KALENIE
Kalenie.
Druhy kalenia, kaliace prostredia a ich vlastnosti.
- spôsob tepelného spracovania, ktorého cieľom je dosiahnuť stav odlišný od rovnovážneho
- Podľa prevažujúcej štruktúrnej zložky sa kalenie delí na:
a) martenzitické kalenie
b) bainitické kalenie KALENIEMARTENZITICKÉBAINITICKÉ NEPRETRŽITÉ PRERUŠOVANÉ IZOTERMICKÉ NEPRETRŽITÉ LOMENÉ TERMÁLNE SO ZMRAZOVANÍM NA ZUŠĽACHŤOVANIE PATENTOVANIE KALENIE
Kaliteľnosť
- schopnosť ocele dosiahnuť kalením zvýšenú tvrdosť.
- Dosiahnutá tvrdosť závisí od obsahu C
- pri nízkom obsahu C nemožno dosiahnuť vysokú tvrdosť
- ocele s obsahom C do 0,2 % sú nekaliteľné, C vyšším ako 0,35 % sú dobre kaliteľné
- legované ocele sú kaliteľné aj pri nižšom obsahu C
Prekaliteľnosť
- schopnosť ocele dosiahnuť kalení určitú tvrdosť do určitej hĺbky pod ochladzovaný povrch
- na praktické hodnotenie prekaliteľnosti je hĺbka
- závisí od obsahu zliatinových prvkov a je daná tvarom diagramu ARA
- legované ocele sa volia tam, kde treba prekaliť väčšie prierezy, ako dovoľuje uhlíková oceľ
- na prekaliteľnosť vplýva: veľkosť austenitického zrna (jemnejšie zrno = väčšia kritická rýchlosť ochladzovania)
- čelná skúška prekaliteľnosti - Jomminiho skúška prekaliteľnosti
Podmienky kalenia:
Kaliace teploty - podeutektoidné ocele 30-70 oC nad AC3
- nadeutektoidné ocele 30-70 oC nad AC1 0,772,11727°C1148°C911%CT [°C]0,018
- Kaliaca teplota sa nevolí nad ACm, pretože by sa rozpustil cementit, ktorý prispieva k tvrdosti ocele po kalení.
- Prekročenie kaliacej teploty a príliš dlhé zotrvanie na kaliacej teplote spôsobujú rast austenitického zrna, ktorý sa zmení na hrubý martenzit s väčšou krehkosťou a zvyšuje sa množstvo zvyškového austenitu, čo má za následok pokles tvrdosti po kalení.
- Dostatočnú rýchlosť ochladzovania zabezpečíme vhodnými kaliacimi prostrediami.
Ochladzovacie (kaliace) prostredia
VODA (účinné kaliace prostredie)
- priebeh ochladzovania nie je plynulý - okolo súčiastky sa po ponorení vytvorí vrstva pary, ktorá spomaľuje ochladzovanie. Táto vrstva sa poruší pri teplote okolo 400 oC a až potom dôjde k intenzívnemu ochladzovaniu prudkým varom vody
- zvýšením teploty vody ochladzovacia schopnosť klesá
- účinok možno znížiť aj pridaním olejov, mydla...
- naopak zvýšiť účinok vody je možné pomocou látok, ktoré zvyšujú bod varu vody
- vysoká ochladzovacia schopnosť vody spôsobuje vznik vnútorných napätí
OLEJ (miernejšie kaliace prostredie)
- ochladzovanie je podobné ako u vody, vrstva pary sa poruší skôr a maximálna ochladzovacia teplota je okolo 500 oC
- rýchlosť ochladzovania je 10x nižšia ako u vody, čo má za následok nižšie vnútorné napätia
- na legované ocele a drobné súčiastky z nízkouhlíkových ocelí
- používajú sa prevažne minerálne oleje
- olejové kúpele sa používajú zohriate na 50 oC
- čistý olej je riedky a má vysoký bod vzplanutia
- zvýšenie jeho ochladzovacej schopnosti je možné pomocou cirkulácie kúpeľa
- pri prevádzke olej starne - následok oxidácie, uhoľnatenia a znečisťovania
SOĽNÉ KÚPELE (plynulé ochladzovanie)
- rýchlosť ochladzovania je najskôr vyššia a postupne sa znižuje s klesajúcim teplotným rozdielom medzi predmetom a kúpeľom
- spočiatku je ochladzovanie intenzívnejšie ako pri olejoch, ale v oblasti martenzitickej premeny sa spomalí. Preto vznikajú len veľmi nízke vnútorné napätia
KOVOVÉ KÚPELE
- najčastejšie ide o roztavené olovo
- podobné vlastnosti ako soľné kúpele
VZDUCH
- pre hlboko prekaliteľné ocele
- na zvýšenie ochladzovacieho účinku sa môže dúchať zo všetkých strán rovnako, čo má priaznivý vplyv na vznik a rozloženie vnútorných napätí, lebo rozdiely teploty povrchu a jadra sú zanedbateľné, ale hrozí zasa oduhličovanie povrchu.
