Jakou ocel nelze kalit?

Kalení kovů – složitý technologický proces, pro který je kritické přísné dodržování sledu akcí a také dodržování různých nuancí:

Optimální je ohřát obrobek na požadovanou teplotu v krátkém časovém úseku, což bude méně energeticky náročné. V případě kalení však rychlý ohřev vyvolává vznik teplotního rozdílu na povrchu a uvnitř, což je zvláště důležité u velkých obrobků. To zvyšuje riziko deformace a prasknutí.

Z tohoto důvodu se při kalení obrobky vždy ohřívají pomalu. Rychlost ohřevu se vypočítá pomocí empirických vzorců podle použitých tabulek. Ve výrobě je postup řízen tepelným technologem.

Po zahřátí kovu nad kritický bod určuje rychlost jeho ochlazování strukturu oceli na konci kalení. Při prudkém ochlazení v kapalině o teplotě +20C se získá uhlíková martenzitická ocel v horké vodě nebo oleji, vzniká troostit;

Různé třídy oceli mají své vlastní režimy ohřevu, což vám umožňuje získat požadovaný fázový stav. Rozměry a tvar obrobku mají samostatný vliv na proces. Ve výrobě jsou pro každou z nich vypracovány samostatné provozní mapy, které odrážejí technologie výroby tras.

Jak se kalí ocel

Klasifikace metod je založena na použití různých zdrojů vytápění nebo metod chlazení. Ocelové polotovary se před kalením ohřívají v muflových pecích, které zajišťují rovnoměrné rozložení tepla pro jakoukoli velikost dílu. Při zpracování obrobků na průtoku se pro urychlení ohřevu používá kalení vysokofrekvenčními proudy (indukční kalení).

Ohřev horních vrstev oceli se provádí cenově dostupným účinným kalením plynovým plamenem. Jeho hlavní nevýhodou je nemožnost nastavení přesných parametrů pro hloubku ohřevu.

Laserové kalení tyto nevýhody nemá, ale jeho možnosti jsou omezené vzhledem k nízkému výkonu zdroje záření.

Možnosti chlazení obrobku při zahřátí se liší v závislosti na typu samotného prostředí a také na kombinacích a cyklech pracovních operací. Pro některé jsou zavedeny procedury dovolené.

Co se stane, když je ocel kalena touto metodou? Obrobek zahřátý na určitou teplotu se spustí do kapaliny, kde se ochladí. Uhlíkové oceli jsou kaleny vodou, legované oceli jsou kaleny minerálním olejem. Nevýhodou této metody je zachování značného napětí v kovu po zahřátí, které vyžaduje pomocné tepelné zpracování, zvané popouštění.

Obrobek je udržován v kalicí lázni při teplotách nad martenzitovou značkou, ale proces trvá déle, což umožňuje transformaci austenitu na bainit, typ troostitu. Ocel kalená touto metodou je zároveň pevná, houževnatá a tažná. Na konci izotermického ohřevu se zbytková napětí sníží na přijatelné hodnoty.

Tato metoda tepelného zpracování se používá, když je potřeba vytvrdit rázový nástroj, což vyžaduje tvrdou vrstvu na povrchu a viskózní vrstvu uprostřed. Specifičnost této metody spočívá v odstranění obrobků z kalící kapaliny bez čekání na jejich úplné vychladnutí. Uvnitř dílu je zadrženo dostatečné množství tepla pro zahřátí kovu na požadovanou popouštěcí teplotu. Protože výrobek se znovu zahřívá vnitřním teplem; tento typ tepelného zpracování se nazývá kalení se samopopouštěním.

Oblast použití: obrobky, u kterých je oxidace během tepelného zpracování kontraindikována. Zahrnuje ohřev kovu ve vakuových pecích nebo v prostředí inertního plynu. Chlazení probíhá v neoxidačních kapalinách nebo taveninách. Vhodné pro obrobky, které nevyžadují broušení nebo díly, které jsou kritické pro přítomnost uhlíku v povrchové vrstvě.

