Domácí podnikání 

Chlazení během kalení. Pokyny pro práci v kurzu v oboru „Nauka o materiálech a nauka o tvrdých materiálech“ Rychlost ochlazování oceli ve stupních vzduchu. Stanovení rychlosti ochlazování při kalení oceli

8. září 2011

Režim chlazení při kalení musí v první řadě zajistit požadovanou hloubku prokalitelnosti. Na druhé straně musí být režim chlazení takový, aby nedocházelo k silnému kalení, vedoucímu k deformaci produktu a tvorbě trhlin při kalení.

Kalení se skládají z tepelných a strukturálních napětí. Při kalení dochází vždy k teplotnímu rozdílu napříč průřezem výrobku. Rozdílná velikost tepelné komprese vnější a vnitřní vrstvy během doby ochlazování způsobuje vznik tepelných pnutí.

Martenzitická přeměna je spojena s nárůstem objemu o několik procent. Povrchové vrstvy dosahují martenzitického bodu dříve než jádro produktu. Martenzitická přeměna a s ní spojený nárůst objemu neprobíhá v různých bodech průřezu výrobku současně, což vede ke vzniku strukturálních napětí.

Celková kalicí napětí se zvyšují se zvýšením teploty ohřevu pro kalení a se zvýšením rychlosti ochlazování, protože v obou těchto případech se teplotní rozdíl napříč průřezem produktu zvyšuje. Zvýšení teplotního rozdílu vede ke zvýšení tepelného a konstrukčního napětí.

U ocelí se zhášecí napětí s největší pravděpodobností vyskytují v teplotním rozsahu pod bodem martenzitu, kdy se objevují strukturální napětí a vzniká křehká fáze – martenzit. Nad martenzitickým bodem dochází pouze k tepelným napětím a ocel je v austenitickém stavu a austenit je tažný.

Jak ukazuje C-diagram, rychlé ochlazení je nutné v oblasti nejmenší stability přechlazeného austenitu. U většiny ocelí je tato oblast v rozmezí 660 - 400 °C. Nad a pod tímto teplotním rozsahem je austenit mnohem odolnější vůči rozkladu než v blízkosti ohybu C-křivky a obrobek lze chladit relativně pomalu.

Důležité je zejména pomalé ochlazování, počínaje teplotami 300 - 400 °C, při kterých se u většiny ocelí tvoří martenzit. Při pomalém ochlazování nad ohybem C-křivky klesají pouze tepelná napětí, zatímco v martenzitické oblasti klesají tepelné i strukturální napětí.

Nejpoužívanějšími zhášecími médii jsou studená voda, 10% vodný roztok NaOH nebo NaCl a oleje.

Rychlost ochlazování oceli v různých prostředích

Tabulka ukazuje rychlosti ochlazování malých vzorků oceli ve dvou teplotních rozsazích pro různá prostředí. Dosud nebyla nalezena žádná zhášecí kapalina, která by se rychle ochlazovala v oblasti teplot perlitu a pomalu v oblasti martenzitických teplot.

Studená voda- nejlevnější a nejúčinnější chladič. Rychle se ochlazuje v rozsahu teplot perlitu i martenzitu. Vysoká chladicí kapacita vody se vysvětluje její nízkou teplotou a obrovským teplem varu, nízkou viskozitou a relativně vysokou tepelnou kapacitou.

Přídavky soli nebo alkálie zvyšují chladicí kapacitu vody v oblasti perlitu.

Hlavní nevýhoda vody— vysoká rychlost ochlazování v martenzitické oblasti.

Minerální olej chladne pomalu v martenzitické oblasti (to je jeho hlavní výhoda), ale pomalu se ochlazuje i v oblasti perlitu (to je jeho hlavní nevýhoda). Proto se olej používá pro kalení ocelí s dobrou prokalitelností.

Ohřátá voda nemůže nahradit olej, protože ohřev prudce snižuje rychlost ochlazování v perlitovém intervalu, ale téměř nemění v martenzitickém intervalu.

"Teorie tepelného zpracování kovů",
I.I.Novikov

Vzhledem k tomu, že neexistuje žádné kalicí médium, které by zajišťovalo rychlé ochlazování v teplotním rozsahu 650 - 400 °C a pomalé ochlazování nad a hlavně pod tímto rozmezím, používají se pro zajištění potřebného chladícího režimu různé kalící metody. Kalení přes vodu do oleje Kalení přes vodu do oleje (kalení ve dvou prostředích): 1 - normální režim;...


U mnoha ocelí sahá martenzitický rozsah (Mn - Mk) do záporných teplot (viz obrázek Závislost na teplotě). V tomto případě kalená ocel obsahuje zbytkový austenit, který lze dále přeměnit na martenzit ochlazením produktu na teploty pod pokojovou teplotu. Tato úprava chladem (navržená v roce 1937 A.P. Guljajevem) v podstatě pokračuje v ochlazování, které bylo přerušeno při pokojové teplotě...

Mnoho výrobků musí mít vysokou povrchovou tvrdost, vysokou pevnost povrchové vrstvy a houževnaté jádro. Této kombinace vlastností na povrchu a uvnitř výrobku je dosaženo povrchovým kalením. Pro povrchové vytvrzení ocelového výrobku je nutné zahřát nad bod Ac3 pouze povrchovou vrstvu dané tloušťky. Tento ohřev je nutné provést rychle a intenzivně, aby se jádro vlivem tepelné vodivosti také nezahřálo na...


Zahříváním pro kalení Transformace oceli během ohřevu jsou popsány v části Tvorba austenitu během ohřevu. Teploty ohřevu pro kalení uhlíkových ocelí lze volit podle stavového diagramu. Hypoeutektoidní oceli se kalí při teplotách přesahujících bod A3 o 30 - 50 °C. Ve své podstatě jemnozrnná ocel umožňuje vyšší ohřev. Když se dědičně hrubozrnná ocel přehřeje, kalením vznikne struktura s hrubou jehlou...


Kalitelnost a kritická rychlost ochlazování Při kalení na martenzit musí být ocel ochlazena z kalicí teploty tak, aby austenit, aniž by měl čas podstoupit rozklad na směs feritu a karbidu, byl podchlazen pod bod Mn. K tomu musí být rychlost chlazení produktu vyšší než kritická. Kritická rychlost ochlazování (kritická rychlost kalení) je minimální rychlost, při které se austenit ještě nerozkládá na...

Tepelné zpracování oceli umožňuje dodat výrobkům, dílům a obrobkům požadované kvality a vlastnosti. V závislosti na fázi, ve které bylo tepelné zpracování provedeno, se zvyšuje obrobitelnost obrobků, z dílů se odstraňuje zbytková napětí a obrobky se zvyšují. výkon.

Technologie tepelného zpracování oceli je soubor procesů: ohřev, udržování a chlazení s cílem změnit vnitřní strukturu kovu nebo slitiny. V tomto případě se chemické složení nemění.

Takže molekulární mřížka uhlíková ocel při teplotě ne vyšší než 910°C jde o kostku centrovanou na tělo. Při zahřátí nad 910 °C až 1400 °C získá mřížka tvar krychle se středem lícem. Dalším zahříváním se kostka změní na kostku zaměřenou na tělo.

Podstatou tepelného zpracování ocelí je změna zrnitosti vnitřní struktury oceli. Přísné dodržování teplotní režim, čas a rychlost ve všech fázích, které přímo závisí na množství uhlíku, legujících prvků a nečistot snižujících kvalitu materiálu. Při ohřevu dochází ke strukturálním změnám, které při ochlazení nastávají v opačném pořadí. Obrázek ukazuje, k jakým přeměnám dochází při tepelném zpracování.

Účel tepelného zpracování

Tepelné zpracování oceli se provádí při teplotách blízkých kritickým bodům. Co se stane:

  • sekundární krystalizace slitiny;
  • přechod gama železa do stavu alfa železa;
  • přechod velkých částic na desky.

Vnitřní struktura dvoufázové směsi přímo ovlivňuje výkon a snadnost zpracování.

Hlavním účelem tepelného zpracování je poskytnout oceli:

  • V hotových výrobcích:
    1. síla;
    2. odolnost proti opotřebení;
    3. odolnost proti korozi;
    4. odolnost vůči teplu.
  • V mezerách:
    1. uvolnění vnitřního stresu po
      • odlévání;
      • lisování (za tepla, za studena);
      • hluboké kreslení;
    2. zvýšená plasticita;
    3. usnadňující řezání.

Tepelné zpracování se aplikuje na následující typy ocelí:

  1. Uhlíkové a legované.
  2. S různým obsahem uhlíku, od nízkého uhlíku 0,25 % po vysoký uhlík 0,7 %.
  3. Strukturální, speciální, instrumentální.
  4. Jakákoli kvalita.

