Jak určit teplotu kalení?

u hypereutektoidní oceli a udržení na dané teplotě s následným rychlým ochlazením (ve vodě, oleji, vodných roztocích solí atd.).
V důsledku kalení ocel získává martenzitickou strukturu a v důsledku toho se stává tvrdou.
Kalení zvyšuje pevnost konstrukčních ocelí a dodává nástrojovým ocelím tvrdost a odolnost proti opotřebení.
Režimy kalení jsou určeny rychlostí ohřevu a teplotou, dobou působení při této teplotě a zejména rychlostí ochlazování.

Volba teploty kalení.
Teplota ohřevu oceli pro kalení závisí především na chemickém složení oceli. Při kalení podeutektoidních ocelí by se mělo zahřívání provádět na teplotu 30 – 50 ° nad bodem AC3. V tomto případě má ocel strukturu homogenního austenitu, který se při následném ochlazování rychlostí převyšující kritickou rychlost kalení mění na martenzit. Tento typ vytvrzení se nazývá úplné. Když se podeutektoidní ocel zahřeje na teploty AC1 – AC3, určité množství feritu zbývajícího po kalení zůstává ve struktuře martenzitu, což snižuje tvrdost kalené oceli. Tento typ vytvrzení se nazývá neúplné.

Pro hypereutektoidní ocel je nejlepší kalicí teplota 20-30° nad AC1, tj. neúplné kalení. V tomto případě konzervace cementitu během ohřevu a chlazení přispěje ke zvýšení tvrdosti, protože tvrdost cementitu je větší než tvrdost martenzitu. Hypereutektoidní ocel by se neměla zahřívat na teplotu vyšší než AC1, protože tvrdost je nižší než při kalení z teploty vyšší než ACXNUMX v důsledku rozpouštění cementitu a zvýšení množství zadrženého austenitu. Navíc při ochlazování z vyšších teplot může vznikat větší vnitřní pnutí.

Rychlost chlazení.
Pro získání martenzitické struktury je nutné austenit podchladit rychlým ochlazením oceli na teplotu nejnižší stability austenitu, tedy na 650-550°C.
V teplotní zóně martenzitické transformace, tedy pod 240°C, je naopak výhodnější použít pomalé chlazení, protože vzniklá strukturální napětí se stihnou vyrovnat a tvrdost vzniklého martenzitu prakticky neklesá.
Pro úspěšné tepelné zpracování má velký význam správná volba kalícího média.
Nejběžnějšími hasicími médii jsou voda, 5-10% vodný roztok louhu sodného nebo kuchyňské soli a minerální olej. Pro kalení uhlíkových ocelí lze doporučit vodu o teplotě 18° C; a pro kalení většiny legovaných ocelí – olej.

Prokalitelnost a prokalitelnost oceli.
Při kalení oceli je důležité znát její prokalitelnost a prokalitelnost. Tyto vlastnosti by se neměly míchat.

Kalitelnost ukazuje schopnost oceli zvyšovat tvrdost při kalení. Některé oceli mají špatnou prokalitelnost, to znamená, že po kalení mají nedostatečnou tvrdost. O takových ocelích se říká, že „nepřijímají“ kalení.
Prokalitelnost oceli závisí především na jejím obsahu uhlíku. To se vysvětluje skutečností, že tvrdost martenzitu závisí na stupni zkreslení jeho krystalové mřížky. Čím méně uhlíku v martenzitu, tím méně bude zkreslená jeho krystalová mřížka, a tím nižší bude tvrdost oceli.
Oceli obsahující méně než 0,3 % uhlíku mají nízkou prokalitelnost, a proto se zpravidla nekalí.

Prokalitelnost oceli je charakteristická její schopností kalit do určité hloubky. Během kalení se povrch součásti rychleji ochlazuje, protože je v přímém kontaktu s chladicí kapalinou, která odebírá teplo. Jádro součásti se ochlazuje mnohem pomaleji; teplo ze střední části součásti je přenášeno hmotou kovu na povrch a je absorbováno pouze na povrchu chladicí kapalinou.
Prokalitelnost oceli závisí na kritické rychlosti kalení: čím nižší je kritická rychlost, tím větší je hloubka kalení ocelových dílů. Například ocel s velkým přírodním zrnem austenitu (hrubozrnný), která má nízkou kritickou rychlost kalení, je žíhána do větší hloubky než ocel s malým přírodním zrnem austenitu (jemnozrnný), která má vysokou kritická rychlost tuhnutí. Proto se hrubozrnná ocel používá pro výrobu dílů, které musí mít hlubokou nebo průběžnou prokalitelnost, zatímco jemnozrnná ocel se používá pro díly s tvrdou povrchovou kalenou kůrou a viskózním nekaleným jádrem.
Hloubku prokalitelnosti ovlivňuje také výchozí struktura kalené oceli, teplota ohřevu pro kalení a kalicí médium.
Prokalitelnost oceli může být určena lomem, mikrostrukturou a tvrdostí.