Parametry oceli

Základem procesu ohřevu je test ohřevu při fázových přechodech. Během procesu se mění struktura kovu – tvar, složení, prvky krystalové mřížky.

Při 723 C začíná rozklad cementitu (karbidu železa FeC) v pevném kovu. Austenit je v železné hmotě distribuován rovnoměrně. Tento stav uhlíkového kovu slouží jako základ pro kalení.

Po dokončení ohřevu se ocel ochladí. Pokud proces postupuje pomalu, austenit se rozpadá a ocel se vrací do původního stavu. Pokud chlazení probíhá rychle, austenit se nestihne změnit. Při určité intenzitě poklesu teploty v určitých hodnotách se tvoří nové krystalové mřížky a chemické sloučeniny, což umožňuje dodat kovu další fyzikální vlastnosti a další provozní parametry.

Experimentálně byly pro každý druh tepla stanoveny různé druhy ocelí s určitými vlastnostmi a technickými parametry. Hlavní fázové stavy kovu jsou:

Nejtvrdší ocel bude ocel kalená na martenzit. Postup se provádí s kovy používanými při výrobě řezných nástrojů pro obráběcí stroje, které zpevňují povrch dílů vystavených zvýšenému tření během používání.

Zahřívání na troostitu dodává oceli pružnost a tvrdost. Tento typ tepelného zpracování se používá pro nárazové nástroje, pružiny a pružinové tlumiče.

Kov získává viskozitu, elasticitu a odolnost proti opotřebení vytvrzením na sorbitol. Kalená ocel se používá při výrobě kolejnic, prvků a dílů vystavených konstantnímu dynamickému namáhání.

Fázové stavy uvedené výše jsou charakteristické pro všechny uhlíkové oceli, které byly zahřáté, ale každý jednotlivý typ kovu má své vlastní charakteristiky (teplota, rychlost ochlazování).

Jaké oceli se kalí?

Ohřev a popouštění se nepoužívá u válcovaných výrobků a výrobků z nízkouhlíkových ocelí typů 10, 20, 25. Uvedený způsob tepelného zpracování je účinný pro uhlíkové nástrojové oceli, které po zpracování zvýší svou tvrdost 3-4krát.

Režimy kalení a oblasti použití pro jednotlivé typy nástrojových ocelí jsou uvedeny v tabulce.

ocel	Na jaký nástroj se používá?	Teplota kalení, °C	Prázdninová teplota ° C	Chladicí médium pro kalení	Chladící médium na dovolenou
U7	Kladiva, perlíky, tesařské nářadí	800	170	Voda	Voda, olej
U7A	Dláta, šroubováky, značky, sekery	800	170	Voda	Voda, olej
U8, U8A	Děrovačky, zápustky, dláta, průbojníky, ruční listy pil na železo	800	170	Voda	Voda, olej
U10, U10A	Dřevoobráběcí nástroje, jádra, hoblovací a soustružnické nástroje	790	180	Voda	Voda, olej
U11	Kohoutky	780	180	Voda	Voda, olej
U12	Jehlové pilníky	780	180	Voda	Voda, olej
R9	Závitníky, pilové listy do strojů, vrtáky do kovu, frézy	1250	580	Oil	Vzduch v troubě
R18	Pilové kotouče, vrtáky do kovu, frézy	1300	580	Oil	Vzduch v troubě
ШХ6	Soubory	810	200	Oil	ovzduší
ШХ15	Pilové listy	845	400	Oil	ovzduší
9ХС	Zápustky, spirálové vrtáky do dřeva	860	170	Oil	ovzduší

Vady a vady

Při kalení může docházet k různým vadám, které mohou negativně ovlivnit kvalitu materiálu a jeho mechanické vlastnosti. Nejčastější nedostatky:

• Praskání (praskání) – zničení materiálu, ke kterému dochází uvnitř kovové konstrukce, což může vést k neočekávanému roztržení materiálu během provozu.
• Deformace – změna geometrie kovu různého stupně závažnosti. Vede ke změnám parametrů výrobku, což způsobuje problémy při montáži nebo způsobuje mechanickou nekompatibilitu s jinými díly.
• Nerovnoměrné teplo – různé části součásti mají různou tvrdost a mikrostrukturu. To vede ke změnám mechanických vlastností a nadměrnému opotřebení.
• Mazání a koroze – při zpracování se mohou na dílech objevit skvrny a oxidace, což způsobuje rozmazávání dílů a povrchovou korozi.
• Tepelné praskání – vznikají v důsledku prudké změny teploty oceli, způsobující narušení struktury kovu a nesoulad s mechanickými vlastnostmi.