Klasifikace a druhy tepelného zpracování

Základní parametry ovlivňující kvalitu tepelného zpracování jsou:

  • doba ohřevu (rychlost);
  • teplota ohřevu;
  • trvání udržování při dané teplotě;
  • doba chlazení (intenzita).

Změnou těchto režimů můžete získat několik typů tepelného zpracování.

Druhy tepelného zpracování oceli:

  • Žíhání
    1. Já - laskavý:
      • homogenizace;
      • rekrystalizace;
      • izotermický;
      • odstranění vnitřních a zbytkových pnutí;
    2. II – druh:
      • plný;
      • neúplný;
  • Kalení;
  • Dovolená:
    1. krátký;
    2. průměrný;
    3. vysoký.
  • Normalizace.

Dovolená

Popouštění ve strojírenství se používá ke snížení pevnosti vnitřních pnutí, které se objevují při kalení. Vysoká tvrdost činí výrobky křehkými, proto se popouštění používá ke zvýšení rázové houževnatosti a snížení tvrdosti a křehkosti oceli.

1. Dovolená je málo

Nízké popouštění se vyznačuje vnitřní strukturou martenzitu, který bez snížení tvrdosti zvyšuje viskozitu. Tomuto tepelnému zpracování jsou podrobeny měřicí a řezné nástroje. Režimy zpracování:

  • Zahřívání na teplotu 150 °C, ale ne vyšší než 250 °C;
  • doba držení - jeden a půl hodiny;
  • chlazení - vzduch, olej.

2. Průměrná dovolená

Pro střední temperování, přeměna martenzitu na trostit. Tvrdost klesá na 400 HB. Zvyšuje se viskozita. Díly, které pracují pod značným elastickým zatížením, jsou vystaveny tomuto temperování. Režimy zpracování:

  • ohřev na teplotu 340 °C, ale ne vyšší než 500 °C;
  • chlazení - vzduch.

3. Vysoké uvolnění

Při vysokém temperování sorbitol krystalizuje, což eliminuje napětí v krystalové mřížce. Vyrábějí se kritické díly, které mají pevnost, tažnost a houževnatost.

Režimy zpracování:

Zahřívání na teplotu 450°C, ne však vyšší než 650°C.

Žíhání

Aplikace umožňuje získat homogenní vnitřní strukturu bez namáhání krystalové mřížky. Proces se provádí v následujícím pořadí:

  • ohřev na teplotu mírně nad kritickým bodem v závislosti na jakosti oceli;
  • udržování s konstantním udržováním teploty;
  • pomalé ochlazování (obvykle ochlazování probíhá společně s pecí).

1. Homogenizace

Homogenizace, jinak známá jako difúzní žíhání, obnovuje nerovnoměrnou segregaci odlitků. Režimy zpracování:

  • ohřev na teplotu od 1000 °C, ale ne vyšší než 1150 °C;
  • expozice – 8-15 hodin;
  • chlazení:
    • trouba – až 8 hodin, snížení teploty na 800°C;
    • vzduch.

2. Rekrystalizace

Rekrystalizace, jinak také nízké žíhání, se používá po plastické deformační úpravě, která způsobí zpevnění změnou tvaru zrna (zpevnění). Režimy zpracování:

  • zahřátí na teplotu nad bodem krystalizace o 100 °C-200 °C;
  • výdrž – ½ – 2 hodiny;
  • chlazení je pomalé.

3. Izotermické žíhání

Legované oceli jsou podrobeny izotermickému žíhání, aby došlo k rozkladu austenitu. Režimy tepelného zpracování:

  • zahřátí na teplotu 20 °C - 30 °C nad bodem;
  • podíl;
  • chlazení:
    • rychlý – ne nižší než 630°C;
    • pomalu – při kladných teplotách.

4. Žíhání k odstranění stresu

Odstranění vnitřních a zbytkových pnutí žíháním se používá po svářečské práce, lití, obrábění. Při použití pracovního zatížení podléhají díly zničení. Režimy zpracování:

  • ohřev na teplotu – 727°C;
  • výdrž - až 20 hodin při teplotě 600°C - 700°C;
  • chlazení je pomalé.

5. Kompletní žíhání

Úplné žíhání umožňuje získat vnitřní strukturu s jemnými zrny, která obsahuje ferit a perlit. Úplné žíhání se používá pro lité, kované a lisované obrobky, které budou následně opracovány řezáním a podrobeny kalení.

Režimy zpracování:

  • teplota ohřevu – 30°С-50°С nad bodem;
  • výňatek;
  • chlazení na 500°C:
    • uhlíková ocel – pokles teploty za hodinu není větší než 150°C;
    • legovaná ocel – pokles teploty za hodinu není větší než 50°C.

6. Neúplné žíhání

Při neúplném žíhání se lamelární nebo hrubý perlit přeměňuje na strukturu feritovo-cementitového zrna, která je nezbytná pro svary vyrobené elektrickým obloukovým svařováním, stejně jako nástrojové oceli a ocelové díly podrobené metodám zpracování, jejichž teplota nevyvolává růst zrna vnitřní struktura.

Režimy zpracování:

  • zahřátí na teplotu nad bodem nebo nad 700 °C o 40 °C - 50 °C;
  • vytvrzování - asi 20 hodin;
  • chlazení je pomalé.

Kalení

Oceli se používají pro:

  • Propagace:
    1. tvrdost;
    2. síla;
    3. odolnost proti opotřebení;
    4. mez pružnosti;
  • Snížení:
    1. plasticita;
    2. tažný modul;
    3. kompresní limit.

Podstatou kalení je nejrychlejší ochlazení důkladně prohřátého dílu v různých prostředích. Zahřívání se provádí s polymorfními změnami a bez nich. Polymorfní změny jsou možné pouze u těch ocelí, které obsahují prvky schopné přeměny.

Taková slitina se zahřívá na teplotu, při které dochází ke změnám krystalové mřížky polymorfního prvku, díky čemuž se zvyšuje rozpustnost legujících materiálů. Jak teplota klesá, mřížka mění strukturu v důsledku přebytku legujícího prvku a získává jehlicovitou strukturu.

Nemožnost polymorfních změn během zahřívání je způsobena omezenou rozpustností jedné složky v druhé při rychlé rychlosti ochlazování. Na šíření je málo času. Výsledkem je roztok s přebytkem nerozpuštěné složky (metastabilní).

Pro zvýšení rychlosti ochlazování oceli se používají následující média:

  • voda;
  • roztoky solanky na vodní bázi;
  • technický olej;
  • inertní plyny.

Při porovnání rychlosti ochlazování ocelových výrobků na vzduchu dochází k ochlazování ve vodě od 600 °C šestkrát rychleji a od 200 °C v oleji 28krát rychleji. Rozpuštěné soli zvyšují schopnost kalení. Nevýhodou použití vody je vznik trhlin v místech tvorby martenzitu. Technický olej používá se pro tvrzení slitin slitin, ale drží na povrchu.

Kovy používané při výrobě lékařských produktů by neměly mít film oxidů, takže k ochlazování dochází v prostředí vzácného vzduchu.

Aby se zcela zbavily austenitu, který způsobuje vysokou křehkost oceli, jsou výrobky podrobeny dodatečnému chlazení při teplotách od -40 °C do -100 °C ve speciální komoře. Můžete také použít kyselinu uhličitou smíchanou s acetonem. Toto zpracování zvyšuje přesnost dílů, jejich tvrdost a magnetické vlastnosti.

Pokud díly nevyžadují objemové tepelné zpracování, zahřeje se pouze povrchová vrstva pomocí instalací HDF (vysokofrekvenční proud). V tomto případě se hloubka tepelného zpracování pohybuje od 1 mm do 10 mm a ochlazování probíhá na vzduchu. V důsledku toho se povrchová vrstva stává odolnou proti opotřebení a střed je viskózní.

Proces kalení zahrnuje zahřívání a udržování ocelových výrobků při teplotách dosahujících asi 900 °C. Oceli s obsahem uhlíku do 0,7 % mají při této teplotě martenzitickou strukturu, která se při následném tepelném zpracování přemění na požadovanou strukturu se vznikem požadovaných kvalit.

Normalizace

Vytváří jemnozrnnou strukturu. U nízkouhlíkových ocelí se jedná o feritovo-perlitovou strukturu, u legovaných ocelí o strukturu podobnou sorbitolu. Výsledná tvrdost nepřesahuje 300 HB. Oceli válcované za tepla podléhají normalizaci. Zároveň se zvyšují:

  • odolnost proti lomu;
  • výkon zpracování;
  • síla;
  • viskozita.

