).. Legile deformării plastice Legea volumului constant Procesele de deformare plastică asigură obţinerea unor produse cu anumite forme şi dimensiuni, fără a se produce în timpul prelucrării modificarea masei materialului supus la deformări. Aşadar, după deformare, masa M a corpului este egală cu masa M 1 a corpului înainte de deformare. Se admite că în timpul proceselor de deformare plastică masa specifică a corpurilor metalice nu variază ( γ 1 = γ ), rezultă că şi volumul corpului rămâne constant în timpul deformării: M 1 =M sau V 1γ 1 = Vγ V 1 =V sau HB1L1 HB 1 L 1 =hb L sau = 1. hbl Legea minimei rezistenţe este formulată astfel: - în situaţia în care punctele materiale ale unui corp supus deformării se pot deplasa în diferite direcţii, fiecare dintre acestea se va deplasa în direcţia în care întâmpină cea mai mică rezistenţă; - având în vedere că intensitatea curgerii materialului metalic într-un anumit sens este direct proporţională cu lungimea normalei la conturul secţiunii, rezultă că, pe măsură ce ne îndepărtăm de colţurile secţiunii, deformaţia va fi mai mare, deoarece şi normalele la contur, din fiecare zonă, vor creşte. Pe acest considerent, spre centrul laturilor se obţin anumite convexităţi care conduc în final spre o secţiune circulară sau spre o secţiune eliptică şi apoi circulară. Legea prezenţei deformaţiei elastice la deformaţia plastică se enunţă astfel: orice deformaţie plastică este anticipată şi însoţită permanent de o deformaţie elastică, ale cărei valori depind direct proporţional de mărimea efortului cu care se execută deformarea plastică, conform ecuaţiei lui Hooke: σ = ε E.

77 Deformarea plastică apare numai după ce se depăşeşte o anumită mărime a deformaţiei elastice, corespunzătoare limitei de elasticitate a materialului. După încetarea acţiunii forţei de deformare, deformaţia elastică (δ) dispare, iar corpul rămâne numai cu deformaţia plastică (ε). Legea independenţei energiei de deformare de schimbarea formei corpului şi de schema mecanică a deformaţiei se poate enunţa astfel: pentru realizarea unei anumite deformări la un corp metalic, energia consumată este aceeaşi, indiferent de schema mecanică folosită pentru efectuarea deformării şi de etapele în care s-a efectuat deformarea. Importanţa acestei legi rezidă din faptul că prezenţa frecării, pe suprafaţa de contact dintre corp şi scule, face ca energia de deformare să varieze odată cu schimbarea schemei stării de tensiune şi cu fracţionarea deformaţiei. Pe baza acestei legi s-au dedus criteriile de plasticitate ale materialelor metalice, care dau condiţia minimă de începere a procesului de deformare plastică. Legea eforturilor suplimentare precizează că prin deformarea plastică a unui corp metalic, în afara tensiunilor principale, vor apărea şi anumite tensiuni de tracţiune sau comprimare care rămân în corpul deformat şi după încetarea acţiunii forţelor de deformare. Legea similitudinii a fost enunţată astfel: corpurile metalice trebuie să fie asemenea, din punct de vedere geometric, să aibă aceeaşi compoziţie chimică şi structură şi să fie supuse deformării în aceleaşi condiţii de temperatură, grad şi viteză de deformaţie şi aceleaşi condiţii de frecare pe suprafeţele de contact. În procesele de deformare plastică, parametrii de forţă, cum sunt presiunea medie (p), forţa (P) şi lucrul mecanic (A) de deformare, reprezintă funcţii în următorul tip: x y z σ τ p υ η P = f ( ; ; ; ε ; ; ; ; ; α t; µ ) l0 l0 l0 K0 K0 K0 K0 l0 în care: x, y, z coordonatele zonei de deformare; R - raza cilindrilor de lucru; Δh, ε - reducerile absolută şi relativă; B, h x lăţimea, înălţimea zonei de deformare; l 0 - parametru geometric; σ, τ - tensiunile normale şi tangenţiale din zone de deformare; K 0 - parametru al stării de tensiune; v - parametru ce caracterizează viteza de deformare; α t - parametru ce caracterizează temperatura de deformare (t); µ - coeficient de frecare dintre corp şi sculele de deformare. 3. Parametrii geometrici ai zonei de laminare În cazul laminării longitudinale, deformarea plastică nu are loc simultan în tot volumul materialului metalic, ci numai într-o zonă relativ mică ce se află în spaţiul dintre cilindri, şi în imediata apropiere acesteia. Schema mecanică a deformaţiei pentru laminarea longitudinală convenţională va fi S 1 D 1 şi respectiv S D 1 în cazul laminării cu aplicarea tracţiunii în laminat. Din punct de vedere geometric, zona de deformare este delimitată între secţiunea de intrare laminatului între cilindrii C C` şi secţiunea de ieşire - D - D' (fig. 1). Deformarea plastică are loc însă şi în afara zonei geometrice de deformare, ca o deformare indirectă pe o distanţă mai mică sau mai mare, în funcţie de condiţiile în care are loc laminarea. Zona de deformare CC'DD' - este mai mare decât zona de deformare geometrică cu 0 70 %. Parametrii geometrici ai zonei de deformare sunt: unghiul de contact α; lungimea zonei de contact l c ; înălţimea şi lăţimea secţiunii la intrarea şi ieşirea în şi din zona de deformare (H,B 1, h, B ). Expresia pentru calculul unghiului α se poate determina din triunghiul AOE astfel: H h R OE OB EB H h h cos α= = = = 1 = 1 OA OA R R D Din asemănarea triunghiurilor ABE şi ABF rezultă: α AE EB 0,5 h h = = = = 0,5 AF AB R h R Fig. 1. Zona de deformare în cazul laminări longitudinale

78 Se aproximează AB EB FB AB AB l (lungimea arcului de contact), iar din asemănarea aceloraşi triunghi rezultă: c = sau AB = EB FB = 0,5 h R lc = AB = R h. Se admite, în cazul laminării produselor late la rece, că unghiul α este foarte mic ( 6 ), şi atunci α α h sin, de unde α=, în care α este exprimat în radiani. Utilizând valoarea unghiului de contact α, se R determină lungimea arcului de contact astfel: l c = R sinα (α - grade); l c = R α (α - în radiani). În situaţia în care cilindrii cajei de laminare au diametre diferite, vor apărea două valori ale unghiului de h1 contact (pentru fiecare cilindru o altă valoare), egale cu: cos α 1 = 1, respectiv h cos α = 1, în care D1 D reducerea ce se realizează va fi: Δh = Δh 1 Δh. Lungimea arcului de contact corespunzătoare celor doi cilindrii va fi: R lc = R1 h1 = R h h1 = h sau R R R R R RR h = ( h h) = h h; h = h lc = h 1 1 1 1 1 R1 R1 R1 R1 R R1 R 1 Geometria zonei de deformare este caracterizată şi de dimensiunile laminatului înainte (H,B 1,L 1 ); după deformare (h,b,l ), de care depind şi mărimile ce caracterizează deformarea prin laminare: h 1 a) Reducerea absolută: Δh=H-h; relativă: ε= = 1 ; H µ = H 1 µ h = 1 ε =β λ H B L ; ln = ln ln ; h B1 L1 b B µ L B b) Lăţirea absolută: Δb= B - B 1 ; relativă: a = ; β= = ; ln = ln = ; h B1 λ L1 B1 L S1 µ L c) Alungirea absolută: ΔL=L L 1 ; relativă: λ= = = ; ln =. L S β L 1 4. Elemente de teoria şi tehnologia tragerii Prin tragere se înţelege procesul de deformare plastică ce se realizează prin trecerea forţată a unui semifabricat printr-un orificiu calibrat, sub acţiunea unei forţe de tragere P, cu scopul reducerii secţiunii transversale şi creşterii corespunzătoare a lungimii produsului. Dacă prin acest proces de deformare se obţin sârme cu diametrul cuprins între 0,005 6 mm, prezentate sub formă de colaci, procedeul poartă numele de trefilare, iar dacă produsul finit îl prezintă bare şi ţevi, procedeul se numeşte tragere. În cazul trefilării, forţa de tragere este asigurată de rola sau toba de tragere (organ de maşină cu mişcare circulară), iar în Tensiuni ce acţionează în zona de deformare a procesului de tragere a produselor cu secţiune plină. 1 cazul tragerii barelor şi ţevilor forţa de deformare este asigurată de căruciorul de tragere (organ de maşină cu mişcare rectilinie). Deformarea plastică prin tragere este caracterizată de doi parametrii: S0 S1 S1 L1 S0 1 δ = = 1 ; λ - reducerea relativă de secţiune: S S - coeficientul de alungire: =. L = S = 1 δ 0 0 0 1 În cazul tragerii ţevilor se mai folosesc câteva mărimi care caracterizează deformaţia pereţilor: g - reducerea absolută şi relativă a grosimii peretelui: g = g0 g; ε g =. g0 În cazul trefilării şi al tragerii barelor cu secţiune plină, schema mecanică a deformaţiei este S - DIII, pe când, în cazul tragerii ţevilor, schema mecanică a deformaţiei depinde şi de procedeul de tragere. Astfel, pentru tragerea ţevilor se folosesc următoarele procedee: - tragerea fără ghidaj interior (la gol); - tragerea cu ghidaj scurt şi susţinut (pe dop); - tragerea cu ghidaj scurt autocentrat (pe dop flotant); - tragerea cu ghidaj lung (pe dorn); - evazarea ţevilor prin tragere.

