Archív kategorie ‘Kalení’

Kalení oceli má největší význam ze všech výkonů tepelného zpracování. Kalením se nazývá ohřev součástí nad teplotu Ac₃ nebo Ac1 u nadetek-toidních ocelí, výdrž na této teplotě a následující rychlé ochlazení.

Mezi kalení patří tyto operace:

• kalení základní
•  kalení termální
•  kalení přerušované
•  kalení izotermické

Kalení základní:

Kalení základní se v podstatě ohřev na teplotu vyšší než Ac₃ (Ac1), výdrž na této teplotě a následující ochlazení vzduchem, olejem nebo vodou.

Účelem kalení je dosáhnout zvýšení tvrdosti, tj. dosáhnout tvrdé martensitické struktury nebo bainitické struktury v celém průřezu. Při ohřevu je třeba dbát na nevhodné uložení součástí v peci např. blízko u topných spirál, hořáků nebo elektrod v kelímkových lázních.

Výdrž na teplotě nemá být dlouhá, aby nezhrublo zrno. U velkých průřezů jsou značné rozdíly mezi ochlazováním povrchu a středu součástí. Způsob ochlazování závisí především na druhu kalené oceli.

Je třeba brát ohled i na tvar a veli­kost součástí. U běžných ocelí se tenkostěnné a drobné součásti s výhodou kalí do oleje. Rozměrnější a tvarově jednoduché součásti se kalí do vody. Některé vysoce slitinové oceli, říká se jim také samokalitelné, kalí se na dmychaném vzduchu.

Způsob ponořování kaleného předmětu do ochlazovací lázně ve značné míře ovlivňuje deformace a tvrdost po kalení. Při kalení do vody se musí zamáčení provést rychle a energickým pohybem ve vodě se musí stále roz­bíjet polštář páry, který se kolem předmětu tvoří. Předměty se při kalení do vody, oleje a solných lázní ponořují ve směru podélné osy. Vždy zamáčíme hmotnější stranu předmětu první. Předměty s jednostranně otevřenými du­tinami ponořujeme tak, aby vstup do dutiny byl nahoře a umožňoval odchod páry. Je třeba dbát na to, aby se menší součásti nevázaly do těsných shluků, protože tím se zabrání dokonalému ochlazování vnitřních součástí. Obdobně je tomu např. při kalení součástí v koších.

U vodních kalicích nádrží se nesmí pohyb ochlazovacího prostředí prová­dět stlačeným vzduchem, protože zvyšuje stabilitu parního polštáře.

Kalení termální:

Součásti tenkostěnné nebo členité z ocelí konstrukčních nebo nástrojových s vyšším obsahem slitinových prvků, nejčastěji z ocelí nástrojových, se kalí termálním způsobem.

Termální kalení vyrovnává roz­díly teplot na povrchu a uvnitř kaleného předmětu. Po ohřevu na určenou kalicí teplotu jepředmět ochla­zen v lázni, jejíž teplota je o několik stupňů vyšší než te­plota bodu Ms. Předměty se ponechají v termální lázni jen do vyrovnání jejich teploty s teplotou termální lázně a dále se ochlazují na klidném vzduchu. Při pomalém ochlazování  proběhne martenzitská přeměna velmi stejnoměrně.

Tvrdost takto kalených sou­částí je stejně vysoká jako u součástí normálně kalených, nevznikají však abnormální vnitřní pnutí a není nebezpečí deformací a praskání.

Ihned po zakalení je nutno předměty popouštět. Nejčastěji se po­pouští v olejové lázni ( 300-350st.). Dodr­žení teploty těsně nad Ms nemusí být přesné, ani malé podkročení pod Ms nevadí, protože se vytvoří jen malé množství martensitu. Vzniká však nebezpečí zvýšeného množství zbytkového auste­nitu. Další výhodou termál­ního kalení je možnost rovnat dlouhé součásti po ochlazení na teplotu nad Ms. Ocel při této teplotě je ještě austenitická, a proto velmi tvárná.

 Kalení izotermické:

Isotermické kalení je kalení do teplých sol­ných lázní, kde se požadované mechanické hod­noty získají přímo po kalení bez následujícího popouštění. Vnitřní pnu­tí a nebezpečí vzniku trhlin je při tomto způ­sobu tepelného zpraco­vání minimální.

Ocel isotermicky kalená má vyšší vrubovou houževnatost a mez únavy než ocel kalená a popouštěná. Po ohřevu na kalicí teplotu následuje ochlazení v lázni ohřáté na teplotu, při níž vzniká bainit požadované pevnosti. V této lázni se kalený předmět ponechává až do ukončení isotermického rozpadu austenitu.

Obvyklé teploty isotermického kalení jsou mezi 400—250 °C. Ochlazení na teplotu rozpadu musí být rychlé, aby nenastala perlitická přeměna. Větších rychlostí ochla­zování je možné dosáhnout vzhledem k malému tepelnému rozdílu mezi ka­licí teplotou a teplotou isotermického rozpadu jen u tenkostěnných výrobků.

Kalení přerušované (lomené):

Většina ochlazovacích prostředí má větší ochlazovací schopnost v rozmezí teplot perlitické přeměny než v rozmezí martensitické přeměny. K potlačení perlitické přeměny se nejprve použije rychlejšího ochlazovacího prostředí a ochlazení v okolí teploty martensitické přeměny se dokončí v mírnějším ochlazovacím prostředí. Tímto způsobem se kalí předměty ve vodě a v oleji nebo v oleji a na vzduchu, ve výjimečném případě také ve vodě a na vzduchu. Přerušovaného kalení se často používá u některých výrobků složitých tvarů, které vyžadují rychlé ochlazení a při úplném ochlazení ve vodě nebo oleji praskají. Lomeného kalení se po­užívá při kalení velkých nástrojů, kde i při velké prokalitelnosti je nutné s ohledem na velké roz­měry zvýšit ochlazovací rychlost v okolí perli-tické přeměny, ale o-ohlazování při martensi­tické přeměně musí být velmi pomalé. Po lome­ném kalení následuje popouštění.