Ke snížení těchto vad se používají různé metody sledování a hodnocení kvality kalení: vizuální kontroly, nedestruktivní zkušební metody.

Tvorba vodního kamene, kritický pokles hladiny uhlíku

Již malý podíl kyslíku ve vytvrzovací peci způsobuje tvorbu okují na povrchu, který oxiduje kov při jeho tepelném zpracování. Snižuje také obsah uhlíku v povrchových oblastech.

Takové jevy lze zcela eliminovat pouze přechodem na vakuové pece, které zajišťují lehké kalení, nebo ohřevem obrobků v přítomnosti argonu nebo dusíku.

Dobré utěsnění pece umožňuje minimalizovat oxidaci a pokles hladiny uhlíku, což do určité míry snižuje tok kyslíku do pracovní oblasti. Doporučuje se kalit kovy v transformátorovém nebo průmyslovém oleji I-20.

Ocel je jedním z nejdůležitějších a ikonických kovů na Zemi. Ze spojení železa a uhlíku vzešla pevná, všestranná a hojně používaná slitina, která nachází uplatnění ve všech oblastech našeho života, od stavebnictví a strojírenství až po výrobu různých druhů nádobí. Tak rozšířená popularita kovu je spojena s jeho mnoha pozitivními vlastnostmi, z nichž hlavní je tvrdost – schopnost odolávat deformacím způsobeným vtlačením, nárazem nebo otěrem. Přirozená tvrdost oceli však není vždy dostatečná pro určité části a nástroje, například nosné konstrukce nebo části motoru. Proto byly vyvinuty různé technologie, jak výrazně zvýšit tvrdost a další vlastnosti oceli – kalení.

Co je otužování?

Kov, který neprošel speciální tepelnou úpravou, je měkký, křehký a pružný materiál. Nástroje vyrobené z nekalených ocelí se mohou během používání ohnout. Aby ocel získala vlastnosti, se kterými je obvykle spojena, je nutné provést speciální tepelné zpracování (kalení).

Kalení oceli je druh tepelného zpracování, které zahrnuje zahřátí kovu na vhodnou teplotu a jeho udržení po dobu nezbytnou k úplnému obnovení vnitřní struktury materiálu. Poté se vytvrzený materiál podrobí rychlému ochlazení. Správně provedené kalení způsobuje vznik lokálních koncentrací napětí v materiálu, což obvykle vede ke zvýšení jeho pevnosti a tvrdosti, zlepšení vlastností tekutosti, pružnosti a otěruvzdornosti.

Co je ocel

Ocel je slitina železa a uhlíku, která je podrobena plastům a tepelnému zpracování. Podle norem slitina obsahuje minimálně 45 % první složky a od 0,02 do 2,14 % druhé složky. Slitina s obsahem uhlíku 0,6–2,14 % přitom odpovídá oceli s vysokým obsahem uhlíku. Možnost kalení oceli je dána obsahem uhlíku, legujících a technologických prvků. Kromě toho je proces vytvrzování ovlivněn velikostí zrna a také přítomností dalších nerozpustných částic. Kalení umožňuje získat zcela potřebné parametry, které určují chemické složení daného materiálu. Existují různé technologie kalení oceli: tepelné, mechanické, chemické nebo kombinace dvou či více metod dohromady. Procesy tepelného kalení jsou nejběžnějšími metodami kalení. Obecně je technologie tepelného kalení následující:

• ohřev ocelí na určitou kalicí teplotu (materiál se obvykle zahřívá na teplotu 30-50 stupňů nad teplotou austenitické transformace);
• udržování kovu na dané teplotě, dokud se nezmění jeho vnitřní struktura;
• rychlé ochlazení oceli po kalení, ke kterému lze použít vodní, olejové nebo solné lázně. Při použití kyselin jako chladiv je nutné oceli periodicky dezoxidovat, čímž se eliminuje riziko snížení koncentrace uhlíku na povrchové vrstvě. Pro tyto účely se používá dřevěné uhlí nebo kyselina boritá.