Režimy zpracování:

  • dochází k zahřívání na teplotu 30°C-50°C nad bodem;
  • udržování v daném teplotním rozsahu;
  • chlazení - pod širým nebem.

Výhody tepelného zpracování

Tepelné zpracování oceli je technologický postup, který se stal povinným krokem při získávání sad dílů z oceli a slitin se stanovenými kvalitami. Toho lze dosáhnout širokou škálou režimů a metod tepelné expozice. Tepelné zpracování se používá nejen u ocelí, ale také u neželezných kovů a slitin na jejich bázi.

Oceli bez tepelného zpracování se používají pouze pro konstrukci kovových konstrukcí a výrobu nekritických dílů, jejichž životnost je krátká. Nejsou na ně kladeny žádné další požadavky. Každodenní provoz si naopak vyžaduje přísnější požadavky, proto je preferováno použití tepelného zpracování.

U tepelně neupravených ocelí je abrazivní opotřebení vysoké a úměrné vlastní tvrdosti, která závisí na složení chemických prvků. Nekalené matrice matric se tak dobře kombinují při práci s kalenými razníky.

Doba čtení: 8 minut.

Tepelné zpracování kovu mění jeho vlastnosti. Popouštěcí ocel je tvrdší a pevnější. V některých případech se provádí tepelné zpracování pro zjemnění zrna a vyrovnání struktury. Jednoduchá technologie ohřev a rychlé chlazení malých dílů lze provádět doma. Pro kalení je nutné znát jakost oceli a její teplotu ohřevu.

Kalení oceli

Co je kalení kovů?

Jedním typem tepelného zpracování je kalení kovů. Skládá se z několika fází prováděných v určitém pořadí:

  1. Zahřívání kovu na určitou teplotu. Doba prodlevy pro vyrovnání v celé hloubce součásti.
  2. Rychlé chlazení.
  3. Popouštění pro uvolnění napětí a úpravu tvrdosti na specifikovanou hodnotu.

Během výrobního procesu mohou složité díly projít několika různými typy kalení.

Podle hloubky ošetření se kalení dělí na dva typy:

  • objemový;
  • povrchní.

V zásadě se ve strojírenství používá objemové tepelné zpracování, kdy se dílec zahřeje do celé hloubky. V důsledku náhlého ochlazení, po dokončení tepelného zpracování, se tvrdost uvnitř a vně liší jen o několik jednotek.

Povrchové kalení se používá u dílů, které musí být nahoře tvrdé a uvnitř tažné. Induktor ohřívá ocel do hloubky 3–20 mm a hned za ním je rozprašovač, který lije vodu na horký kov.

Ocel se zahřívá do austenitového stavu. Každá značka má svoji teplotu, určenou z tabulky stavu slitin železa a uhlíku. Při náhlém ochlazení zůstává uhlík uvnitř zrna a nedostává se do mezikrystalického prostoru. Transformace struktury nestihne nastat a vnitřní struktura obsahuje perlit a ferit. Zrno se stává jemnějším, samotný kov se stává tvrdším.

Jaké oceli lze kalit?

Při zahřátí a rychlém ochlazení dochází u všech ocelí k vnitřním změnám struktury. Tvrdost se zvyšuje pouze s obsahem uhlíku vyšším než 0,4 %. St. 35 podle GOST má 0,32 - 0,4%, což znamená, že se může „zahřát“ - mírně změnit tvrdost, pokud je uhlík umístěn na horní hranici.

Oceli od CT45 a vyšší s obsahem uhlíku jsou považovány za kalitelné. Zároveň je možné kalení nerezové oceli s nízkým obsahem uhlíku, typ 3X13. Chrom a některé další legující prvky jej nahrazují v krystalové mřížce a zvyšují prokalitelnost kovu.

Vysoce legované uhlíkové oceli obsahují látky, které urychlují proces ochlazování a zvyšují schopnost oceli tvrdnout. Vyžadují komplexní systém stupňovitého chlazení a vysokoteplotní temperování.

Teplota a rychlost ohřevu

Teplota ohřevu pro kalení se zvyšuje s obsahem uhlíku a legujících látek v oceli. Pro St45 je to například 630–650⁰, St 90HF - více než 800⁰.

Vysokouhlíkové a vysoce legované oceli mohou při rychlém zahřátí „praskat“ – vytvářet malé praskliny na povrchu i uvnitř. Zahřívají se v několika stupních. Při teplotách 300⁰ a 600⁰ se provádí expozice. Kromě vyrovnání teploty v celé hloubce dochází ke strukturální změně krystalové mřížky a přechodu na jiné typy vnitřní struktury.

Vlastnosti oceli po kalení

Po vytvrzení dílů dochází ke strukturálním změnám, které ovlivňují Specifikace kov:

  • zvyšuje tvrdost a pevnost;
  • zrno klesá;
  • snižuje se pružnost a tažnost;
  • křehkost se zvyšuje;
  • zvyšuje se odolnost proti oděru;
  • odolnost proti lomu klesá.

Je snadné dosáhnout vysoké třídy čistoty na povrchu kaleného dílu. Surová ocel se neleští, táhne a táhne.

Druhy kalení oceli

Hlavní parametry pro kalení oceli: teplota ohřevu a rychlost ochlazování. Zcela závisí na jakosti oceli – obsahu uhlíku a legujících látkách.

Kalení v jednom prostředí

Při kalení oceli určuje rychlost ochlazování prostředí. Největší tvrdosti se dosáhne, když se díl ponoří do vody. Tímto způsobem můžete ohřívat středně uhlíkové nízkolegované oceli a některé nerezové oceli.

Pokud kov obsahuje více než 0,5 % uhlíku a legujících prvků, pak při ochlazení ve vodě díl praskne – pokryje se prasklinami nebo se úplně zhroutí.

Vysoce legované oceli zvyšují svou tvrdost i při chlazení na vzduchu.

Při kalení ve vodě se legovaná ocel zahřeje na 40–60⁰. Studená kapalina se odrazí od horkého povrchu a vytvoří parní plášť. Rychlost chlazení se výrazně sníží.

Krokové otužování

Kalení ocelí složitého složení lze provádět v několika stupních. Pro urychlení chlazení velkých dílů vyrobených z vysoce legovaných ocelí se tyto nejprve ponoří do vody. Doba zdržení dílu je určena několika minutami. Poté pokračuje kalení v oleji.

Voda rychle ochlazuje kov na povrchu. Poté je díl ponořen do oleje a ochlazen na kritickou teplotu strukturálních přeměn 300–320⁰. Další chlazení se provádí na vzduchu.

Pokud ohříváte masivní díly pouze v oleji, teplota zevnitř zpomalí chlazení a výrazně sníží tvrdost.

Izotermické kalení

Je obtížné kalit kov s vysokým obsahem uhlíku, zejména nástroje z nástrojové oceli - sekery, pružiny, dláta. Při prudkém ochlazení v něm vznikají silná pnutí. Vysokoteplotní popouštění odstraňuje část tvrdosti. Kalení se provádí ve fázích:

  1. Normalizace pro zlepšení struktury.
  2. Zahřívání na vytvrzovací teplotu.
  3. Ponořením do ledkové lázně zahřáté na 300–350⁰ a namáčení v ní.

Po vytvrzení v ledkové lázni není popouštění nutné. Při pomalém ochlazování se uvolňují napětí.


 Izotermické kalení

Lehké vytvrzení

Neexistuje žádný technický termín pro „tvrdnutí světlem“. Když se legované oceli kalí, včetně ohřevu, ve vakuu nebo v inertních plynech, kov neztmavne. Kalení v prostředí ochranného plynu je nákladné a vyžaduje speciální vybavení pro každý typ součásti zvlášť. Používá se pouze pro hromadnou výrobu stejného typu produktu.

Ve vertikální peci se část zahřeje, prochází induktorem a okamžitě se spustí dolů - do solné nebo dusičnanové lázně. Zařízení musí být utěsněno. Po každém cyklu je z něj odčerpán vzduch.

Kalení samovolným temperováním

Při prudkém ochlazení při procesu kalení oceli zůstává uvnitř dílu teplo, které postupně vychází a uvolňuje materiál – odlehčení pnutí. Vlastní temperování mohou provádět pouze odborníci, kteří vědí, jak dlouho lze zkrátit dobu, po kterou součástka zůstává v chladicí kapalině.

Samovolné temperování lze provést doma, pokud potřebujete mírně zvýšit tvrdost spojovacích prvků nebo malých dílů. Je nutné je položit na tepelně izolační materiál a zakrýt azbestem nahoře.