79 Pentru determinarea forţei de tragere există un număr foarte mare de relaţii, care diferă între ele în special prin simplificările admise ca bază pentru stabilirea ecuaţiei diferenţiale a presiunii. Formula dată de Perlin admite următoarele simplificări: - tensiunile din secţiunea transversală σ şi σ3 se consideră constante în toate punctele de pe o anumită traiectorie a zonei de deformare; - rezistenţa la deformare se consideră constantă în toată zona de deformare şi egală cu media aritmetică a rezistenţei la deformare a materialului înainte şi după deformare; - coeficientul de frecare pe suprafaţa de contact se consideră constant, cu toate că valoarea sa se micşorează pe lungimea zonei de deformare ca urmare a creşterii vitezei de alunecare între suprafaţa sculei şi produsul tras. P = ps 1, în care: p este tensiunea medie de tragere (presiunea) şi S 1 secţiunea transversală a produsului obţinut după tragere. Pentru cazul tragerii ţevilor tensiunea medie depinde de procedeul de tragere folosit. Valoarea tensiunii şi implicit valoarea forţei de tragere, cât şi variaţia acestora depind de următorii factori: calitatea materialului deformat, materialul şi geometria sculei de tragere, reducerea de secţiune aplicată, viteza de tragere, temperatura de deformare, condiţiile de frecare din zona de deformare, aplicarea contragerii în timpul deformării şi deformarea în câmp ultrasonic. Aceşti factori, pe lângă influenţa pe care o au asupra valorii forţei de tragere, conduc şi la anumite variaţii ale calităţii produsului finit, exprimate în special prin proprietăţile obţinute şi calitatea suprafeţei produselor trase. 5. Elemente de teoria şi tehnologia forjării Prin forjare se înţelege procesul de deformare plastică ce se realizează sub acţiunea unor tensiuni de comprimare statice (forjarea la prese) sau dinamice (forjarea la ciocane), între două suprafeţe plane (forjarea liberă) sau profilate (forjarea în matriţe - matriţarea). Operaţiile tehnologice de bază ce se efectuează prin forjare sunt: - refularea, prin care corpului supus deformării i se micşorează înălţimea iniţială, crescându-i secţiunea transversală (fig. 1,a). Gradul de deformare realizat prin refulare se poate exprima prin reducerea relativa a înălţimii h0 hn S semifabricatului ε = şi prin coeficientul de alungire λ = n care, în cazul refulării, poartă şi h0 S 0 numele de coroiaj, simbolizându-se cu C. Fig. 1 Schemele operaţiilor de forjare liberă: a - refulare; b - întindere; c - găurire deschisă; d - găurire închisă; e - îndoire; f - răsucire. Întinderea, care se realizează printr-o succesiune de refulări parţiale pe lungimea semifabricatului, pe una sau două direcţii diametral opuse, in vederea reducerii secţiunii transversale şi creşterii corespunzătoare a lungimii sale (fig. 1,b). Refularea efectuată în timpul întinderii se deosebeşte de. procesul propriu-zis de refulare prin faptul că semifabricatul supus întinderii prezintă extremităţi în afara

80 zonei de deformare, care influenţează desfăşurarea procesului de prelucrare plastică din interiorul zonei de deformare. Găurirea prin forjare, care se foloseşte în scopul obţinerii unor semifabricate cu un orificiu cilindric străpuns sau nestrăpuns cu dimensiuni mari. Găurirea prin forjare poate fi deschisă (fig. 1,c) sau închisă (fig. 1, d). La găurirea deschisă pe lângă obţinerea orificiului se produce şi o modificare a dimensiunilor iniţiale ale semifabricatului (scade înălţimea, iar diametrul exterior creşte). Găurirea închisă, care este caracteristică matriţării, are ca efect o creştere a înălţimii semifabricatului, iar diametrul său exterior se măreşte în măsură relativ mică, până la valoarea diametrului matriţei în care se execută găurirea. Îndoirea prin forjare, care se efectuează în vederea obţinerii unor anumite unghiuri α între fibra neutră a diferitelor zone ale semifabricatului şi fibra sa neutră în stare nedeformată, sub acţiunea unui moment de încovoiere (fig. 1,e). Prin îndoire se modifică de asemenea şi forma secţiunii transversale a semifabricatului în zona de deformare, diferenţiat deasupra şi sub fibra sa neutră. Răsucirea care reprezintă operaţia de forjare ce asigură, sub acţiunea unui moment de torsiune, rotirea secţiunilor transversale ale semifabricatului cu un unghi direct proporţional, cu distanţa dintre secţiunea considerată şi o secţiune de origină (fig. 1,f). Aceste operaţii specifice forjării libere pot apare şi la forjarea în matriţe, dar nu în tot volumul corpului ci doar zonal. 6. Reprezentarea tratamentelor termice Tratamentele termice se realizează printr-o succesiune de operaţii de încălzire, menţinere şi răcire, efectuate în condiţii bine determinate, astfel încât să conducă la obţinerea structurii şi proprietăţilor dorite. Aceste operaţii se numesc operaţii de bază ale tratamentelor termice. Graficul, reprezentând succesiunea în timp a celor trei operaţii, se numeşte ciclogramă sau ciclu de tratament termic. Reprezentarea grafică a unui ciclu simplu de tratament termic în coordonate carteziene: I încălzirea; II menţinerea la temperatură; III răcirea Reprezentarea se face în coordonate temperatură timp (T - t) şi se trasează curbele de variaţie a temperaturii în timpul încălzirii, menţinerii şi răcirii pentru diferite puncte din secţiunea produsului. De regulă, astfel de curbe se realizează pentru suprafaţa şi centrul produsului metalic, întrucât se poate astfel vizualiza şi evoluţia în timp a gradului de uniformitate a încălzirii Reprezentarea grafică a unui ciclu simplu de tratament termic În graficul din figura s-au folosit următoarele notaţii: T temperatura mediului de încălzire; T temperatura de tratament termic; m inc T temperatura suprafeţei produsului; T temperatura centrului produsului; s c

81 T o temperatura iniţială a produsului; T răc temperatura finală a produsului. Operaţiile de bază se definesc cu ajutorul unor parametrii tehnologici specifici, care determină rezultatul final al tratamentului termic aplicat. Aceştia se stabilesc, în principal, în funcţie de tipul tratamentului termic, de produsul metalic tratat şi de utilajul de tratament utilizat. 7. Regimuri şi medii de răcire Răcirea este cea de a treia operaţie de bază a tratamentelor termice. Ea are drept scop readucerea produselor metalice calde la temperatura ambiantă (T răc ), în condiţii bine determinate, care să evite apariţia de tensiuni termice periculoase şi să conducă la obţinerea structurilor dorite. În practica tratamentelor termice, vitezele de răcire variază în limite foarte largi. Astfel, răcirea foarte lentă cu viteză constantă (0 100 o C/h) se realizează practic prin menţinerea produsului în utilajul de încălzire şi reducerea treptată a alimentării cu energie (debit de gaz sau putere electrică). Răcirea lentă (v răc = 100 300 o C/h) se obţine prin păstrarea produsului în utilajul de încălzire şi oprirea completă a acestuia (răcire cu cuptorul). În cazul cuptoarelor foarte mari, se recurge uneori şi la deschiderea uşilor. Răcirea accelerată (v răc = 5-100 o C/min ) este răcirea în aer liniştit sau ventilat. Se realizează practic prin scoaterea produsului din cuptor şi răcirea lui în hala de tratament sau prin introducerea produsului în camere de răcire speciale. Răcirea rapidă şi ultrarapidă (v răc = 10 00 o C/s) se asigură prin scufundarea produsului scos din utilajul de încălzire într-un mediu lichid cu capacitate de răcire foarte mare. Astfel de medii se numesc medii de călire. Ele pot fi de două tipuri: - medii de călire nevaporizabile sau medii care nu prezintă fenomene de fierbere locală. Din această categorie fac parte băile de săruri şi metale topite - medii de călire vaporizabile sau medii care prezintă fenomene de fierbere locală, cum sunt: apa, soluţiile apoase, uleiurile şi emulsiile. Această variaţie a vitezei de răcire cu temperatura se datorează faptului că, în cazul mediilor de răcire vaporizabile, răcirea se realizează în trei etape succesive: calefacţia, la scufundarea produsului cald în mediul rece, la contactul cu suprafaţa produsului, se produce vaporizarea bruscă a mediului şi, drept urmare, în imediata vecinătate a suprafeţei, se formează o peliculă de vapori, aderentă la aceasta. Această etapă poate fi scurtată sau chiar evitată complet dacă se procedează la agitarea băii de călire. fierberea, când se produce desprinderea peliculei de vapori de pe suprafaţa produsului metalic.din momentul îndepărtării peliculei, începe vaporizarea explozivă a mediului de călire în vecinătatea produsului, proces care consumă o mare cantitate de căldură, obţinându-se astfel viteza maximă de răcire. convecţia, sub temperatura de fierbere a mediului, fierberea încetează, iar schimbul de căldură se realizează în continuare anevoios, prin convecţie. În consecinţă, viteza de răcire scade spre anulare. Variaţia vitezei de răcire în funcţie de temperatură: 1 aer ventilat; ulei mineral la 40 0 C; 3 emulsie 0% ulei în apă; 4apă; 5- soluţie apoasa (soluţie 10% NaCl)