Druhy kalení oceli.
V závislosti na složení oceli, povaze obrobku, tvrdosti, která má být dosažena, a podmínkách chlazení se používá několik metod kalení.
Kalení v jednom prostředí je schematicky znázorněno na Obr. 1 ve tvaru křivky 1. Takové kalení je snadněji proveditelné, ale nelze jej použít pro každou ocel a ne pro všechny díly, protože rychlé ochlazení dílů s proměnlivým průřezem v širokém teplotním rozsahu přispívá k výskytu teploty nerovnosti a velká vnitřní pnutí, která mohou způsobit deformaci součásti a někdy i praskání (pokud velikost vnitřních pnutí překročí pevnost v tahu).
Čím více uhlíku v oceli, tím větší objemové změny a strukturální napětí, tím větší je riziko vzniku trhlin.

Chladicí křivky pro různé způsoby kalení
Obr. 1.

Hypereutektoidní oceli se kalí v jednom prostředí, pokud díly mají jednoduchý tvar (koule, válečky apod.). Pokud mají součásti složité tvary, použije se buď kalení ve dvou prostředích, nebo stupňovité kalení.
Kalení ve dvou prostředích (křivka 2) se používá u nástrojů z vysokouhlíkové oceli (závitníky, matrice, frézy). Podstatou metody je, že díl se nejprve namočí do vody, rychle se ochladí na 300-400 °C a poté se přenese do oleje, kde se nechá do úplného vychladnutí.

Krokové kalení (křivka 3) se provádí rychlým ochlazením dílů v solné lázni, jejíž teplota je mnohem vyšší než teplota, při které začíná martenzitická přeměna (240-250 °C). Udržení na této teplotě by mělo zajistit vyrovnání teplot v celém průřezu součásti. Díly jsou poté ochlazeny na pokojovou teplotu v oleji nebo v klidném vzduchu, čímž se eliminuje tepelné vnitřní pnutí.
Krokové kalení snižuje vnitřní pnutí, deformaci a možnost praskání.
Nevýhodou tohoto typu kalení je, že horké stopy nemohou zajistit vysokou rychlost ochlazování při teplotě 400-600 °C. V tomto ohledu lze stupňovité kalení použít pro díly z uhlíkové oceli s malým průřezem (až do 8-10 mm). U legovaných ocelí s nízkou kritickou rychlostí kalení je stupňovité kalení použitelné pro díly s velkým průřezem (až 30 mm).

Izotermické kalení (křivka 4) se provádí stejným způsobem jako kalení krokové, ale s delší expozicí při teplotě horké lázně (250-300 °C), aby byl zajištěn úplný rozklad austenitu. Doba zdržení potřebná k úplnému rozkladu austenitu je určena body a a b a křivkou tvaru S (viz obr. 1). V důsledku takového kalení získává ocel strukturu jehličkovitého troostitu o tvrdosti HRC45 55 a zachování potřebné tažnosti. Po izotermickém kalení lze ocel chladit libovolnou rychlostí. Jako chladicí médium se používají roztavené soli: 55 % KNO3 + 45 % NaNO2 (bod tání 137 °C) a 55 % KNO3 + 45 % NaNO3 (bod tání 218 °C), umožňující přehřátí na požadovanou teplotu.
Izotermické kalení má oproti konvenčnímu kalení následující výhody:
minimální deformace oceli a absence trhlin; vysoká viskozita oceli.
V současné době se široce používá stupňovité a izotermické vytvrzování světlem.

Lehké kalení ocelových dílů se provádí ve speciálně vybavených pecích s ochranným prostředím. V některých továrnách na nástroje se pro získání čistého a lesklého povrchu kaleného nástroje používá postupné kalení s chlazením v roztavené žíravé alkálii. Před kalením se nástroj zahřeje v solné lázni chloridu sodného při teplotě 30-50 °C nad bodem AC1 a ochladí na 180-200 °C v lázni sestávající ze směsi 75 % hydroxidu draselného a 25 % hydroxidu sodného. s přídavkem 6-8 % vody (vztaženo na hmotnost veškeré soli). Směs má teplotu tání cca 145°C a díky tomu, že obsahuje vodu, má velmi vysokou kalící schopnost.

Při stupňovitém kalení oceli s podchlazením austenitu v roztavené žíravé alkálii s následným ochlazením na vzduchu získávají díly čistý, světlý, stříbrně bílý povrch; v tomto případě není potřeba díly pískovat a postačí omytí v horké vodě.

Samopopouštěcí kalení je široce používáno při výrobě nástrojů. Jeho podstata spočívá v tom, že díly se až do úplného vychladnutí neudržují v chladícím médiu, ale v určitém okamžiku jsou z něj vyjmuty, aby se v jádru produktu udrželo určité množství tepla, díky čemuž následný provádí se temperování. Po dosažení požadované teploty popouštění vlivem vnitřního tepla je díl nakonec ochlazen v kalicí kapalině.
Popouštění můžete ovládat pomocí matných barev (viz obr. 2), které se objevují na čištěném ocelovém povrchu při 220–330 °C.