Způsoby chlazení při kalení

Způsoby chlazení kovu během vodního a olejového kalení jsou v průmyslu široce používány. Nejstarší složení pro kalení mečů a jiných tenkostěnných předmětů je solný roztok. Kalení prováděli kováři pomocí kovacího tepla a tepla vzniklého deformací.

Červené šavle, meče a nože byly ponořeny do moči rusovlasých chlapů. V Evropě byli jednoduše zapíchnuti do těl živých otroků. Koloidní složení obsahující soli a kyseliny umožnilo chladit ocel optimální rychlostí a nevytvářet zbytečná pnutí a svody.

V současné době se používají různé roztoky sodné soli, ledek a dokonce i plastové hobliny.

Jak kalit ocel doma

Rozhodnutí o tom, jak zahřát kov, se provádí na základě několika parametrů:

  • třídy oceli;
  • požadovaná tvrdost;
  • provozní režim součásti;
  • rozměry

Ne všechny metody tepelného zpracování jsou dostupné amatérům. Měli byste si vybrat ty nejjednodušší. Nejčastěji doma musíte při výrobě nožů a dalších domácích řezných nástrojů kalit nerez.

Teplota kalení ocelí obsahujících chrom je 900–1100⁰C. Topení je třeba kontrolovat vizuálně. Kov by měl mít světle oranžovo – tmavě žlutou barvu, jednotnou po celém povrchu.

Tenkou nerezovou ocel můžete ponořit do horké vody, zvednout ji do vzduchu a znovu spustit. Čím vyšší je obsah uhlíku, tím více času ocel stráví na vzduchu. Jeden cyklus trvá přibližně 5 sekund.

Jednoduché svařitelné oceli se zahřejí na třešňovou barvu a ochladí se ve vodě. Středně legované materiály by měly mít před ponořením do vody červenou barvu. Po 10–30 sekundách se přemístí na olej a poté se vloží do trouby.

Při kalení se získá maximální tvrdost, kterou ocel touto technologií dává. Poté se sníží na požadovanou hodnotu vysokoteplotním temperováním.


 Otužování doma

Zařízení

Kov se zahřívá různé způsoby. Je třeba si uvědomit, že teplota spalování dřeva nemůže zajistit ohřev kovu.

Pokud potřebujete zlepšit kvalitu 1 dílu, stačí zapálit. Po obvodu musí být obložena cihlami a po položení obrobku částečně uzavřena nahoře a ponechat mezery pro přístup vzduchu. Je lepší spalovat uhlí.

Samostatná oblast a malá část jsou vyhřívány plynovým a petrolejovým hořákem, neustále běží plamen a ohřívá ho ze všech stran.

Výroba muflové pece vyžaduje spoustu času a prostředků. Je vhodné jej postavit pro neustálé používání.

Chladicí kapalina může být v kbelíku nebo jakékoli jiné nádobě, která zajistí úplné ponoření dílu s tloušťkou oleje 5 největších sekcí dílu:

  • jedna část pod vytvrzeným produktem;
  • dva nahoře.

Díl se musí v chladicí kapalině pohybovat pomalu. V opačném případě se vytvoří parní plášť.

Vlastní výroba komory pro kalení kovu

Nejjednodušší podoba muflové pece je vyrobena ze žáruvzdorných cihel, šamotové hlíny a azbestu:

  1. Navíjejte měděný drát na trn. Pro domácí napětí je vhodný průřez 0,8 mm. Nechte dlouhé konce.
  2. Umístěte spirálu dovnitř cihel a upevněte ji hlínou a potáhněte celý vnitřní povrch.
  3. Uvnitř vytvořte paletu - plošinu pro umístění obrobků. K tomu je třeba smíchat jíl s azbestem.
  4. Tepelně izolační materiál lze umístit i venku, čímž se sníží prostup tepla stěnami.
  5. Připojte konce drátu k drátům pomocí zástrčky.
  6. Vzadu otvor mezi cihlami hermeticky utěsněte.
  7. Vepředu postavte víko, které se bude otevírat.

Všechny materiály by měly sušit při pokojové teplotě. Bude to trvat několik dní. Poté můžete díl položit na izolační materiál a zahřát.

Vady při kalení oceli

Při kalení oceli vznikají 2 skupiny vad:

  • opravitelný;
  • nenapravitelný.

První jsou spojeny s nerovnoměrným, skvrnitým tuhnutím a nesouladem mezi výslednou tvrdostí a požadavky ve výkresu. Takové vady jsou způsobeny především nesprávným chlazením nebo špatně provedeným tepelným zpracováním.

Mezi neopravitelné položky patří třísky, praskliny a úplné zničení dílů. Důvod nejčastěji spočívá v nekvalitním kovu.

Kalení výrazně mění strukturu a výkonnostní vlastnosti kovu. Můžete to udělat sami pomocí jednoduchých dílů. Je nutné přesně znát jakost oceli, její kalící teplotu a chladící médium.

/ 11.08.2019

Rychlost ochlazování oceli ve stupních vzduchu. Stanovení rychlosti ochlazování při kalení oceli

Chladicí kapacita médií je do značné míry určena tím, zda se jejich stav agregace mění nebo nemění během procesu chlazení produktů.
V závislosti na bodu varu se chladicí média dělí do dvou skupin. První skupinu tvoří média, jejichž fyzikální stav se během ochlazování mění. Patří sem voda, vodné roztoky solí, alkálie, kapalný dusík, ale i oleje, vodné roztoky emulsinů atd., jejichž bod varu je nižší než teplota ochlazovaného produktu. Do druhé skupiny patří média, jejichž fyzikální stav se během procesu chlazení produktů nemění. Jejich bod varu přesahuje teplotu ochlazovaných produktů. Jedná se o roztavené kovy, soli, alkálie a jejich směsi. Do této skupiny patří také vzduch a helium, které rovněž nemění svůj stav agregace.
V závislosti na chladicí kapacitě média se dělí do tří skupin:
1. Silná chladiva: roztoky ve vodě 5% NaOH, 2% K4Fe(CN)6*3H2O1 10-15% NaOH a voda při 15-30°C, zvláště při silném provozu, kapalný dusík, helium.
2. Chladiva středního dosahu: roztavené soli, alkálie a kovy, rostlinné a minerální oleje, topný olej, vodné roztoky křemičitanů sodných, horké vodné roztoky solí atd.
3. Slabá chladicí kapalina: struny suchého vzduchu a směsi páry se vzduchem, voda o teplotě 80-90 °C, mýdlová voda atd.
Chladicí kapacita chladiva závisí na jeho latentním výparném teplu, tepelné kapacitě, tepelné vodivosti a viskozitě. Rychlost chlazení v uvažovaném chladiči je ovlivněna množstvím chladicí kapaliny a hydrodynamickým způsobem jejího pohybu.
Když se vysokoteplotní produkt ponoří do chladicího média s nízkým bodem varu, pozorují se následující procesy. V počátečním okamžiku je díky zvýšenému odpařování celý produkt pokryt parofilním, který pevně přilne ke kovovému povrchu. Je to špatný vodič tepla, a proto je chlazení v této fázi, nazývané fáze varu filmu, pomalé.
Jak teplota produktu klesá, množství generovaného tepla se stává nedostatečným pro udržení souvislého filmu páry na povrchu. Destrukce filmu páry vede ke skutečnosti, že povrch produktu začíná přicházet do kontaktu s chladivem. V tomto případě se intenzivně tvoří bubliny páry a intenzita chlazení se prudce zvyšuje, protože se spotřebovává tvorba bublinek páry, které se rychle odtrhávají od povrchu. velký počet teplo a teplota kovu rychle klesá k bodu varu chladicího média. Odpovídající perioda chlazení se nazývá jaderný var
Při následném chlazení není odpařování prakticky pozorováno a teplo se přenáší konvekcí z povrchu produktu do chladicího média. Intenzita přenosu tepla ve třetí periodě je nízká a rychlosti chlazení jsou odpovídajícím způsobem nízké.
Požadavky na ideální chladicí médium během kalení jsou, že musí zajistit chlazení rychlostí nad kritickou v určitém teplotním rozsahu. Při nižších teplotách by rychlost chlazení neměla být vysoká, protože to vede k výskytu velkých zbytkových pnutí a deformaci výrobků. Například při kalení hliníkových slitin jsou vyžadovány vysoké rychlosti ochlazování při teplotách 500-300 °C pro fixaci přesyceného pevného roztoku. Chlazení v teplotním rozsahu 200-20°C se s výhodou provádí s výrazně nižší intenzitou, aby se snížila zbytková pnutí.
Chlazení ve vodě. Pro posouzení chladicí kapacity médií na základě experimentálních dat jsou vyneseny závislosti koeficientů přenosu tepla α na povrchové teplotě produktu Jak již bylo uvedeno výše, chladicí kapacita závisí také na podmínkách pohybu tekutiny vzhledem k povrchu produkt.
Na Obr. Tabulka 1 ukazuje hodnoty součinitelů prostupu tepla pro klidnou a cirkulující vodu. Je vidět, že v závislosti na teplotě se koeficienty prostupu tepla mění po křivce s maximem. Na vysoké teploty a koeficienty α mají malé hodnoty, což odpovídá režimu varu filmu. S rozvojem varu zárodků se koeficienty α prudce zvyšují a poté se snižují při takových povrchových teplotách během přechodu na přenos tepla konvekcí.