8 8. Călirea oţelurilor. Temperatura de călire Scopul călirii volumice îl constituie obţinerea unei structuri în afara echilibrului, predominant martensitică, în întreg volumul produsului. O astfel de structură prezintă caracteristici de duritate şi rezistenţă mecanică ridicate, dar este fragilă. Călirea oţelurilor se realizează prin încălzirea la temperaturi superioare temperaturii A (oţeluri C3 hipoeutectoide), respectiv A (oţeluri hipereutectoide), menţinerea la aceste temperaturi un timp suficient C1 pentru transformarea perlitei din structură în austenită şi răcirea cu o viteză mai mare decât viteza critică, care să asigure obţinerea proporţiei dorite de martensită. Din categoria oţelurilor hipoeutectoide se supun călirii oţelurile semidure nealiate şi slab aliate, aşa-numitele oţeluri de îmbunătăţire, având un conţinut în carbon cuprins între 0,3-0,65%. Acestea se utilizează la confecţionarea organelor de maşini (axe, arbori cotiţi, roţi dinţate, arcuri), care sunt supuse în exploatare unor solicitări complexe (statice, dinamice, variabile, la oboseală). Oţelurile hipoeutectoide se austenitizează complet în vederea călirii, prin încălzirea la temperaturi superioare liniei GS: T = A (0-40) 0 C căl C3 Austenitizarea incompletă (încălzirea în domeniul FA) ar conduce, după răcirea cu o viteză mai mare decât cea critică, la obţinerea unei structuri ferito martensitice necorespunzătoare, întrucât petele moi de ferită din structura de călire diminuează mult unele proprietăţi, cum sunt duritatea şi rezistenţa. Oţelurile hipereutectoide călibile sunt oţeluri carbon şi slab aliate dure (C>0,77 %), care se utilizează pentru confecţionarea sculelor şi dispozitivelor de măsură şi control. În vederea călirii, aceste oţeluri se austenitizează incomplet, prin încălzirea la o temperatură egală cu: T = A (40-60) 0 C căl C1 Intervalul temperaturilor de încălzire în vederea călirii Astfel, încălzirea în domeniul bifazic (ACe ) conduce, prin păstrarea unei cantităţi de cristale de II cementită nedizolvate, la obţinerea unei austenite mai sărace în carbon, decât în cazul austenitizării complete, când întreaga cantitate de carbon se regăseşte numai în austenită. Drept urmare, după călire, proporţia de austenită reziduală din structură este mai redusă, iar alături de martensită se regăsesc cristalele de cementită, care, fiind mai dure decât martensita, manifestă o acţiune de durificare suplimentară. Pentru a asigura însă optimul de proprietăţi, este necesar ca cementita să fie globulară, motiv pentru care, înainte de călire, oţelul se supune unei recoaceri de globulizare. 9. Călirea superficială cu încălzire prin inducţie Procedeul se bazează pe proprietatea curenţilor de înaltă frecvenţă de a circula la suprafaţa conductorilor, cu adâncime cu atât mai mică cu cât frecventa este mai înaltă. Inducerea unui asemenea curent în suprafaţa piesei prin plasarea ei într-un câmp magnetic alternativ, produs de o înfăşurare prin care circulă curent de înaltă frecvenţă, în condiţii determinate de frecvenţă şi putere, conduce la obţinerea unui efect Joule corespunzător, care va încălzi acest strat. Instalaţiile de încălzire prin inducţie se compun dintr-un generator de frecvenţă medie sau înaltă G, o baterie de condensatoare C pentru compensarea reactanţei inductive a circuitului, un transformator T, care reduce valoare tensiunii la bornele inductorului şi inductorul I, care înconjoară piesa P ce urmează a fi încălzită

83 Adâncimea de pătrundere a curentului indus în piesă este: ρ δ = [mm] f unde: ρ - este rezistivitatea electrică a materialului piesei [Ω mm/m). μ r - permeabilitatea magnetică relativă a materialului; f - frecvenţa curentului alternativ în [Hz]. Procedeul este aplicabil pieselor cu geometrie nu prea complicată, mici şi mari, utilizate în cele mai variate domenii ale industriei constructoare de maşini. Materialele care se pretează la călirea prin inducţie sunt oţelurile de construcţie nealiate, cu un conţinut în carbon cuprins între 0,35 0,55 %, iar suma SP<0,06%. În general, conţinutul de carbon mai mare de 0,55% provoacă tensiuni interne foarte mari la limita dintre stratul călit şi cel necălit In cazul călirii prin inducţie temperatura de austenitizare este mai mare: T t = Ac3 ( 100 150) C. În funcţie de mărimea şi de configuraţia suprafeţelor care trebuiesc tratate superficial şi de puterea instalaţiilor disponibile, călirea prin inducţie se poate realiza practic în două variante tehnologice, călire simultană (detaliul a) care se aplică în cazul suprafeţelor de dimensiuni reduse şi călire succesivă (detaliul b) care se utilizează la piese de dimensiuni mari, suprafaţa încălzindu-se progresiv, prin deplasarea piesei în inductor, cu sau fără rotire. µ r Variante de călire superficiala prin inducţie a simultan; b succesiv 1 porţiune piesa care se căleşte superficial; - porţiune piesa care nu se căleşte superficial; 3 inductor 10. Cuptoare băi de săruri Deşi încălzirea în medii lichide (săruri, metale, ulei) prezintă unele dezavantaje în comparaţie cu încălzirea în atmosfere controlate, totuşi datorită simplităţii instalaţiilor şi a exploatării uşoare, ea cunoaşte o răspândire mare în special în atelierele de sculărie sau pentru piese în serie mică. Principalele dezavantaje sunt condiţiile grele de muncă (toxicitate ridicată) consum de energie ridicat, consum mare de materiale tehnologice (săruri), necesitatea exploatării neîntrerupte datorită condiţiilor grele de pornire. Avantajele constă în viteza mare de încălzire în comparaţie cu încălzirea în gaz, uniformitate mare a temperaturii în spaţiul de lucru, posibilitatea realizării unei game largi de operaţii în acelaşi cuptor, protecţie contra oxidării şi decarburării. În cazul utilizării ca mediu de încălzire a amestecurilor de săruri, aceste tipuri de cuptoare pot fi încălzite fie direct prin intermediul unor electrozi imersaţi sau submersaţi în sarea topită care joacă rol de electrolit, fie indirect în cazul în care sărurile se topesc într-un creuzet metalic încălzit din exterior, electric sau cu gaze naturale. Sărurile devin conductoare pentru curentul electric numai în stare topită, iar încălzirea se face la trecerea curentului prin efectul Joule-Lenz. Tensiunea de alimentare a electrozilor variază între 5 şi 30 V, reglată cu ajutorul unui transformator cu prize de tensiune. Densitatea de curent pe electrod este de 0,4...0,7 A/mm. Topirea sării se realizează cu ajutorul unor încălzitoare auxiliare sau prin scurtcircuitarea electrozilor cu bare de grafit. În figura următoare este prezentat un cuptor baie de sare încălzit cu electrozi submersaţi. Sistemul de încălzire cu electrozi submersaţi prezintă avantajul unei mari uniformităţi a temperaturii şi a lipsei

84 câmpului electric în spaţiul de lucru, ceea ce duce la evitarea apariţiei supraîncălzirii la piesele încălzite şi a unui randament termic mai ridicat datorită micşorării suprafeţei de radiaţie la acelaşi spaţiu util. Schema unui cuptor baie de săruri cu electrozi submersaţi 1-spaţiul de lucru; -electrozi; 3-zidărie; 4-capac; 5-hotă de aspiraţie; 6-conexiuni electrice; 7-transformator Randamentul termic al acestor cuptoare şi în special al celor pentru temperaturi ridicate este mic, principalele pierderi de energie având loc prin radiaţie între suprafaţa băii şi mediul înconjurător (la 1300 C pierderile se ridică la 170 kw/m ). Deoarece activitatea la cuptor este continuă şi deci capace nu se pot utiliza, se propune utilizarea unor sfere de material ceramic uşor care să plutească la suprafaţa sării şi să diminueze pierderile prin radiaţie. 11. Optimizarea proceselor în industria de materiale 1. Situaţii practice posibile în modelarea şi optimizarea proceselor.. Parametrii (variabile) tehnologici de modelare definire şi criterii de clasificare. 3. Clasificarea parametrilor (variabilelor) tehnologici după legătura cu procesul analizat şi după posibilitatea de măsurare în timp util. 4. Clasificarea parametrilor (variabilelor) tehnologici după natura valorilor pe care parametrii (variabilele) le pot lua. 5. Clasificarea parametrilor (variabilelor) tehnologici după legătura cu decidentul şi după comportarea în timp a variabilelor. 6. Tipuri de modele utilizate în optimizarea proceselor. 7. Conceptul de model matematic: definiţie, condiţiile pentru un model şi proprietăţile modelului. 8. Ecuaţiile, restricţiile şi funcţia de performanţă (obiectiv) a modelului matematic al procesului. 9. Etapele elaborării modelului matematic. 10. Determinarea soluţiei optime. Tipologii de optimizare. 1. Situaţii practice posibile în modelarea şi optimizarea proceselor Din punct de vedere al reprezentării (modelării) unui proces în vederea optimizării sale distingem următoarele situaţii limită: a) sistemul de optimizat este riguros cunoscut, adică reprezentabil cantitativ atât din punctul de vedere al dependenţei dintre criteriul de optimizat (funcţia obiectiv) şi variabilele independente ale procesului, cât şi a restricţiilor pe care trebuie să le îndeplinească variabilele sistemului. În acest caz elaborarea modelului matematic se face teoretic. b) sistemul de optimizat este complex, insuficient cunoscut şi există în funcţiune, iar o reprezentare (modelare) a acestuia este imposibilă sau foarte greu de realizat. În acest caz funcţia obiectiv şi variabilele procesului se evaluează pe cale experimentală, în acord cu principiul din cibernetică cunoscut sub numele de black-box (cutie neagră). În baza acestui principiu se modifică controlat, în acord cu un plan experimental, variabilele sistemului (X 1, X,... X n ) şi se evaluează răspunsul sistemului (funcţiile obiectiv, Y 1, Y,... Y m ) pentru fiecare stare impusă variabilelor. Această evaluare locală a răspunsului sistemului, adică a funcţiei obiectiv, permite orientarea şi deplasarea cercetării răspunsului în direcţia optimului şi, în final, atingerea acestuia.