Samopopouštěcí kalení se používá pro dláta, perlíky, stolní kladiva, průbojníky a další nástroje, které vyžadují vysokou tvrdost na povrchu a zachování viskózního jádra.

Způsoby chlazení při kalení.
Rychlé ochlazení ocelových dílů při kalení v nich způsobuje velká vnitřní pnutí. Tato napětí někdy vedou k deformaci dílů a v nejzávažnějších případech k prasklinám. Zvláště velká a nebezpečná vnitřní pnutí vznikají při chlazení ve vodě. Pokud je to možné, měly by být díly chlazeny v oleji. Ve většině případů to však u dílů z uhlíkové oceli není možné, protože rychlost ochlazování v oleji je výrazně nižší než kritická rychlost potřebná pro přeměnu austenitu na martenzit. V důsledku toho se doporučuje mnoho dílů vyrobených z uhlíkových ocelí kalit chlazením ve vodě, ale zároveň snížit nevyhnutelně vznikající vnitřní pnutí. K tomu použijte některé z popsaných způsobů kalení, zejména kalení ve dvou prostředích, kalení samopopouštěním atd.
Vnitřní pnutí závisí také na způsobu ponoření dílů do kalícího média. Je třeba dodržovat následující základní pravidla:
části se silnými a tenkými částmi by měly být ponořeny do zhášecího média tlustou částí napřed;
díly, které mají dlouhý podlouhlý tvar (závitníky, výstružníky) by měly být ponořeny v přísně svislé poloze, jinak se zkroutí (obr. 3).

Správné ponoření dílů a nástrojů do kalícího média
Obr. 3.

Někdy se kvůli provozním podmínkám nemusí kalit celý díl, ale jen jeho část. V tomto případě se používá lokální kalení: díl se zcela nezahřeje, ale je zcela ponořen do kalícího média. V tomto případě se kalí pouze zahřátá část součásti.
Lokální ohřev malých dílů se provádí v solné lázni, přičemž se ponoří pouze ta část dílu, kterou je třeba vytvrdit; Takto se kalí například středy soustruhů. Můžete také provést toto: zcela zahřát součást a ochlazovat v prostředí kalení pouze součást, kterou je třeba kalit.

Vady, ke kterým dochází při kalení oceli.
Nedostatečná tvrdost kaleného dílu je důsledkem nízké teploty ohřevu, krátkého vystavení provozní teplotě nebo nedostatečné rychlosti ochlazování.
Korekce defektů: normalizace nebo žíhání s následným kalením; použití energičtějšího zhášecího média.

Přehřátí je spojeno s ohřevem produktu na teplotu výrazně vyšší, než je požadovaná teplota ohřevu pro kalení. Přehřívání je doprovázeno tvorbou hrubozrnné struktury, což má za následek zvýšenou křehkost oceli.
A náprava vady: žíhání (normalizace) a následné kalení na požadovanou teplotu.

K vyhoření dochází, když je ocel zahřátá na velmi vysoké teploty, blízké bodu tavení (1200-1300 °C) v oxidační atmosféře. Kyslík proniká do oceli a podél hranic zrn se tvoří oxidy. Taková ocel je křehká a nelze ji opravit.
Oxidace a dekarbonizace oceli se vyznačuje tvorbou okují (oxidů) na povrchu dílů a vyhořením uhlíku v povrchových vrstvách. Tento typ vady nelze opravit tepelným zpracováním. Pokud to přídavek na obrábění dovolí, musí být zoxidovaná a oduhličená vrstva odstraněna broušením. Pro zamezení tohoto typu závady se doporučuje ohřívat díly v pecích s ochrannou atmosférou.
Deformace a praskliny jsou důsledkem vnitřního pnutí. Při ohřevu a ochlazování oceli jsou pozorovány objemové změny v závislosti na teplotě a strukturních přeměnách (přechod austenitu na martenzit je doprovázen zvětšením objemu až o 3 %). Rozdílné doby přeměny objemu kaleného dílu v důsledku jeho různých velikostí a rychlostí ochlazování průřezu vedou ke vzniku silných vnitřních pnutí, která způsobují praskliny a deformace dílů během procesu kalení.
Vznik trhlin je obvykle pozorován při teplotách pod 75-100 °C, kdy martenzitická přeměna pokrývá významnou část objemu oceli. Aby se zabránilo tvorbě trhlin, při navrhování dílů je nutné se vyvarovat ostrých výstupků, špičatých rohů a ostrých přechodů z tenkých na tlusté části; Ocel by měla být také pomalu ochlazována v zóně tvorby martenzitu (kalení v oleji, dvousložkové kalení, stupňovité kalení). Praskliny jsou neopravitelnou vadou, ale zborcení lze odstranit následným narovnáním nebo narovnáním.
Původní zdroj markmet.ru/tehnologiya_metallov/zakalka-stali