Křivky závislosti koeficientů prostupu tepla α na povrchové teplotě nedávají jednoznačnou představu o rychlostech ochlazování při různých teplotách, protože množství tepla odebraného z produktu je úměrné α a teplotnímu rozdílu tp-twater. Rychlost ochlazování pro „tenká“ tělesa v tepelném smyslu je určena vzorcem

kde c a p jsou měrná tepelná kapacita a hustota kovu; V - objem chlazeného tělesa
Z rovnice (I) vyplývá, že pro posouzení chladicí kapacity média lze použít parametr k=α(tп-twater), který za daných fyzikální vlastnosti Tvar kovu a velikost produktu jednoznačně určuje rychlost chlazení. Na Obr. Na obrázku 2 je znázorněna závislost parametru k na teplotě povrchu, sestrojená z údajů na Obr. 1.
Jak je vidět z údajů na Obr. 2. Rychlost ochlazování produktů ve vodě se v závislosti na teplotě chlazeného povrchu také mění podél křivky s maximem. Při teplotě vody 20°C je toto maximum v oblasti povrchových teplot 200-300°C. S rostoucí teplotou vody se rychlost ochlazování snižuje a maximum se posouvá do oblasti nižších povrchových teplot. Je třeba poznamenat, že v oblasti povrchových teplot 100-200°C je rychlost ochlazování při použití vody se zvýšenou teplotou větší než u vody o teplotě 20°C. Zvýšení rychlosti chlazení v oblasti nízkých teplot vede ke zvýšení zbytkového napětí, a proto je přehřívání vody v kalících nádržích omezeno na teploty 25-45° C. Cirkulace vody zvyšuje rychlost chlazení v oblasti vysokých teplot .

Chlazení ve vodných roztocích a emulzích. Výzkum ukázal, že i malé množství nečistot výrazně mění chladicí kapacitu vody. Bylo zjištěno, že je to způsobeno vlivem nečistot na stabilitu filmu par na povrchu chlazeného produktu. V tomto případě jsou rozpustné nečistoty redukovány a nerozpustné nečistoty naopak zvyšují stabilitu parního filmu. Tato vlastnost vody byla využita k vývoji kalících médií s vysokou a nízkou chladicí kapacitou.
Zvýšení chladicí kapacity vody se dosahuje rozpouštěním kyselin, zásad a solí v ní. Snadno rozpustné sloučeniny jako KCl, NaCl, CaCl2, Na2CO3, K2CO3, Na2SO4, H2SO4, NaOH, KOH snižují stabilitu parního filmu a zvyšují teplotu přechodu z filmového varu do jaderného varu.
Naopak přidání nerozpustných a málo rozpustných látek tvořících ve vodě emulzi (oleje, tuky, ropné produkty, mýdla atd.) zvyšuje stabilitu parního filmu a snižuje teplotu, při které se mění režimy varu. Chladicí kapacita vody obsahující tyto látky se při vysokých teplotách výrazně snižuje.
V praxi tepelného zpracování jsou široce používány vodné roztoky 5-15% NaCl Mají větší chladicí kapacitu než voda při zvýšených teplotách a při teplotách pod 200-250 °C se ochlazují přibližně stejnou rychlostí jako voda.
Méně běžně používané jsou alkalické roztoky, které jsou svou chladicí schopností podobné roztokům NaCl. Kyselé roztoky se nepoužívají jako zhášecí média pro svou agresivitu a uvolňování škodlivých par při ochlazování. Suspenze a emulze se vyznačují sníženou rychlostí ochlazování při vysokých a středních teplotách a při nízkých teplotách chladí stejně jako čistá voda.
Na Obr. Tabulka 3 ukazuje hodnoty koeficientů prostupu tepla v závislosti na teplotě povrchu pro různé roztoky a emulze, které umožňují získat kvantitativní charakteristiky jejich chladicí schopnosti.


V poslední době se jako chladicí médium začaly používat vodné roztoky polymerů, které poskytují sníženou rychlost ochlazování během ochlazování, a tudíž menší deformace. V zahraniční praxi se používají vodné roztoky polyalkylenglykolu a u nás vodné roztoky polyethylenglykolu. Při teplotách nad 70-77°C jsou tyto látky ve vodě nerozpustné, a proto při zchlazení pokrývají molekuly polymeru povrch produktu tenkým filmem, který zpomaluje chlazení. Při dostatečně nízkých teplotách přechází polymerní film do vodného roztoku a zpomalovací účinek filmu je eliminován. Proto při ochlazování polymerů ve vodných roztocích nedochází k žádnému kolosálnímu rozdílu v rychlostech ochlazování v rozsahu vysokých, středních a nízkých teplot. což je charakteristické pro vodu.
Viskozita roztoku, která do značné míry určuje jeho chladící schopnost, závisí na koncentraci polymeru. Změna koncentrace polyethylenglykolu z 30 na 70 % tedy zvyšuje kinematickou viskozitu roztoku téměř 30krát, což umožňuje prudké ochlazení v roztocích nízké koncentrace a zhášení mírnou rychlostí ochlazování v roztocích o vysoké koncentraci (obr. 4).


Při kalení hliníkových slitin v roztocích polyethylenglykolu s koncentrací nad 50 % lze deformaci snížit o 85–95 %. Přitom se nijak výrazně nesnižují mechanické vlastnosti a korozní odolnost slitin Nejvhodnější je použití těchto médií v podmínkách strojírenské závody, kde je často potřeba opakovaného kalení.
Chlazení v olejích. V současné době se ke kalení používají pouze destilační minerální oleje. Bod varu olejů je o 150-300°C vyšší než u vody. Maximální přípustná teplota přehřátí oleje se volí 25-30 °C pod bodem vzplanutí. Oleje se ve srovnání s vodou vyznačují výrazně nižší chladicí kapacitou, zejména ve fázi konvekční výměny tepla. Rychlost ochlazování v oleji při zvýšených teplotách je 5-8krát menší než při chlazení ve vodě.
Chladicí schopnost olejů mírně závisí na jejich cirkulaci a teplotě v mezích, které se vyskytují v praxi (25-65 °C).
Pro provádění kalení v praxi tepelného zpracování se používají oleje s nízkou, normální, vysokou a vysokou viskozitou. Nejčastěji používané oleje jsou třídy 20 a 20B, které mají normální viskozitu.
Oleje s nízkou viskozitou mají vyšší chladicí kapacitu ve srovnání s oleji s vysokou a vysokou viskozitou a mají nízký bod vzplanutí. Oleje s vysokou a vysokou viskozitou mají vysoký bod vzplanutí, což umožňuje jejich zahřátí na 160-200 °C pro snížení viskozity. Používají se pro izotermické a stupňovité kalení.
Nevýhodou minerálních olejů je jejich stárnutí, vedoucí k zahušťování a ztrátě chladicí schopnosti. Zestárlý olej je podroben regeneraci, která spočívá v usazení, filtraci od nečistot a přidání určitého množství čerstvého oleje.
Kalení v roztaveném olovu, solích a alkáliích. Pro stupňovité a izotermické kalení se používají chladicí média, která při tepelném zpracování nemění svůj stav agregace, patří mezi ně roztavené olovo, dusičnanové soli a alkálie.
Roztavené olovo splňuje požadavky z termotechnického hlediska, je ho však málo a jeho výpary jsou škodlivé pro obsluhující personál. Proto je olovo nahrazeno jinými médii.
Roztavené soli a alkálie a jejich směsi mají oproti olovu řadu výhod. Za prvé, jsou snadno omyvatelné z povrchu výrobků. Povrch po vytvrzení v alkáliích není oxidován, což umožňuje hořet bez čištění dílů po tepelném zpracování. Za druhé, použití solných a alkalických lázní umožňuje realizovat vnitřní elektrický ohřev, snadno automatizovat regulaci teploty a jednoduše vyřešit problém míchání taveniny. Výzkum ukazuje, že chladicí kapacita soli a alkalických médií je o něco nižší než u olova. Při práci s alkalickými médii je však třeba přijmout opatření proti popálení.
Složení směsí doporučených jako zhášecí média jsou uvedena v tabulce. 3.