85 În figura următoare se prezintă modul de cercetare a unui sistem în vederea optimizării sale, pe baza principiului black-box. Modificarea variabilelor Plan experimental X 1, X,... X n - variabilele sistemului Sistem (proces) de optimizat BLACK -BOX Rezultate experimentale Y 1 =f(x 1, X,... X n ) Y =f(x 1, X,... X n )... Y m =f(x 1, X,... X n ) funcţia de performanţă Analiza rezultatelor experimentale Valorile variabilelor care asigură deplasarea spre, şi apoi atingerea. optimului (min sau max) funcţiei obiectiv În marea majoritate a cazurilor practice de optimizare ne găsim într-o poziţie intermediară între cele două variante limită prezentate anterior, adică dispunem de informaţii teoretice incomplete asupra respectivului proces, situaţie în care modul de abordare a problemelor de reprezentare (modelare) a procesului cuprinde atât o parte teoretică, dar mai ales una experimentală, motiv pentru care modelul black-box prezintă foarte multe aplicaţii. Modelul black-box este deosebit de preţios în cazul sistemelor foarte complexe, la care este imposibilă cunoaşterea şi analizarea tuturor influenţelor diferitelor variabile şi a legăturilor existente între diferitele subsisteme ce alcătuiesc sistemul respectiv. Principiul black-box este foarte util atunci când se poate înlocui sistemul real cu altul ipotetic care funcţionează în mod analog.. Parametrii (variabile) tehnologici de modelare definire şi criterii de clasificare Pentru modelarea proceselor (sistemelor) este necesar ca observaţiilor efectuate să li se ataşeze o serie de mărimi denumite variabile sau parametrii procesului (sistemului). Orice sistem poate fi caracterizat printr-un număr determinat de variabile (parametrii), care la un moment dat au anumite valori şi definesc o anumită stare a sistemului (procesului). În general, cu cât numărul variabilelor luate în considerare la stabilirea modelului ce descrie acel proces este mai mare cu atât modelul este mai fidel şi mai complet, dar trebuie ţinut cont de faptul că complexitatea modelului creşte exponenţial cu numărul variabilelor luate în consideraţie, ceea ce poate duce la neaplicabilitatea sa practică în rezolvarea problemelor de optimizare. Astfel, în cazul luării în considerare a unui număr prea mare de variabile, în cazul modelării unui proces se poate ajunge la un model care este chiar mai complex decât procesul (sistemul) în sine. Din acest motiv trebuie asigurat un compromis între precizia şi complexitatea modelului, care să asigure o utilitate practică a modelului. În acest sens, în urma analizei teoretice şi experimentale a respectivului proces şi în urma prelucrării rezultatelor utilizând anumite instrumente matematice, variabilele procesului vor fi împărţite în două categorii: variabile cu influenţă semnificativă asupra procesului şi care vor fi luate în consideraţie la alcătuirea modelului matematic; variabile cu influenţă nesemnificativă asupra procesului şi care nu vor fi incluse în modelul matematic ce descrie acel proces. Parametrii (variabilele) unui proces (sistem) sunt de o mare diversitate şi pot fi clasificaţi după mai multe criterii, după cum urmează: a) După legătura cu procesul analizat b) După posibilitatea de măsurare în timp util: c) După natura valorilor pe care parametrii (variabilele) le pot lua: d) După legătura cu decidentul variabilele pot fi grupate în trei categorii: e) După comportarea în timp a variabilelor avem următoarele tipuri de variabile: f) În funcţie de operativitatea deciziilor şi de nivelul ierarhic la care se ia şi se urmăreşte decizia g) Din punct de vedere al producţiei:

86 3. Clasificarea parametrilor (variabilelor) tehnologici după legătura cu procesul analizat şi după posibilitatea de măsurare în timp util După legătura variabilelor cu procesul analizat acesta este caracterizat prin două categorii de parametrii (variabile): parametrii (variabile) independente sau de intrare ( i ) care nu depind de desfăşurarea procesului, fiind mărimile care intră în proces; parametrii (variabile) dependente sau de ieşire ( e ) care depind de modul de desfăşurare a procesului. Parametrii independenţi pot fi grupaţi în două categorii: parametrii independenţi comandaţi ( m ), care pot fi stabiliţi şi modificaţi în timp util; parametrii independenţi necomandaţi ( m ), numiţi şi parametrii perturbatori, care nu pot fi stabiliţi şi nu pot fi modificaţi în timp util. Cei mai importanţi dintre parametrii perturbatori ai proceselor metalurgice sunt: starea materiilor prime (compoziţie dimensională, umiditate, impurităţi, grad de pregătire a încărcăturii) şi starea agregatelor (uzura acestuia). Schematic, parametrii (variabilele) unui proces tehnologic pot fi prezentaţi astfel, într-o schemă funcţională a unui proces tehnologic: Σi Σm Σz PROCES Σe Σi totalitatea parametrilor independenţi (de intrare) Σm totalitatea parametrilor comandaţi Σz totalitatea parametrilor necomandaţi (perturbatori) Σe totalitatea parametrilor dependenţi (de ieşire) După posibilitatea de măsurare în timp util: parametrii măsurabili care pot fi stabiliţi prin măsurare cu diferite aparaturi de măsură. parametrii nemăsurabili care nu pot fi stabiliţi prin măsurare cu aparaturi. Dintre aceştia unii pot fi determinaţi pe baza altor parametrii măsurabili prin folosirea unor algoritmi de calcul (modele deductive), iar alţii nu pot fi determinaţi şi vor alcătui, alături de cei nemodificabili în timp util, parametrii necomandaţi ai procesului. 4. Clasificarea parametrilor (variabilelor) tehnologici după natura valorilor pe care parametrii (variabilele) le pot lua După natura valorilor pe care parametrii (variabilele) le pot lua: variabile categorii de stare (calitative); variabile discrete; variabile continue. Variabilele categorii de stare (calitative) nu se pot măsura şi se exprimă prin mărimi calitative. Aceste variabile se referă la caracteristici calitative care nu pot fi măsurate, nu pot fi exprimate numeric, nu au unitate de măsură, ci pot doar fi descrise. Trecerea de la o valoare la alta înseamnă o schimbare calitativă. Prin aceste variabile se descriu genuri, tipuri, scheme tehnologice, etc. Exemplu: starea unui agregat poate fi doar descrisă: foarte bună, bună, uzat, foarte uzat, iar modul de încărcare a unui cuptor electric (ordine de încărcare a fierului vechi): corespunzătoare, necorespunzătoare şi nu pot fi evaluate numeric. Mulţimea variabilelor categorii de stare descriu sistemul (procesul) în subspaţiul H k, unde k este numărul de variabile de stare utilizate în descrierea sistemului. Variabilele discrete sunt acele variabile care descriu entităţi care, prin natura lor fizică (materială), atunci când variază nu pot lua orice valori numerice, ci iau doar valori dintr-un şir, fără a trece prin valorile intermediare. Aceste variabile au proprietăţi de mărime, fiind definite într-un spaţiu normat (care are definită unitatea de măsură) şi pot fi exprimate numeric, cantitativ. Mulţimea variabilelor categorii de stare descriu sistemul (procesul) în subspaţiul H m, unde m este numărul de variabile de stare utilizate în descrierea sistemului. O subclasificare a variabilelor discrete constă în luarea în considerare a numărului de stări pe care acestea le pot avea, după cum urmează: variabile booleene în cazul existenţei a două stări posibile; variabile de tip Lukasievic în cazul existenţei a trei stări posibile