Existují různé typy kalení ocelí, o kterých bude pojednáno níže.

Otužovací úkoly

Všechny těžké nástroje a součásti strojů z uhlíkové oceli a téměř všechny součásti strojů z legované oceli jsou kalené.

1. Hlavním účelem kalení nástrojové oceli je dosažení vysoké tvrdosti. Řezné vlastnosti nástroje jsou přímo úměrné tvrdosti kovu.
2. Většina strojních součástí je kalena, aby se dosáhlo vysoké odolnosti proti opotřebení. Čím vyšší tvrdost, tím vyšší odolnost proti opotřebení a otěruvzdornost. Například vřetena, ozubená kola, hřídele, vačky a tak dále.
3. Hlavním účelem kalení strojních součástí vyrobených z perlitické konstrukční oceli je dosažení vysoké meze kluzu s dobrou houževnatostí a tažností umožňující vyšší provozní napětí. Vyšší mez kluzu (a pevnost v tahu) s dobrou houževnatostí a tažností se však nedosahuje během procesu kalení, ale po vysokoteplotním popouštění kalených ocelí.

Technologie kalení oceli se obvykle používá spíše na hotové výrobky než na suroviny. To se děje z několika důvodů. Za prvé, kalení celého bloku oceli je neekonomické, protože většina z nich bude odstraněna během procesu zpracování. Navíc se ocel po kalení mnohem hůře obrábí, protože tvrdost kovu ztěžuje pronikání nástrojů.

Mikrostruktura kovu po kalení

Většina typů ocelí po úplném kalení se vyznačuje strukturou martenzitu a zbytkového austenitu a množství austenitu přímo závisí na množství uhlíku a také na kvalitativní a kvantitativní přítomnosti legujících prvků. Nástrojové oceli obsahují přibližně 20-30% zbytkového austenitu, strukturní kovy středně legované – od 3 do 5%. Struktura kalených ocelí se určuje v závislosti na požadavcích na mechanické a fyzikální vlastnosti výrobků. Spolu s martenzitem může být ve struktuře materiálu přítomen ferit nebo cementit. Po izotermickém kalení může být ve struktuře přítomen bainit. Níže se budeme zabývat technologiemi zpevňování, strukturou oceli a jejími konečnými vlastnostmi.

Metody zpevňování oceli

Při vystavení vysokým teplotám dochází u ocelí k řadě fázových změn ve své struktuře, včetně změn složení a krystalové mřížky. Pro kov je kritická teplota kalení 723 stupňů, ve které (ještě v pevném stavu) dochází k rozkladu cementitu a rovnoměrné tvorbě uhlíku v železe (austenitu) – tento stav je výchozím stavem pro kalení.

Během procesu pomalého ochlazování se austenit rozpadá, což způsobí, že se kov vrátí do své původní struktury. Při rychlém ochlazení oceli, která prošla procesem ohřevu a udržování při vysokých teplotách, austenit nemá čas na změnu, proto při prahové teplotě a určité rychlosti ochlazování dochází k procesu tvorby krystalových mřížek a chemických složení. , který dává kovu požadované vlastnosti.