Chladicí kapacita roztaveného média závisí na viskozitě: čím nižší je viskozita, tím vyšší je chladicí kapacita. Se zvýšením teploty taveniny a odpovídajícím poklesem viskozity se koeficienty přestupu tepla zvyšují, dosahují maxima a poté klesají (obr. 5).
Přídavky vody výrazně ovlivňují chladicí kapacitu solí a zásad. Voda zvyšuje tekutost a zvyšuje chladicí kapacitu roztaveného média. K tomuto účelu se do roztavených solí zavádí 2-10 % vody a do roztavených alkálií 8-15 % vody.


Po kalení v alkalických taveninách je nutné výrobky důkladně omýt a pasivovat, aby se zabránilo korozi.
Chlazení vzduchem. Při chlazení na vzduchu se teplo přenáší sáláním a konvekcí a součinitel prostupu tepla α se skládá z konvektivní složky αk a sálavé složky αl.
Při chlazení v prostředí klidného vzduchu se pro stanovení αk používají následující vzorce:

kde Δr=tп-tair je rozdíl mezi průměrnou povrchovou teplotou produktu a teplotou vzduchu; l - charakteristická velikost m se bere pro kouli a vodorovný válec (trubku) rovnající se jejich průměru; u svislého válce a svislé desky - výška chlazené plochy, u vodorovné desky - její nejkratší délka.
U desky směřující k teplosměnné ploše směrem nahoru se hodnoty αk zvyšují o 30 % a u desky směřující k teplosměnné ploše směrem dolů se snižují o 30 % ve srovnání s hodnotami vypočtenými podle vzorců (2) a (3). .
Hodnoty koeficientů B, A1 a A2 jsou určeny v závislosti na průměrné teplotě t=1/2(tп+tair) a jsou uvedeny v tabulce. 4.

Intenzita přenosu tepla konvekcí při nuceném pohybu vzduchu nebo plynu závisí na rychlosti pohybu plynu, jeho fyzikálních vlastnostech a geometrii ohřívaných nebo chlazených produktů.
Pro nucený pohyb povrchu je αk určeno pomocí Jurgesových vzorců:
a) při rychlosti vzduchu w0≤4,65 m/s:
pro leštěný povrch

s válcovaným povrchem

pro drsné povrchy

b) při rychlosti plynu w0≥4,65 m/s:
pro leštěný povrch

pro válcovaný povrch

pro drsné povrchy

Zde W0 je snížená (0°C; 0,1 mPa) rychlost pohybu vzduchu. Je-li známa rychlost pohybu w při teplotě t, pak

Při provádění tepelného zpracování je často vyžadováno chlazení řízenou rychlostí. Proto je potřeba vypočítat procesy chlazení, které lze provádět v kterémkoli z výše popsaných prostředí.
Výpočet chladicích procesů za různých podmínek se v zásadě neliší od výpočtu topných procesů. Jde jen o to, že ve vzorcích uvedených v literatuře o přestupu tepla je třeba místo teploty pece t1 dosadit hodnotu teploty chlazení mezi Pro výpočet ochlazování masivních těles lze například použít grafy D. V. Budrin atd.

Tepelné zpracování ocelí je jednou z nejdůležitějších operací ve strojírenství, jejíž správné provedení určuje kvalitu výrobků. Kalení a popouštění ocelí je jedním z různých typů tepelného zpracování kovů.

Tepelné účinky na kov mění jeho vlastnosti a strukturu. To umožňuje zvýšit mechanické vlastnosti materiálu, trvanlivost a spolehlivost výrobků a také snížit velikost a hmotnost mechanismů a strojů. Navíc lze díky tepelnému zpracování použít levnější slitiny pro výrobu různých dílů.

Jak byla ocel temperována

Tepelné zpracování oceli zahrnuje aplikaci tepla na kov za určitých podmínek, aby se změnila jeho struktura a vlastnosti.

Operace tepelného zpracování zahrnují:

  • žíhání;
  • normalizace;
  • stárnutí;
  • kalení oceli a popouštění oceli (atd.).

Tepelné zpracování oceli: kalení, popouštění - závisí na následujících faktorech:

  • teploty ohřevu;
  • doba ohřevu (rychlost);
  • trvání expozice při dané teplotě;
  • rychlost chlazení.

Kalení

Kalení oceli je proces tepelného zpracování, jehož podstatou je zahřátí oceli na teplotu nad kritickou teplotu s následným rychlým ochlazením. V důsledku této operace se zvyšuje tvrdost a pevnost oceli a snižuje se tažnost.

Když se oceli zahřejí a ochladí, atomová mřížka se přeskupí. Kritické hodnoty teploty pro různé druhy oceli nejsou stejné: závisí na obsahu uhlíku a legovacích nečistot a také na rychlosti ohřevu a chlazení.

Po vytvrzení se ocel stává křehkou a tvrdou. Při ohřevu v tepelných pecích se povrchová vrstva výrobků pokrývá okují a dekarbonizuje se tím více, čím vyšší je teplota ohřevu a doba setrvání v peci. Pokud mají díly malý přídavek na další zpracování, pak je tato vada neopravitelná. Způsoby kalení kalení oceli závisí na jejím složení a technické požadavky k produktu.

Během kalení by měly být díly rychle ochlazeny, aby se austenit nestihl přeměnit na mezistruktury (sorbitol nebo troostit). Požadovaná rychlost chlazení je zajištěna volbou chladicího média. V tomto případě vede příliš rychlé ochlazení k prasklinám nebo deformaci produktu. Aby se tomu zabránilo, v rozsahu teplot od 300 do 200 stupňů musí být rychlost ochlazování zpomalena pomocí kombinovaných metod kalení. Způsob ponoření dílu do chladicího média má velký význam pro snížení deformace výrobku.

Zahřívání kovu

Všechny metody kalení oceli se skládají z:

  • topná ocel;
  • následné držení, aby se dosáhlo prohřátí produktu a dokončení strukturálních přeměn;
  • chlazení určitou rychlostí.

Výrobky z uhlíkové oceli se ohřívají v komorových pecích. V tomto případě není předehřívání vyžadováno, protože tyto třídy oceli nepodléhají praskání nebo deformaci.

Složité výrobky (například nástroj s vyčnívajícími tenkými hranami nebo ostrými přechody) se předehřívají:

  • v solných lázních ponořením dvakrát nebo třikrát na 2 - 4 sekundy;
  • v samostatných pecích do teploty 400 - 500 stupňů Celsia.

Zahřívání všech částí výrobku by mělo probíhat rovnoměrně. Pokud toho nelze dosáhnout v jednom kroku (velké výkovky), použijí se dvě doby zdržení pro ohřev.

Pokud do trouby vložíte pouze jeden díl, zkrátí se doba ohřevu. Například jedna kotoučová řezačka o tloušťce 24 mm se nahřeje do 13 minut a deset takových výrobků se nahřeje do 18 minut.

Ochrana produktu před vodním kamenem a oduhličením

U výrobků, jejichž povrchy nejsou po tepelném zpracování broušeny, je vyhoření uhlíku a tvorba vodního kamene nepřijatelné. Chraňte povrchy před takovými defekty aplikací do dutiny elektrické pece. Tato technika je samozřejmě možná pouze ve speciálních uzavřených pecích. Zdrojem plynu přiváděného do topné zóny jsou generátory ochranného plynu. Mohou pracovat na metanu, čpavku a dalších uhlovodíkových plynech.

Není-li ochranná atmosféra, pak se výrobky před zahřátím balí do kontejnerů a plní použitým nauhličovačem a hoblinami (topenář by měl vědět, že dřevěné uhlí nechrání nástrojové oceli před oduhličením). Aby se do nádoby nedostal vzduch, je potažena hlínou.

Solné lázně při zahřívání zabraňují oxidaci kovu, ale nechrání před dekarbonizací. Při výrobě se proto minimálně dvakrát za směnu dezoxidují hnědou solí, krevní solí nebo kyselinou boritou. Solné lázně pracující při teplotách 760 – 1000 stupňů Celsia velmi účinně deoxidují dřevěné uhlí. K tomu se sklenice s mnoha otvory po celém povrchu naplní sušeným dřevěným uhlím, uzavře se víčkem (aby uhlí nevyplavalo nahoru) a po zahřátí se spustí na dno solné lázně. Nejprve se objeví značné množství plamenů, poté se sníží. Pokud takto dezoxidujete lázeň během směny třikrát, ohřáté produkty budou zcela chráněny před dekarbonizací.