87 variabile polivalente în cazul existenţei a mai mult de trei stări. În modelare, pe lângă variabilele tipic discrete se practică pe scară largă şi discretizarea prin convenţie. Aceasta înseamnă că variabilele care în mod normal sunt de altă natură sunt transformate în variabile discrete. Variabile continue sunt acele variabile care descriu entităţi care, atunci când variază, pot lua orice valori numerice dintr-un domeniu dat. Trecerea de la o valoare la alta nu se face în salturi, ci prin tuturor valorilor intermediare. Mulţimea variabilelor categorii de stare descriu sistemul (procesul) în subspaţiul H n, unde n este numărul de variabile de stare utilizate în descrierea sistemului. Având în vedere cele trei naturi ale variabilelor un sistem (proces) este descris în spaţiul H v unde v = kmn şi reprezintă numărul de dimensiuni (de variabile) ale spaţiului H. Spaţiul H v rezultă din reuniune subspaţiilor H k, H m şi H n, adică H v = H k H m H n, cu condiţia ca H k H m H n =, adică o variabilă utilizată în descrierea (modelarea) unui sistem nu poate să facă parte simultan din mai multe categorii. La alegerea tipului de variabilă un rol fundamental îl are decizia analistului. Astfel: în cazul în care se aleg o variabile discrete se va reuşi o apropiere mai mare de realitatea tehnico-economică, dar rezolvarea problemei optimizării pe baza acestui model va fi mai dificilă, modelele discrete fiind de natură combinatorică; în cazul când se alege variabile continui se va uşura rezolvarea problemelor, dar se poate îndepărta de realitate, fiind nevoit să ia în consideraţie posibilele erori ale modelului. 5. Clasificarea parametrilor (variabilelor) tehnologici după legătura cu decidentul şi după comportarea în timp a variabilelor După legătura cu decidentul variabilele pot fi grupate în trei categorii: variabile necontrolabile variabile controlabile Variabilele necontrolabile sunt acele a căror variaţie nu poate fi influenţată de către decident, care însă le poate cunoaşte, descrie, lua în consideraţie, dar nu le poate modifica. Variabilele controlabile sunt acele variabile pe care decidentul le poate controla, modifica în vederea obţinerii unui rezultat optim al procesului. Acestea sunt numite şi variabile optimizabile. De fapt, optimizarea unui proces nu înseamnă altceva decât determinarea valorilor optime ale acestor variabile, care să asigure optimul (minimul sau maximul absolut sau local) al funcţiei obiectiv (de performanţă). După comportarea în timp a variabilelor avem următoarele tipuri de variabile: variabile statice; variabile cvasistatice; variabile dinamice. Pentru înţelegerea acestor tipuri de variabile trebuie definite următoarele noţiuni, care caracterizează comportarea sistemului pe perioadă de viaţă a sistemului (0, T) unde T este timpul: calendarul care reprezintă mulţimea subperioadelor τ i, cu condiţia ca Στ i = T, în care sub aspect calitativ sistemul (procesul) rămâne neschimbat (static) pe subperioada τ i ; repertoarul este alcătuit din mulţimea valorilor pe care le au variabilele (parametrii) sistemului în fiecare dintre subperioadele τ i ; traiectoria este definită de mulţimea valorilor prin care trec variabilele în perioada (0, T). Fiecare variabilă (parametru) are o traiectorie, mulţimea tuturor traiectoriilor dând traiectoria sistemului. Variabilele statice sunt acele care rămân neschimbate pe toată durata (0, T), adică au o traiectorie constantă. Variabile cvasistatice sunt acelea care rămân neschimbate pe una sau mai multe subperioade τ i, dar nu pe toate. Variabile dinamice sunt acele variabile care apar ca funcţii de timp pe cel puţin una dintre subperioade.

6. Tipuri de modele utilizate în optimizarea proceselor În optimizarea proceselor sunt utilizate următoarele tipuri de modele 1) modele descriptive; ) modele normative; 3) modele procedurale; 4) modele calculatorii: 4.1.) deductive 4..) predictive: 4..1.) staţionare; 4...) dinamice. 1) Modelele descriptive au ca principal obiectiv reproducerea unor proprietăţi ale sistemului (procesului) modelat şi oferă posibilitatea găsirii unor soluţii acceptabile, dar au şi dezavantaje cum ar fi: durata prea mare pentru aplicarea lor, ceea ce poate duce ca decizia luată pe baza lor să fie tardivă şi avantajul (eficienţa) adus prin utilizarea sa poate să fie prea mic, nejustificând costul elaborării şi implementării sale. Modelele descriptive stau la baza construirii modelelor normative. Modelele descriptive conţin următoarele grupe mai utilizate în practică modele descriptive ale proceselor tehnologice şi de producţie, care descriu succesiunea secţiilor, utilajelor şi a operaţiilor care alcătuiesc procesul tehnologic al fiecărui produs etc. Dintre modelele acestui grup deosebim: modele descriptive gen arborescenţă, care reprezintă o descompunere a structurii tehnologice a unui produs în subproduse, repere, materii prime, cu precizarea normelor de consum pe fiecare nivel. Pe baza acestor modele se pot construi baze de date care să cuprindă algoritmii care să permită calculul necesarului de resurse şi costurile aferente fiecărui nivel de realizare a unui produs; modele descriptive gen listă ca: fişa tehnologică a produsului, care specifică pentru fiecare produs, subprodus şi reper cantitatea de materii prime necesare, manopera, operaţiile care trebuie efectuate şi duratele acestora etc. grafice Gantt, care prezintă sub formă grafică succesiunea logică în timp a operaţiilor ce trebuie efectuate. modele informaţional-decizionale, care abordează problema informaţională şi a luării deciziei într-o întreprindere, secţie etc. şi cuprind două categorii de modele: organigrama structurii organizatorice; diagrame informaţional-decizionale şi modele tip aval-amonte, care au ca scop descrierea reţelei informaţional-decizional (circuitul informaţiei şi a deciziei); modele ale logicii matematice şi modele ale teoriei decizionale care descriu structura procesului decizional. modele ale resurselor şi relaţiilor umane care cuprind: modele ce descriu relaţiile interpersonale şi de grup; modele ce descriu relaţiile dintre motivaţia şi performanţele personalului; modele ce descriu tehnicile de selecţie a personalului; etc. Modelele resurselor şi relaţiilor umane sunt dificil de elaborat, utilizând în principal mijloace şi metode ce ţin de sociologia industrială, a muncii şi a conducerii. ) Modelele normative. În timp ce modelele descriptive au ca obiect descrierea unor proprietăţi ale sistemului modelat, modelele normative urmează să fie utilizate în stabilirea unor reguli cât mai eficiente de conducere a sistemului, care să conducă la creşterea performanţelor sistemului. Modelul normativ este o perfecţionare a celui descriptiv, acestuia fiindu-i asociat un set de variabile şi reguli precise, exprimate, de regulă, prin relaţii matematice. Modelele normative permit luarea unei decizii în timp mult mai scurt decât modelele descriptive şi cu costuri mai mici. 3) Modele procedurale Modelul procedural reprezintă un set de instrucţiuni care trebuie executate într-o anumită situaţie. Adică se stabileşte un anumit algoritm ce trebuie executat la primirea unor anumite informaţii, acordând mai multă atenţie algoritmului decât descrierii sistemului. 88

89 Modelul procedural nu ţine seama de relaţiile dintre variabilele procesului modelat, ci cuprinde numai instrucţiuni de conducere a procesului. El nu este deci foarte exact, dar asigură reproductibilitatea condiţiilor de desfăşurare a procesului. 4) Modelele calculatorii sunt modele matematice propriu-zise, care conţin relaţii matematice ce leagă între ele variabilele sistemului (procesului) şi care sunt utilizate în optimizarea proceselor tehnologice. 4.1.) Modele calculatorii deductive reprezintă un sistem de ecuaţii prin care se pot determina variabilele (parametrii) nemăsurabili din valorile unor parametrii măsurabili. Modelul conţine un număr de ecuaţii egal cu numărul variabilelor nemăsurabile ce trebuie determinate şi trebuie să fie un sistem compatibil determinat. 4..) Modele calculatorii predictive sunt modelele care stabilesc relaţii între parametrii independenţi (de intrare) ale procesului şi parametrii dependenţi (de ieşire) şi care permit să se evalueze răspunsul procesului la modificare parametrilor de intrare. Reprezintă modelele de bază în stabilirea valorile optime ale parametrilor de intrare, valori ce vor asigura optimul (min. sau max.) funcţiei obiectiv. Pot să fie: 4..1) statice, în cazul când relaţiile între parametrii sunt stabilite în regim static de desfăşurare a procesului; 4..) dinamice, în cazul când relaţiile între parametrii sunt stabilite în regim dinamic de desfăşurare a procesului. Acestea reprezintă cele mai performante modele utilizate în optimizarea proceselor şi în conducerea cu calculatorul a acestora, dar totodată sun şi cele mai dificil de elaborat şi deci mai scumpe. 7. Conceptul de model matematic: definiţie, condiţiile pentru un model şi proprietăţile modelului Definiţie Modelul este o reprezentare izomorfă a realităţii obiective şi constituie o descriere simplificată, riguroasă şi fundamentată, în sensul structurării logice a sistemului (procesului) pe care îl reprezintă, care facilitează descoperirea unor legităţi şi legături între variabilele sistemului foarte greu de găsit pe alte căi. Prin model matematic al unui proces se înţelege ansamblul de ecuaţii şi inecuaţii capabil să descrie în mod corect interdependenţele dintre variabilele procesului. Sistemul (procesul) ce trebuie modelat reprezintă BAZA (R), iar rezultatul modelării este MODELUL (M). Legătura dintre model şi bază se numeşte simulare, deci modelul simulează baza. M este un model pentru baza R, dacă M şi R satisfac condiţiile: 1) M şi R sunt ambele sisteme; ) pentru oricare element X R există cel mult un element X M; 3) pentru orice relaţie P între elemente din R există cel mult o relaţie P între elementele corespondente din M; ' ' ' 4) pentru fiecare set de elemente {X1, X... X n } puse în legătură printr-o relaţie P în M, elementele corespondente { X1, X... Xn} din R sunt puse în legătură de relaţia P din R, corespunzătoare relaţiei P din M. Condiţiile ) şi 3) arată că modelul M are cel mult tot atâtea elemente, respectiv legături ca şi baza R, deci modelul este o reprezentare simplificată a bazei. Condiţia 4) face ca modelul să fie util în analiza bazei, impunând ca tot ceea ce este adevărat în model să fie adevărat şi în bază. Această concluzie este strâns legată de utilizarea modelului ca suport pentru luarea unei decizii, concluziile stabilite pe baza modelului putând fi translatate în bază. Proprietăţile modelării: Nonsimetria: Modelarea se face într-un singur sens, astfel dacă A modelează B, atunci B nu poate modela A. Reflexivitatea: Orice sistem este propriul său model (proprietate rezultată din cele patru condiţii ale modelului); Tranzitivitatea: Dacă A este un model a lui B şi B este un model a lui C, atunci A este un model şi a lui C;