- dúchanie sa používa pri kalení veľmi zložitých predmetov (zápustky)
Druhy kalenia
MARTENZITICKÉ KALENIE (výsledná štruktúrna zložka je tvorená martenzitom)
Spojité (nepretržité) martenzitické kalenie
- najjednoduchší a najpoužívanejší spôsob kalenia
- ohrev na kaliacu teplotu a ihneď plynulé ochladzovanie v kaliacom prostredí
- čím je vyššia rýchlosť ochladzovania a väčší priemer, tým je väčší rozdiel medzi teplotou jeho stredu a povrchu a je vyššie nebezpečenstvo vzniku tepelných napätí a deformácií,
Lomené kalenie
- je to kalenie do dvoch prostredí za sebou
- Slúži na potlačenie bainitickej premeny - najskôr rýchlejšie ochladzovanie a ochladzovanie v intervale martenzitickej premeny sa dokončí v miernejšom ochladzovacom prostredí (voda + olej, olej + vzduch).
MSFSPSPfBfBSA3A1TEPLOTAlog (času)MfARA - diagram21jpp - povrchj - jadro
Lomené kalenie (krivka 1) a spojité martenzitické kalenie (krivka 2)
Termálne kalenie MSFSPSPfBfBSA3A1TEPLOTAlog (času)MfARA - diagrampjp - povrchj - jadro
- dovoľuje znížiť rozdiel medzi teplotou povrchu a teplotou jadra na najmenšiu mieru. Využíva tvar diagramu ARA (dlhší inkubačný čas pri teplotách tesne nad Ms)
- ohrev na kaliacu teplotu, potom ochladenie v soľnom kúpeli na teplotu asi 30 oC nad Ms ocele. Na tejto teplote sa zotrvá. Potom sa ochladzuje v intervale martenzitickej premeny (voľne na vzduchu)
- oddelia sa tepelné a štruktúrne napätia a zmenší sa ich spoločný účinok
- vhodné na kalenie menších súčiastok zložitejších tvarov a nástrojov z uhlíkových a nízkolegovaných ocelí.
Kalenie so zmrazovaním
- ak teplota Mf leží pod 0 oC, potom na dosiahnutie čo najväčšieho rozpadu zvyškového austenitu na martenzit sa súčiastka ďalej chladí v zmrazovacích prostrediach
- pri nadeutektoidných oceliach
- kaliť sa môže priamo do zmrazovacieho kúpeľa (krivka 1). Toto má za následok vznik vysokých vnútorných napätí, deformácií a výskyt trhlín. Preto sa kalí normálne do vody (oleja) a potom sa čo najrýchlejšie prenesie do zmrazovacieho kúpeľa (krivka 2). Zväčša stačí zmrazovať na teplotu -80 oC v kúpeli zo zmesi liehu a tuhého oxidu uhličitého
- pri vysokolegovaných oceliach sa na zmrazovanie používa tekutý dusík (-196 oC)
- pri oceliach, pri ktorých sa požaduje stabilizácia rozmerov a pri oceliach na nástroje na zvýšenie tvrdosti a reznosti
MSCSPSPfBfBSAcmA1TEPLOTAlog (času)ARA - diagram120 °C
BAINITICKÉ KALENIE (hlavná štruktúrna zložka je bainit)
Izotermické bainitické kalenie
- rozpad nestabilného austenitu po ochladení z kaliacej teploty izotermicky v soľných (kovových) kúpeľoch. Po skončení izotermickej premeny sa ďalej ochladzuje na vzduchu FSBSMfPSPfBfMSA3A1log (času)TEPLOTAIRA -
diagram12
Izotermické bainitické zušľachťovanie (krivka 1) - výsledná štruktúra: B+AZ a izotermické bainitické kalenie (krivka 2)- výsledná štruktúra: B+M+AZ
- vlastný izotermický rozpad austenitu môže prebiehať dvoma spôsobmi:
1) izotermické zušľachťovanie
- v oblasti premeny austenitu na bainit (krivka 1) nevzniká martenzit, oceľ sa už nepopúšťa, lebo vnútorné napätia sú malé a deformácia súčiastky takmer nulová
- možno dosiahnuť vysokú pevnosť pri dobrej húževnatosti
2) patentovanie
- osobitný prípad izotermického zušľachťovania v kúpeľoch s teplotou 500-550 oC
- teplota izotermického rozpadu je veľká, preto je výsledná štruktúra zložená zo zmesi jemného perlitu s vysokou húževnatosťou, ktorá dovoľuje veľké redukcie prierezov pri nasledujúcom tvárnení za studena
- výroba patentovaného drôtu z uhlíkových ocelí s obsahom blízkym eutektoidnému zloženiu
3) izotermické kalenie
- izotermický rozpad austenitu môže prebiehať tesne pod Ms (krivka 2)- vo výslednej štruktúre sa vyskytuje určitý podiel martenzitu a preto sa popúšťa
Nepretržité bainitické kalenie MSFSPSPfBfBSA3A1TEPLOTAlog (času)MfARA - diagram
- v dostatočne rýchlom a plynulom ochladzovaní po ohreve na kaliacu teplotu, na zabezpečenie rozpadu austenitu na bainit alebo zmes bainitu a martenzitu, pri ktorej nasleduje po ochladení popúšťanie (pri stredne a vysokolegovaných oceliach aj viacnásobné)
- robí sa iba pri oceliach s výrazne predsunutou bainitickou oblasťou v diagrame ARA
POVRCHOVÉ KALENIE
- realizuje sa na získanie tvrdého povrchu a jadro zostáva mäkké a húževnaté
- ohrev sa uskutočňuje:
a) indukčne
b) plameňom
c) ponorom
- typy povrchového kalenia:
1) prerušované
2) postupné
|
|
|