Stupeň dezoxidace solných lázní se kontroluje velmi jednoduše: obyčejná čepel, zahřátá v lázni 5 - 7 minut v kvalitní dezoxidované lázni a vytvrzená ve vodě, se zlomí, neohne.

Chladiva

Hlavním chladivem oceli je voda. Pokud do vody přidáte malé množství solí nebo mýdla, rychlost chlazení se změní. Proto za žádných okolností nesmí být kalicí nádrž používána k jiným účelům (například mytí rukou). Pro dosažení stejné tvrdosti na kaleném povrchu je nutné udržovat teplotu chladicí kapaliny 20 - 30 stupňů. Vodu v nádrži byste neměli často měnit. Je absolutně nepřípustné chladit výrobek v tekoucí vodě.

Nevýhodou kalení vodou je vznik trhlin a deformace. Proto se touto metodou kalí pouze výrobky jednoduchého tvaru nebo cementované.

  • Při kalení výrobků složitých konfigurací vyrobených z konstrukční oceli se používá padesátiprocentní roztok louhu sodného (za studena nebo zahřátý na 50 - 60 stupňů). Díly zahřáté v solné lázni a vytvrzené v tomto roztoku jsou světlé. Teplota roztoku by neměla překročit 60 stupňů.

Režimy

Páry vznikající při hašení v žíravém roztoku jsou pro člověka škodlivé, proto musí být zhášecí lázeň vybavena odsáváním.

  • Legovaná ocel je kalena v minerálních olejích. Mimochodem, tenké výrobky z uhlíkové oceli se také provádějí v oleji. Hlavní výhodou olejových lázní je, že rychlost chlazení nezávisí na teplotě oleje: při teplotě 20 stupňů a 150 stupňů se produkt ochladí stejnou rychlostí.

Dávejte pozor, aby se voda nedostala do olejové lázně, protože by mohlo dojít k prasknutí výrobku. Co je zajímavé: v oleji zahřátém na teplotu nad 100 stupňů nevede vnikání vody ke vzniku trhlin v kovu.

Nevýhodou olejové lázně je:

  1. uvolňování škodlivých plynů během kalení;
  2. tvorba plaku na produktu;
  3. sklon oleje k hořlavosti;
  4. postupné zhoršování schopnosti kalení.
  • Oceli se stabilním austenitem (například X12M) lze chladit vzduchem dodávaným kompresorem nebo ventilátorem. Zároveň je důležité zabránit vniknutí vody do vzduchového potrubí: to může vést k tvorbě trhlin ve výrobku.
  • Krokové kalení se provádí v horkém oleji, roztavených alkáliích a solích s nízkou teplotou tání.
  • Přerušované kalení ocelí ve dvou chladicích prostředích se používá pro zpracování složitých dílů vyrobených z uhlíkových ocelí. Nejprve se ochladí ve vodě na teplotu 250 - 200 stupňů a poté v oleji. Výrobek se udržuje ve vodě ne déle než 1 - 2 sekundy na každých 5 - 6 mm tloušťky. Pokud se doba působení ve vodě prodlouží, na výrobku se nevyhnutelně objeví praskliny. Přenos dílu z vody do oleje musí být proveden velmi rychle.

V závislosti na požadované teplotě se temperování provádí:

  • v olejových lázních;
  • v ledkových lázních;
  • v pecích s nucenou cirkulací vzduchu;
  • v lázních s roztavenými alkáliemi.

Teplota popouštění závisí na jakosti oceli a požadované tvrdosti výrobku, např. nástroj, který vyžaduje tvrdost HRC 59 - 60, by měl být popouštěn při teplotě 150 - 200 stupňů. V tomto případě se vnitřní napětí sníží a tvrdost se mírně sníží.

Rychlořezná ocel se kalí na teplotu 540 - 580 stupňů. Toto popouštění se nazývá sekundární kalení, protože v důsledku toho se zvyšuje tvrdost produktu.

Výrobky mohou být zakaleny zahříváním na elektrických sporákech, v troubách, dokonce i v horkém písku. Oxidový film, který se objeví jako výsledek zahřívání, získává různé matné barvy v závislosti na teplotě. Než začnete temperovat některou z matných barev, musíte povrch výrobku očistit od vodního kamene, olejových usazenin atd.

Obvykle se po temperování kov ochladí na vzduchu. Chromniklové oceli by se však měly chladit ve vodě nebo oleji, protože pomalé ochlazování těchto jakostí vede ke křehkosti při popouštění.

V důsledku kalení ocel získává martenzitickou strukturu, velmi tvrdou (přes 6000 HB) a křehkou. Martenzit je přesycený pevný roztok uhlíku v α-Fe. Přeměna austenitu na martenzit je proces bez difúze: při rychlém ochlazení (rychlostí více než 150 0 C/s) se krystalická plošně centrovaná mřížka austenitu přemění na mřížku α-Fe. V tomto případě difúze atomů uhlíku nestihne nastat a zachovají si své předchozí polohy. V důsledku toho vzniká napjatý stav krystalové mřížky, který vede k vysoké tvrdosti a křehkosti kalené oceli.

Pro snížení křehkosti se vždy po kalení provádí popouštění, v důsledku čehož se snižují vnitřní pnutí a ocel získává potřebné fyzikální a mechanické vlastnosti.

Popouštění kalené oceli se provádí ohřevem na teplotu pod kritickými body Ac 1, udržováním na této teplotě a následným pomalým nebo rychlým ochlazením. Při popouštění legovaných ocelí se doporučuje rychlé ochlazení ve vodě, aby se zabránilo křehkosti při popouštění. Uhlíkové oceli se chladí na vzduchu.

Obvykle se rozlišuje nízká, střední a vysoká dovolená. Nízké temperování se provádí při zahřátí na 200 °C __ 300 0 C. Výsledná struktura je popuštěný martenzit, tvrdost přes 5000 HB. Řezné nástroje, měřidla atd. jsou vystaveny nízkému popouštění.

Průměrné popouštění se provádí při zahřátí z 300 na 500 0 C. V důsledku průměrného popouštění získává ocel strukturu popuštěného troostitu, který se vyznačuje tvrdostí asi 4 000 HB. Popouštění troostitem se používá při zpracování pružin, listových pružin, matric, úderových nástrojů atd. Při meziohřevu se získají struktury troosto-martenzitu nebo troosto-sorbitolu.

Vysoké popouštění se provádí při zahřátí na 550-650 0 C. Výsledná struktura je popouštění sorbitolem, tvrdost je asi 3000 HB. Klikové hřídele, hřídele náprav, ojnice, šrouby ojnice a mnoho dalších strojních součástí jsou vystaveny vysokému temperování.

S rostoucí teplotou popouštění tedy klesají pevnostní charakteristiky, zvyšují se charakteristiky tažnosti a rázové houževnatosti. Pro různé třídy oceli se hodnoty těchto charakteristik budou lišit, ale obecný trend jejich změny zůstává stejný. Nejlepší kombinaci pevnostních a tažných vlastností má ocel po kalení a vysokém popouštění (struktura sorbitolu).

Zakázka

Práce provádí skupina 10-12 lidí. Každé dva studenti provádějí normalizaci, kalení, nízké a vysoké popouštění vzorku oceli.

    Určete teplotu kalení oceli pomocí spodní části diagramu železo-cementit. U středně uhlíkatých, podeutektoidních ocelí (třídy 40, 45, 50) je normální kalicí teplota teplota 30-50 0 C nad čárou GS, tzn. Ac3 + (30-50) 0 C.

    Určete dobu ohřevu a výdrže vzorků pomocí údajů uvedených v tabulce. 5.2.

    Určete rychlost chlazení v různých prostředích. Chcete-li to provést, vezměte nejběžnější ochlazovací média, která se ochlazují různými rychlostmi: vodu (rychlost chlazení 600 0 C/s) a olej (rychlost chlazení 150 0 C/s).

    Vzorky umístěte do pece vyhřáté na kalící teplotu pro ocel dané jakosti a uchovávejte v peci po požadovanou dobu. Při zahřátí 40 vzorků oceli na vytvrzovací teplotu se původní feritovo-perlitová struktura přemění na austenitickou strukturu.

    Vzorek uhaste ve vodě. K tomu je nutné: ​​a) rychle přenést vzorek kleštěmi do zhášecí lázně s vodou, aby nedošlo k ochlazení vzorku pod teplotu Ac 3 a nedošlo k neúplnému zchlazení; b) energicky pohybujte vzorkem v lázni, aby se eliminoval vzniklý parní plášť, který zpomaluje proces ochlazování.

    Vzorky vychlazené v oleji otřete hadrem a oba konce obruste brusným papírem. Určete tvrdost kalených vzorků podle HRC.