90 Nontransferabilitatea (neidentificarea) modelelor :Două sau mai multe modele ale unei baze nu sunt în mod obligatoriu echivalente sau comparabile, ele putând să reprezinte diferite aspecte ale bazei; Reducerea complexităţii se face fie prin grupare unor elemente similare sau cu aceleaşi proprietăţi, fie prin eliminarea elementelor irelevante sau a proprietăţilor irelevante. Nonpartiţionarea: un sistem nu poate fi divizat în subsisteme fără a ţine cont, pe de o parte de conexiunile stabilite între aceste subsisteme şi, pe de altă parte de conexiunile între subsisteme şi sistemul în ansamblu. Un model al unui subsistem nu este un model al întregului sistem. 8. Ecuaţiile, restricţiile şi funcţia de performanţă (obiectiv) a modelului matematic al procesului Ecuaţiile modelului exprimă corelaţiile existente între variabilele procesului (X 1, X,... X n ) şi se deduc fie prin analize teoretice, fie pe baza unor observaţii experimentale (empiric). Restricţiile modelului sunt alcătuite din funcţiile de tip egalitate şi/sau inegalitate, ce stabilesc domeniile admise în care variabilele de optimizat (cele de intrare în proces) pot lua valori. Acestea sunt: de tip egalitate: g i = g(x 1, X,... X n ) = 0, i = 1,,... m de tip inegalitate: h j = h(x 1, X,... X n ) < 0, j = 1,,... n, numărul total al restricţiilor fiind mn. Funcţia de performanţă (obiectiv, criteriul de optimizare) exprimă dependenţa dintre principalele variabile independente şi principala performanţă urmărită în conducerea procesului. Funcţia de performanţă se exprimă prin relaţia: Y = Y(X 1, X,... X n ) Funcţia de performanţă este criteriul unic şi obiectiv de optimizare şi conducere a procesului. Uzual, funcţia de performanţă este un criteriu economic explicit (de exemplu: preţul de fabricaţie a unui produs, profit, etc.), dar poate fi şi un criteriu neeconomic, dar cu implicaţii economice (de exemplu: productivitatea agregatelor, consumuri specifice, randamente, etc.) Indiferent de tipul modelului folosit cerinţele funcţiei obiectiv nu trebuie să fie contradictorii. De exemplu nu poate fi impusă simultan obţinerea unei productivităţi maxime şi cheltuieli (de investiţii, de exploatare etc.) minime. În acest caz se rezolvă problema obţinerii unei productivităţi maxime în condiţiile păstrării cheltuielilor la un nivel constant şi apoi se rezolvă problema minimizării cheltuielilor în condiţiile menţinerii constante a productivităţii obţinute anterior. În cazul unui model cu una - Y = Y(X) - sau două variabile de optimizat Y = Y(X 1, X ), funcţia de performanţă poate fi reprezentata grafic în coordonate carteziene şi poate fi analizată simplu în vederea determinării optimului (minimul sau maximul) acestei funcţii. În cazul modelelor cu o singură variabilă de optimizat, funcţia obiectiv poate fi reprezentată în planul cartezian printr-o curbă de răspuns (fig. 1.1). În cazul modelelor cu două variabile de optimizat, funcţia obiectiv poate fi reprezentată în spaţiul cartezian tridimensional printr-o suprafaţă de răspuns (fig. 1.), care dacă este secţionată cu plane P paralele cu planul X 1 OX, în care Y = constant, se obţin curbele de nivel (fig 1.3) Fig 1.1. Fig 1.. Fig.1.3 În cazul modelelor cu n variabile de optimizat nu se poate reprezenta grafic funcţia obiectiv, care constituie o hipersuprafaţă de răspuns în spaţiul n1 dimensional. În acest caz se pot obţine

91 suprafeţe în spaţiul tridimensional ca în fig. 1.. menţinând constante n- variabile de optimizat şi curbe în planul bidimensional, ca în figura 1.3, menţinând constante n-1 variabile de optimizat. Deoarece extremele funcţiilor obiectiv apar evidente pe curbele sau suprafeţele de răspuns acestea sunt frecvent utilizate în problemele de optimizare. În acest scop, pentru a face mai uşor utilizabile curbele şi suprafeţele de răspuns, uneori se procedează la aducerea funcţiilor de performanţă (obiectiv) la o formă matematică mai convenabilă, care permite o localizare facilă a extremelor. Această formă a funcţiei de performanţă se numeşte formă canonică (standard), la ea ajungându-se prin aşa numitele transformări canonice, ce constau într-o translaţie şi într-o rotaţie a sistemului cartezian de axe. Din punctul de vedere al metodologiei de optimizare (de determinare a extremului), cele mai importante proprietăţi ale funcţiei de performanţă (obiectiv) sunt: 1) Continuitatea sau discontinuitatea funcţiei O funcţie Y(X) este continuă pe un interval dacă şi numai dacă, oricare ar fi X 0 din acel interval avem: lim Y(X) = lim Y(X) = Y(X0 ) X X 0 X< X 0 X X 0 X> X 0 O funcţie este discontinuă în punctele X 0, în care nu este respectată această condiţie. O funcţie continuă este prezentată în figura 1.4., iar în figurile 1.5 şi 1.6 sunt prezentate două tipuri de funcţii discontinue, funcţia din figura 1.6. fiind o funcţie discontinuă discretă. Fig. 1.4. Fig. 1.5. Fig.1.6. ) Funcţii unimodale şi multimodale O funcţie ce prezintă pe un anumit interval un singur extrem este o funcţie unimodală (fig 1.7), iar o funcţie ce prezintă două sau mai multe extreme este multimodală (fig. 1.8.) Fig 1.7. Fig. 1.8. 3) Domeniul admis pentru cercetare funcţiei de performanţă Acest domeniu este stabilit de către restricţiile de tip egalitate şi/sau inegalitate care sunt impuse variabilelor de optimizat, obţinându-se astfel intervalele în care acestea pot lua valori. Evident în cazul prezenţei restricţiilor valorile optime ale variabilelor de optimizat se găsesc fie în domeniul admisibil, fie pe graniţele acestuia, caz în care valoare optimă a funcţiei de performanţă putând fi diferită de optimul global (maxim sau minim) al funcţiei.

9. Etapele elaborării modelului matematic Etapele procesului de modelare sunt: 1) formularizarea modelului; ) stabilirea ecuaţiilor modelului şi a funcţiei de performanţă; 3) verificarea modelului. 1) Formularizarea modelului cuprinde următorii paşi: a) stabilirea scopului modelului, care poate fi analizat din mai multe puncte de vedere, cum ar fi: dacă modelul este de ansamblu, pentru conducerea unui proces sau a unei instalaţii, în întregul său, sau a unei părţi din proces; dacă modelul este sau nu utilizat pentru conducerea pe calculator a procesului; dacă modelul este utilizat în conducerea economică sau tehnologică a sistemului; dacă modelul este utilizat pentru conducerea unui proces existent în funcţie (caz în care se va elabora pe baza datelor experimentale de exploatare) sau pentru un proces nou, la proiectarea şi testarea sa (în acest caz se folosesc date experimentale de laborator şi date teoretice) Scopul modelului condiţionează alegerea variabilelor care vor fi luate în considerare, precizia care va fi impusă modelului şi metodele de stabilire a ecuaţiilor modelului. b) delimitarea procesului analizat derivă din scopul modelului şi va condiţiona parametrii (variabilele) de intrare şi de ieşire luate în considerare. c) stabilirea parametrilor independenţi şi dependenţi luaţi în considerare d) stabilirea tipului de model necesar e) formularea unui model preliminar ce constă în formularea, pe bază teoretică şi a unor cunoştinţe experimentale anterioare, unui set de presupuneri necesare explicării procesului şi obţinerii unor concluzii preliminare care se referă, în general, la natura calitativă a relaţiilor între parametrii procesului. ) Stabilirea ecuaţiilor modelului şi a funcţiei de performanţă În cazul în care dispunem de suficiente date teoretice modelul va fi determinat doar pe baza acestora. Modelarea pur teoretică este însă drastic limitată de necunoaşterea exactă a legităţii diferitelor procese, în special a celor complexe, cum sunt cele metalurgice. În această situaţie modelul preliminar, stabilit în principal pe baza unor cunoştinţe teoretice, va fi completat şi verificat pe cale experimentală. Determinarea ecuaţiilor modelului se face pe baza datelor colectate în urma unor experimentări efectuate asupra procesului şi în urma aplicării unor metode statistico-matematice (analiză statistică a datelor, estimarea parametrilor statistici, analiză dispersională, analiză de corelaţie şi regresie). Funcţia obiectiv este reprezentată de corelaţia existentă între principalul parametru de ieşire, care se doreşte a fi optimizat, şi ceilalţi parametrii ai procesului. Funcţia obiectiv este un criteriu unic, univoc şi obiectiv prin care se apreciază eficienţa unui proces. În conducerea proceselor pe baza unui model se pot urmări îndeplinirea a două scopuri: stabilirea optimului (min. sau max.) funcţiei obiectiv sau menţinerea funcţiei obiectiv la un nivel constant (de referinţă), care este, de regulă, nivelul optim, dar nu obligatoriu. 3) Verificarea modelului Verificarea modelului este o etapă care este strâns legată de elaborarea modelului în sensul în care rezultatele negative obţinute la verificare vor determina efectuarea unor corecţii în cadrul modelului, corecţii ce vor fi repetate de câte ori va fi nevoie până când între model şi procesul pe care îl modelează va exista gradul de concordanţă (de analogie) dorit. Verificarea modelului se face în mai multe etape. Etapele verificării modelului sunt: a) Analiza erorilor în cadrul căreia se va stabili influenţa preciziei de măsură a diferitelor variabile asupra preciziei modelului determinat. În urma acestei analize se va stabili şi precizia pe care vor trebui să o aibă aparatele de măsură, control şi comandă ce vor fi utilizate în conducerea respectivului proces cu un calculator, pe baza modelului stabilit. b) Testarea preliminară a modelului care constă în testarea modelului utilizând aceleaşi date care au fost utilizate la stabilirea modelului. Probabilitatea invalidării modelului în această etapă este relativ 9