Kalení bainitické:

V  diagramu ARA podle křivky V. Hlavní strukturní složkou je bainit a částečně martenzit.

Patentování:

 Používá se při výrobě drátů jako mezioperační zpracování. Aby se umožnila redukce průřezu při dalším tvářením.

Je to zvláštní případ izotermický rozpad austenitu v lázních 750 – 550st. Struktura je tvořena jemným perlitem a bainitem z vysokou houževnatostí dovolující značné redukce průřezu při tváření za studena. Používá se při výrobě drátů s vysokou pevností (lana, pružiny).

Kalicí prostředí

Ochlazování musí probíhat nad kritickou rychlostí – vznik martenzitu. Toho je možné dosáhnout volbou vhodného kalicího prostředí. Pro oceli s malou prokalitelností je nutno volit intenzivnější prostředí – voda. Pro oceli s větší prokalitelností olej. Průběh při ponoření. Po ponoření kaleného kusu do kalicí lázně se okamžitě vytvoří na celém povrchu tenká vrstva páry – parní polštář který zpomaluje ochlazování. Toto označujeme jako první údobí ochlazování, když se povrch dostatečně ochladí polštář se zhroutí. Nastane přímý kontakt lázně s povrchem kaleného kusu. Na povrch se velmi intenzivně vyvíjí parní bubliny , které odmítají velké množství tepla takže ochlazování je velmi rychlé. Je to druhé údobí označované jako údobí varu. Když teplota povrchu poklesne na teplotu varu lázně vývoj parních bublin ustává. Začíná třetí údobí ochlazování vedením a prouděním.

U mnoha strojních součástí požadujeme, aby byly velmi houževnaté a zároveň dobře odolávali opotřebení např. hřídele, čepy, ozubená kola. Toho lze dosáhnout tak, že se vytvoří tvrdá povrchová vrstva na měkkém houževnatém jádru.

Tvrdou vrstvu lze vytvořit buď povrchovým kalením, nebo chemicko-tepelným zpracováním. Po povrchovém kalení se používá dobře kalitelných ocelí s obsahem uhlíku vyšším než 0,35%.

Zvláštním postupem se zakalí jen povrch součásti  to požadované hloubky zatím co jádro zůstane  nezakalené.

Způsob: rychle se prohřeje povrch do požadované hloubky a hned se zakalí.

Tvrdá martenzitická struktura zakaleného povrch pozvolna přechází do struktury získaného nebo zušlechtěného jádra.

Obvyklá hloubka 2 až 3 mm, ale podle potřeby i vyšší.

Je daná rychlostí posuvu hořáku.

Jsou 2 způsoby: 

1. Při prvním se ohřívá celá součást, ale kalí se jen povrchová vrstva. Součást se zahřeje na teplotu a pak se ochladí takovou rychlostí, aby nastalo zakalení jen v povrchové vrstvě
2. Ekonomicky výhodnější a proto mnohem více rozšířené jsou postupy povrchového kalení při kterých se ohřívá jen vrstva určená k zakalení. Při tom ovšem musí být ohřev dostatečně intenzivní aby převod tepla do vrstvy byl podstatně větší než odvod vedením do jádra.Nejrozšířenější je kalení povrchové plamenem a indukční kalení.

Kalení jednorázové:

u menších součástí se celý povrch ohřeje na kalicí teplotu současně a pak se zakalí sprchou nebo kalicí lázní

Kalení postupné:

větší plochy, jejichž jednorázový ohřev by vyžadoval příliš mohutný zdroj tepla se ohřívají postupně a ohřátá část se ihned kalí sprchou. Tento způsob se používají také tam kde je potřeba zakalit pouze část součásti.

Povrchové kalení plamenem:

 Pro ohřev se používá svítiplynokyslíkových nebo acetylenokyslíkových hořáků. Kalená plocha se prohřeje do hloubky 1-6mm nad teplotu Ac3. Protože teplo se rychle odvádí do jádra musí ihned následovat ochlazení. To se děje buď vodní sprchou nebo ve vodní lázni. Tvar hořáku odpovídá tvaru kalené plochy a negativem kalené plochy. 2 zp. Pohybu – hořák nebo kalená součást. Při kalení postupném velkých válcových dílců vzniká tzv. šev. Protože při setkání začátku a konce kalené vrstvy vznikají snadno trhliny. Proto se musí hořák zhasnout dřív a tím vznikne měkký nezakalený pruh v šířce 5 až 15 mm tzv. šev. Při kalení jednorázovém se kalená součást otáčí větší rychlostí a po ohřevu se vrstva zakalí sprchou nebo ponořením do kalicí lázně.

Indukční kalení:

 Používá se střední nebo vysokofrekvenční. Provádí se pomocí induktoru, který má tvar kalené plochy. Je vyroben většinou z měděné trubky, která se používá k chlazení. Průchodem střídavého proudu dochází k indukci střídavého magnetického pole a vzniku vířivých proudů stejné frekvence. Intenzita je největší na povrchu a ke středu klesá. Povrchová vrstva se ohřívá. Je nutná malá vzdálenost mezi ohřívanou plochou a induktorem. Rychlost a hloubka ohřevu je závislá na použití frekvenci a příkonu.