Existují různé typy kalení oceli:

Kalení a popouštění

Při kalení, nazývaném také martenzitická přeměna, se ocel zahřeje nad kritickou teplotu na rozsah austenitu, udržuje se na této teplotě a poté rychle ochladí. U hypoeutektoidních slitin (obsah uhlíku méně než 0,9 %) je teplota ohřevu 30-50ºC nad hranicí čáry rozpustnosti austenitu. U hypereutektoidních ocelí hypereutektoidní (obsah uhlíku více než 0,9 % C) – teplota nad eutektoidem. Kalení způsobuje martenzitickou přeměnu, která slitinu výrazně zpevňuje. Kalená ocel je však velmi křehká, proto se provádí popouštění, aby se uvolnilo její vnitřní pnutí a snížila se křehkost. Maximální tvrdosti je dosaženo, když je rychlost ochlazování dostatečně vysoká, aby umožnila úplnou martenzitickou transformaci.

Izotermické kalení

Izotermické kalení je proces tepelného zpracování, který vytváří bainitovou strukturu v ocelích. Používá se ke zvýšení tvrdosti, pevnosti, tažnosti a snížení nadměrné deformace obrobku. Díly se zahřejí na austenitizační teplotu, pak se poměrně rychle ochladí na teplotu nad počátkem teploty martenzitu (Ms) a udržují se tam po dobu dostatečnou k získání požadované mikrostruktury bainitu. Izotermické kalení se primárně používá k kalení středně a vysoce uhlíkových ocelí v rozsahu tvrdosti 35-55 HRC, kde je vyžadována tažnost, s přidanou výhodou snížení pnutí. Tento proces je široce používán v automobilovém průmyslu pro třmeny a další díly, kde je vyžadována maximální tažnost.

Izotermické kalení se skládá z následujících procesů:

• Zahřívání na teplotu v rozsahu austenitizace.
• Chlazení v lázni (solný roztok nebo olej) na stálou teplotu – obvykle v rozmezí 260-370°C.
• Podržte po dobu dostatečnou k dokončení transformace bainitu.
• Ochlaďte na pokojovou teplotu.

Kroková metoda (Ausbye)

Kalení zaměřené na snížení napětí kovu, nadměrné deformace a rizika selhání v důsledku nerovnoměrného fázového přechodu a tepelného šoku typického pro tradiční kalení do oleje u vybraných vysokopevnostních ocelí. Proces umožňuje tepelné zpracování dílů se složitými geometriemi a tvary blízkými zamýšlenému tvaru, čímž se minimalizuje dokončovací obrábění/broušení součástí po tepelném zpracování. Kroková metoda se nejčastěji používá ve vojenském a leteckém průmyslu a spočívá v rychlém ochlazení v prostředí kalení, s teplotou nad martenzitickým bodem pro daný typ kovu. Při procesu ochlazování musí dílec po celém svém obvodu dosáhnout teploty kalícího média, poté se „koupe“ ve vodě nebo oleji, kde dochází k přeměně austenitu na martenzit.

Nepřetržité kalení

Kalení kovu ve dvou prostředích je metoda používaná k kalení ocelí s vysokým obsahem uhlíku (high carbon). Výrobek, který se má vytvrzovat, se nejprve rychle ochladí v médiu pro rychlé ochlazení na teplotu (například voda) a poté se ponoří do pomalu se ochlazujícího média (například oleje). Proces minimalizuje deformaci kovu a riziko praskání.

Pruhové zpevnění

Jedná se o postřik dílu silným proudem vody. Tento typ techniky se používá v případech, kdy je potřeba vytvrdit část součásti.

Povrchové kalení

Výsledkem procesu je zvýšená povrchová tvrdost, odolnost proti opotřebení a únavová pevnost při zachování pružnosti jádra. Používá se v případech, kdy je potřeba zpevnit pouze část povrchu obrobku.

Možné vady

Při procesu kalení oceli mohou vznikat různé vady materiálu, které lze rozdělit na opravitelné a neopravitelné.

Opravitelné – nejčastěji spojené s nesprávným chlazením nebo nekvalitním tepelným zpracováním, takže tvrdost dílů neodpovídá požadavkům uvedeným v požadavcích.

Neopravitelné – praskliny a třísky na součásti. Obvykle vznikají v důsledku použití nekvalitního kovu.

Vytvořte si na webu přihlášku, co nejdříve vás budeme kontaktovat a zodpovíme všechny vaše dotazy.