93 redusă, fiind posibilă doar în cazul unor erori grosolane apărute în stabilirea procesului. Totuşi aplicarea acestei testări preliminare poate economisi timp, prin modificarea şi retestarea imediată a modelului. Deci, în această etapă sunt eliminate erorile grosolane. c) Simularea procesului pe un calculator cuplat în afara procesului off line -, calculatorul neavând legătură cu procesul, ci doar cu operatorul uman (figura 1), utilizând date reale, colectate direct din procesul ce se află în desfăşurare. În această etapă se introduc date de intrare din proces şi se compară ieşirile reale cu cele ce sunt stabilite din model, în cazul unor neconcordanţe se efectuează corecţii în model. În această etapă vor fi eliminate erorile mari. d) Încercarea modelului se face pe un calculator cuplat în proces on line în circuit deschis (legătura între proces şi calculator se face prin intermediul operatorului uman) figura. În această etapă calculatorul preia variabilele de ieşire din proces şi stabileşte, pe baza modelului, valorile de intrare necesare, dar comenzile asupra acestora sunt date de către operatorul uman. În această etapă sunt eliminate micile erori ale modelului şi se stabileşte forma finală a modelului. După această etapă se poate trece la conducerea procesului pe baza modelului de către un calculator cuplat on line, în circuit închis. Calculatorul preia, prin intermediul unor aparate de măsură şi a unor interfeţe, parametrii de ieşire din proces, stabileşte pe baza modelului valorile necesare ale parametrilor de intrare, pe care îi comandă prin intermediul unor regulatoare (fig 3). Σi R PROCES A.M comenzi A.M. OPERATOR UMAN Σi R `Fig.1. Simularea procesului cu un calculator off-line (în afara procesului) R regulator; AM aparat de măsură Σe C A L C U L A T O R C A comenzi L Σi PROCES A.M. Σe C U OPERATOR L UMAN A.M Σi A T O R Fig.. Verificarea modelului cu un calculator cuplat on-line (în proces), în circuit deschis

94 comenzi R C A L C Σi A.M. PROCES Σe U L A Σi T A.M O R Fig.3. Conducerea procesului pe baza modelului cu un calculator cuplat on-line, în circuit închis 10. Determinarea soluţiei optime. Tipologii de optimizare Determinarea soluţiei optime constă în stabilirea în determinarea unor valori ale variabilelor (parametrilor) independenţi (de intrare) procesului valori optime -, care să asigure cea mai bună valoare (minim sau maxim) a funcţiei obiectiv optimul. Evident, o problemă de minimizarea a funcţiei obiectiv este identică cu o problemă de maximizare, rezolvându-se cu ajutorul aceloraşi metode, datorită faptului că maxy(x) = min[-y(x)]. Datorită complexităţii funcţiei obiectiv, atât ca formă cât şi ca număr de variabile, stabilirea extremelor funcţiei obiectiv nu este o problemă matematică simplă ce poate fi soluţionată cu ajutorul calcului diferenţial, motiv prin care această problemă se rezolvă, în majoritatea cazurilor prin diferiţi algoritmi ce ţin de calculul numeric, cu ajutorul calculatoarelor. Clasificarea tipurilor de probleme de optimizare se: În funcţie de valorile pe care le pot lua variabilele independente avem: optimizarea fără restricţii atunci când variabilele independente pot lua orice valori; optimizarea cu restricţii atunci când valorile pe care le pot lua variabilele independente sunt limitate de diferite restricţii Restricţiile variabilelor independente sunt impuse de consideraţii tehnologice de desfăşurare a respectivului proces În funcţie de numărul variabilelor independente luate în considerare avem: optimizare monovariabilă când se ia în considerare o singură variabilă independentă, funcţia de performanţă fiind de forma Y=Y(X); optimizarea multivariabilă - când se iau în considerare două sau mai multe variabile independente, funcţia de performanţă fiind de forma Y=Y(X 1, X,... X n ). În funcţie de forma matematică a funcţiei de performanţă avem: optimizare liniară când forma funcţiei de performanţă este liniară: Y=X 1 X... X n ; optimizare neliniară când funcţia de performanţă nu este de formă liniară(poate fi polinomială de diferite grade, exponenţială, logaritmică, etc) 1. Ingineria si managementul calităţii 1. Prezentaţi principalele metode fizice de determinare a calităţii produselor.. Prezentaţi principalele metode mecanice de determinare a calităţii produselor. 3. Prezentaţi principalele metode tehnologice de determinare a calităţii produselor. 4. Prezentaţi principalele metode de control nedistructiv de verificare a calităţii produselor. 5. Prezentare SR EN ISO 9001 : 008 Sisteme de management al calităţii. CERINŢE Abordare bazată pe proces. 6. Documentaţia Sistemului de Management al Calităţii. 7. Auditul calităţii. Clasificarea auditurilor. Etapele auditului intern. 8. Implementarea sistemului de management al calităţii. Prezentaţi şi explicaţi spirala (bucla) calităţii. 9. Certificarea ISO 9001. 10. Sistem de management de mediu.

95 1. Prezentaţi principalele metode fizice de determinare a calităţii produselor. Metodele de analiză fizică se caracterizează prin rapiditate, precizie şi economicitate. Analiza metalografică (macroscopică şi microscopică). Structura metalului sau a aliajului care se poate observa cu ochiul liber sau la mărire de sub 50:1, pe probe metalografice sau direct în ruptură constituie macrostructura, în timp ce structura metalului sau aliajului care se poate observa numai la măriri de peste 50:1, pe probe metalografice, constituie microstructura. Cele mai utilizate metode de analiză macroscopică sunt: determinarea macroscopică a mărimii grăuntelui austenitic la oţeluri; determinarea fulgilor în oţeluri; determinarea segregaţiilor de sulf prin amprenta Baumann; determinarea porozităţii oţelurilor. Aplicaţiile analizei microscopice sunt: determinarea caracteristicilor microstructurilor; caracterizarea fontelor turnate în piese, din punct de vedere structural; determinarea incluziunilor nemetalice din oţeluri; determinarea mărimii grăuntelui din oţeluri; determinarea adâncimii straturilor la tratamentele termochimice (cementare, carbonitrurare, nitrurare, sulfizare); analize ale microstructurii produselor din pulberi sinterizate; verificarea defectelor detectate prin metode de control nedistructiv; studii calitative asupra îmbinărilor sudate; încercarea la coroziune intercristalină a oţelurilor rezistente la coroziune. Analiza dilatometrică. Urmăreşte determinarea coeficienţilor de dilatare liniară a oţelurilor şi a punctelor critice. Metoda de control magnetometrică. Se pot separa piese cu compoziţia chimică diferită, se pot depista defecte ascunse, se pot identifica piese cu structuri metalografice apropiate. Analiza spectrală. Permite identificarea, în câteva minute, a elementelor componente din compoziţia chimică a probei studiate. Analize fizice cu raze X. Folosirea razelor X ca instrument de investigaţie a compoziţiei structurii şi proprietăţilor corpurilor, în speţă analiza röentgenspectrală şi analiza röentgenstructurală, se bazează pe fenomenul de difracţie a undelor electromagnetice.. Prezentaţi principalele metode mecanice de determinare a calităţii produselor. Încercările mecanice au drept scop caracterizarea materialelor din punct de vedere al comportării acestora la acţiunea unor solicitări mecanice provocate de forţe sau momente exterioare, stabilite după anumite principii convenţionale. Încercările mecanice se execută după prescripţiile din standarde, din care se definesc: condiţiile şi modul de executare a încercării, utilajul de încercare, epruveta pe care se execută încercarea, în următoarele scopuri: determinarea caracteristicilor mecanice în vederea recepţionării sau verificării calităţii materialelor; elucidarea unor cazuri de avarii, abateri de la tehnologia normală de fabricaţie (sudare, forjare, turnare, etc), rezolvarea unor cazuri de litigii; verificarea caracteristicilor unor repere sau subansamble realizate pe baza unor tehnologii (turnare, sudare, tratamente termice, etc); verificări prevăzute în normative şi legi (aparate de ridicat, recipienţi, autorizări sudori, etc). Încercările mecanice se clasifică conform standardului, deosebindu-se încercări de rezistenţă, prin care se caracterizează din acest punct de vedere materialul respectiv şi încercări tehnologice, care fac referiri la prelucrabilitatea materialelor în anumite condiţii. În general, încercările mecanice sunt distructive. Principalele încercări mecanice care se execută sunt: - încercarea la tracţiune a materialelor, determinându-se rezistenţa la rupere la tracţiune (Rm), limita de curgere tehnică (Rp 0, ), alungirea procentuală după rupere (A 5 ) şi coeficientul de gâtuire la tracţiune (Z); - încercarea la compresiune; - încercarea de duritate, putându-se determina, în funcţie de tipul încercării, duritatea Brinell (HBS sau HBW), duritatea Rockwell (HRC sau HRB), duritatea Shore (HSc sau HSd), duritatea Vickers (HV); - încercarea la încovoiere prin şoc, determinându-se rezilienţa KCU sau energia de rupere KV sau KU; - încercări la solicitări variabile; - măsurarea deformaţiilor, tensiunilor şi vibraţiilor.

96 3. Prezentaţi principalele metode tehnologice de determinare a calităţii produselor. Prin aceste încercări tehnologice se urmăreşte definirea comportării unui material care este supus unor prelucrări (de deformare plastică la rece sau la cald, de sudare, etc). În acest caz deci, deformarea epruvetei se realizează cu ajutorul unei sarcini, fără ca mărimea acesteia să fie evidenţiată, urmărindu-se în schimb efectul acesteia, şi în special apariţia fisurilor şi a crăpăturilor. Ca urmare a acestor încercări se stabilesc limitele de utilizare ale materialelor. Principalele încercări realizate sunt: - încercarea la ambutisare a tablelor subţiri; - încercarea la îndoire (capacitatea de deformabilitate la cald sau la rece a unui material); - încercarea la îndoire alternantă; - încercarea la răsucire a sârmelor; - încercări tehnologice ale ţevilor: încercarea de îndoire, încercarea de aplatizare, încercarea de lărgire, încercarea de răsfrângere, încercarea la presiune hidraulică, etc; - sudabilitatea oţelurilor. 4. Prezentaţi principalele metode de control nedistructiv de verificare a calităţii produselor. Stabilirea caracteristicilor mecanice ale produselor şi semifabricatelor utilizate, pe baza încercărilor distructive, nu evidenţiază întotdeauna calitatea acestora. Defectele ascunse, care nu sunt plasate în zona de prelevare a epruvetelor sau cele care se formează în noduri termice ale pieselor turnate pot fi detectate numai prin încercări defectoscopice nedistructive. Metodele nedistructive de control se bazează pe faptul că pot să evidenţieze deosebirile dintre o masă metalică sănătoasă şi alta în care există defecte (goluri, incluziuni, fisuri, retasuri, etc.) cu diferite proprietăţi fizice. Cele mai frecvent utilizate metode de control nedistructiv sunt: Metoda defectoscopiei magnetice se bazează pe faptul că liniile de forţă ale fluxului magnetic, care întâlnesc în drumul lor incluziuni nemetalice, sufluri sau crăpături cu permeabilitate magnetică diferită de cea a aliajului de bază, înconjoară aceste regiuni şi dau naştere unei dispersări de flux (evidenţiază defectul). Metodele defectoscopiei ultrasonice, în funcţie de fenomenul fizic folosit se pot clasifica în: - metoda prin transparenţă (constă din trimiterea de către emiţător a unui fascicul ultrasonic în piesa examinată, iar pe faţa opusă, receptorul transformă energia ultrasonică în tensiune electrică, înregistrată pe ecranul unui osciloscop); - metoda prin ecou (metoda utilizează un palpator care joacă rolul atât de emiţător cât şi de receptor de unde ultrasonice); - metoda prin rezonanţă (se utilizează în special pentru măsurarea grosimii unor pereţi având o singură parte accesibilă - recipienţi, conducte, vase maritime. Metoda determină frecvenţa pentru care, în piesa controlată, apare fenomenul de rezonanţă). Metoda defectoscopiei cu radiaţii constă în aşezarea piesei de controlat între sursa de radiaţie şi filmul radiografic. Datorită faptului că defectele cum sunt suflurile, golurile, fisurile, incluziunile au un coeficient de atenuare mai mic decât a metalului de bază, proiecţiile lor pe film vor apărea ca zone cu o înnegrire mai pronunţată. Metoda lichidului penetrant se utilizează pentru determinarea defectelor de suprafaţă. Soluţia penetrantă utilizată cuprinde 3 categorii de lichide: unul cu rolul de a pătrunde în defecte, altul pentru spălare şi cel de-al treilea pentru punerea în evidenţă a conturului defectelor. Cu această metodă se pot detecta defectele superficiale sau de adâncime, deschise, la piesele turnate, forjate, laminate, tratate termic, îmbinări sudate, lipituri, etc. 5. Prezentare SR EN ISO 9001 : 008 Sisteme de management al calităţii. CERINŢE Abordare bazată pe proces Sistemul de management al calităţii reprezintă un ansamblu de activităţi coordonate, conduse de la nivelul cel mai înalt al unei organizaţii, pentru: definirea politicii în domeniul calităţii; definirea obiectivelor măsurabile referitoare la calitate şi direcţionarea organizaţiei spre atingerea acestora; ţinerea sub control a activităţilor care influenţează calitatea şi luarea de acţiuni/măsuri dacă există neconcordanţe între obiectivele calităţii şi rezultatele obţinute.

97 Standardul Internaţional SR EN ISO 9001:008 Sisteme de management al calităţii. CERINŢE poate fi utilizat de părţi interne şi externe, inclusiv de organismele de certificare, pentru a evalua capabilitatea organizaţiei de a satisface cerinţele clientului, de reglementare sau ale organizaţiei însăşi. Acest standard promovează adoptarea unei abordări bazate pe proces. O activitate care utilizează resurse condusă astfel încât să permită transformarea elementelor de intrare în elemente de ieşire poate fi considerată un proces. Identificarea şi managementul proceselor şi al interacţiunilor dintre ele reprezintă abordarea bazată pe proces. Modelul unui sistem de management al calitatii bazat pe proces este prezentat în fig.1, în care se arată rolul semnificativ pe care clienţii îl joacă în definirea cerinţelor ca elemente de intrare. Monitorizarea satisfacţiei clientului necesită evaluarea informaţiilor referitoare la percepţia clientului asupra faptului că organizaţia a satisfăcut cerinţele sale. Figura 1. Modelul unui sistem de management al calităţii bazat pe proces (Legendă: linie continuă - Activităţi care adaugă valoare; linie punctată Flux de informaţii). În plus, tuturor proceselor li se poate aplica metodologia cunoscută sub numele PDCA = Plan- Do-Check-Act ( Planifică Efectuează Verifică Acţionează ) ("Roata lui Deming"). Pe scurt, PDCA poate fi descris astfel: Planifică stabileşte obiectivele şi procesele necesare obţinerii rezultatelor în concordanţă cu cerinţele clientului şi cu politicile organizaţiei Efectuează implementează procesele Verifică monitorizează şi măsoară procesele şi produsul faţă de politicile, obiectivele şi cerinţele pentru produs şi raportează rezultatele Acţionează întreprinde acţiuni pentru îmbunătăţirea continuă a performanţei proceselor 6. Documentaţia Sistemului de Management al Calităţii Documentele sistemului de management al calităţii sunt acte oficiale care asigură comunicarea nedeformată, înţelegerea unitară, aplicarea controlată şi îmbunătăţirea continuă a informaţiilor şi deciziilor privind calitatea. Este o cerinţă a SR EN ISO 9001:008 şi a standardelor sistemului de management al calităţii, în general, ca sistemul de management al calităţii să fie documentat, ceea ce înseamnă elaborarea unui manual al calităţii şi a unui minimum de proceduri şi instrucţiuni documentate, acolo unde acestea sunt cerute de standard. De regulă, un sistem de management al calităţii are structura prezentată în figura de mai jos. Următoarele tipuri de documente pot fi utilizate în sistemele de management al calităţii: 1. Politica referitoare la calitate şi obiectivele acesteia pot fi documente independente (declaraţii documentate) sau pot fi incluse în manualul calităţii. Manuale ale calităţii - documente care furnizează informaţii adecvate, atât pentru scopuri interne cât şi pentru scopuri externe referitoare la sistemul de management al calităţii; 3. Planuri ale calităţii - documente care descriu cum se aplică sistemul de management al calităţii unui anumit produs, proiect sau contract; 4. Proceduri, instrucţiuni de lucru şi desene - documente care furnizează informaţii despre modul în care se realizează cu consecvenţă activităţi şi procese; 5. Documente care stabilesc cerinţe; astfel de documente sunt denumite specificaţii. 6. Ghiduri - documente care stabilesc recomandări sau sugestii;