    Určete teplotu popouštění oceli. Protože se při popouštění mění struktura a vlastnosti oceli, a to ve větší míře, čím vyšší je popouštěcí teplota, je nutné aplikovat různé teploty temperování z nízké (200 0 C) na vysokou (600 0 C).

    Určete dobu výdrže při temperovací teplotě rychlostí 2-3 minuty na 1 mm tloušťky vzorku a zaznamenejte ji do příslušného sloupce protokolu.

    Určete podmínky chlazení. Typicky se chlazení po temperování provádí na vzduchu, ale může být chlazeno jak ve vodě, tak v oleji, protože rychlost chlazení neovlivňuje tvrdost a strukturu oceli. Pro urychlení práce by měly být vzorky po temperování ochlazeny ve vodě.

    Změřte tvrdost vzorků po každém druhu popouštění, zaznamenejte výsledky měření do pracovního deníku a použijte je pro stanovení přibližné hodnoty pevnosti v tahu podle závislosti

12. Ve zprávě uveďte graf a všechny potřebné údaje o režimu tepelného zpracování, uveďte název výsledné mikrostruktury a vysvětlete vliv tepelného zpracování na mechanické vlastnosti oceli.

LABORATORNÍ PRÁCE č. 5

KALENÍ OCELI V RŮZNÝCH PROSTŘEDÍCH

Cíl práce: hodnotit vliv různých chladicích médií na přeměnu austenitu při kalení sledováním tvrdosti.

Zařízení, materiály, nástroje:

1) elektrická muflová pec MP-2U;

2) vzorky vyrobené z oceli 50;

3) tvrdoměr podle Rockwella;

4) chladicí nádrže s chladicím médiem.

Chlazení při kalení by mělo zajistit tvorbu martenzitické struktury v rámci daného úseku výrobku a nemělo by způsobovat vady kalení – praskliny, deformace, zbytková napětí v povrchových vrstvách apod. Během kalení je nutné rychlé ochlazení k přechlazení austenitu na teplotu martenzitické transformace, ale ne v celém rozsahu teplot, ve kterém je austenit nejméně stabilní. Nad 650ºC je rychlost transformace austenitu nízká, a proto může být ocel během kalení ochlazována v tomto rozsahu pomalu, ale ne natolik, aby začala tvorba FP+P. Interval 650 ºС-400 ºС musí projít velmi rychle.

V okamžiku, kdy je produkt ponořen do zhášecího média, vytvoří se kolem něj film přehřáté páry; přes vrstvu tohoto parního pláště dochází k ochlazení, tzn. pomalu (vaření filmu). Při určité teplotě se parní plášť poruší, kapalina se na povrchu součásti začne vařit a dochází k rychlému ochlazování (nukleačnímu varu). Třetí fáze (konvekční přenos tepla) začíná, když kapalina již nemůže vřít. Čím širší je interval druhého stupně, tím účinnější je zhášecí médium.

Pokud je intenzita vodního chlazení uprostřed druhého stupně brána jako jedna, pak pro minerální olej bude rovna 0,3; pro 10% roztok NaCl ve vodě – 3; pro 10% roztok NaOH ve vodě – 2,5.

Při kalení uhlíkových a některých nízkolegovaných ocelí se jako chladicí médium používá voda a vodné roztoky (8-12 %) NaCl a NaOH. Voda jako chladicí médium má nevýhodu. Vysoká rychlost ochlazování v teplotním rozsahu martenzitické přeměny vede ke vzniku vad kalení. Roztoky NaCl a NaOH mají nejrovnoměrnější chladicí schopnost; Alkalické prostředí navíc nezpůsobuje následnou korozi ostatních dílů. Olej jako kalicí médium má výhodu v nízké rychlosti ochlazování v oblasti martenzitické transformace, což snižuje výskyt vad kalení. Nevýhodou je zvýšená hořlavost.

Struktura kalené oceli - martenzitu - se získává prudkým ochlazením austenitu při kalení. Při pohledu na diagramy izotermické přeměny uhlíkové a legované oceli (obr. 21) je dobře vidět, že čára počátku přeměny u legované oceli je oproti uhlíkové oceli posunuta doprava od svislé osy. V důsledku toho stabilita austenitu z legované oceli, charakterizovaná vzdáleností od osy pořadnice k bodu NA inflexe linie začátku perlitické a intermediární transformace je výrazně vyšší než u uhlíkové oceli.

Pokud je rychlost ochlazování během kalení v různých prostředích znázorněna na diagramu izotermické transformace, budou vypadat jako křivky , . Čím vyšší je rychlost ochlazování, tím je křivka strmější. Z diagramu obsahujícího křivky rychlosti ochlazování lze usuzovat na strukturální přeměny, ke kterým dochází v dílech vyrobených z dané oceli během kalení v určitém chladicím prostředí.

Nechť je rychlost chlazení ve vodě, v oleji a v klidném vzduchu.

Zvažte přeměnu na ocel během kalení. Uhlíková ocel má nízkou stabilitu austenitu. Při ochlazení ve vodě křivka rychlosti ochlazování neprotíná přímku začátku martenzitické přeměny. Austenitická struktura je zcela zachována až do začátku martenzitické přeměny a struktura po ukončení ochlazování je zhášecí martenzit. Při ochlazení v oleji se ukáže, že křivka rychlosti ochlazování protíná přímku začátku přeměny v oblasti přeměny troostitu, ale nepřesahuje čáru konce přeměny a následně protíná linie začátku a konce martenzitické transformace. Následně se část podchlazeného austenitu přemění na kalící troostit a část zůstává až do oblasti martenzitické transformace a struktura oceli po dokončení ochlazení sestává z kaleného troostitu a kaleného martenzitu. To vede ke snížení tvrdosti a součást je vyřazena.

Chladíme-li díl vyrobený z této oceli na vzduchu, ukáže se, že křivka rychlosti ochlazování protíná čáry začátku a konce přeměny v oblasti přeměny perlitu a sorbitolu; Ocelová konstrukce se po ochlazení skládá z perlitu a tvrdnoucího sorbitolu.

Abychom tedy získali strukturu zchlazeného martenzitu, musíme zvolit chladící médium tak, aby křivka rychlosti ochlazování neprotínala čáry přeměny perlitu.

Rýže. 21. Schéma izotermické přeměny austenitu
pro ocel obsahující 0,8 % uhlíku.

Velmi nízká rychlost ochlazování, jehož křivka neprotíná linii přeměny perlitu, ale dotýká se jí v bodě NA, se nazývá kritická rychlost tuhnutí. Pro každou ocel je kritická rychlost kalení konstantní hodnotou, ale odlišná od kritické rychlosti kalení jiné oceli. Záleží na nejmenší stabilitě, tzn. od vzdálenosti od svislé osy k bodu NA v místě, kde se křivka ohýbá na začátku transformace. Kritická rychlost tvrdnutí - nejnižší rychlost chlazení dostatečné k podchlazení austenitu před začátkem martenzitické transformace a následně k získání zchlazené martenzitické struktury. Při výběru chladicího média pro kalení určité třídy oceli vyberte médium, které poskytuje rychlost ochlazování mírně vyšší než kritická při kalení oceli do plné hloubky určené prokalitelností oceli. Zbytečně vysoká rychlost chlazení je nežádoucí, protože je doprovázeno tvorbou vysokých zbytkových napětí a vede k deformaci součásti a dokonce ke vzniku trhlin.

Pokud je zvolená rychlost pod kritickou, pak to způsobuje pokles tvrdosti v důsledku tvorby troost-martenzitické struktury, což je nežádoucí.

Zakázka:

1. Vzorky uhaste při teplotě 820 0 Sv vodou, olejem, 10% roztokem ve vodě NaCl a na vzduchu.

2. Určete tvrdost vzorků po každém typu úpravy.

3. Vysvětlete získané výsledky, vyplňte tabulku. 5.

4. Napište zprávu.

Tabulka 5

Tabulka závislosti vlastností oceli na chladícím médiu

Otázky pro autotest:

1. Jaká média se používají pro kalení uhlíkových a legovaných ocelí?

2. Jak chladící médium ovlivňuje tvrdost oceli?

3. Jaká struktura se získá jako výsledek kalení uhlíkové oceli ve vodě, oleji, roztavených solích nebo na vzduchu?

Technologie pro dodávání větší tvrdosti kovům a slitinám byly zdokonalovány po mnoho staletí. Moderní zařízení umožňuje provádět tepelné zpracování tak, aby se výrazně zlepšily vlastnosti výrobků i z levných materiálů.

Kalení (martenzitická transformace)- hlavní metoda propůjčení větší tvrdosti oceli. Při tomto procesu se produkt zahřeje na takovou teplotu, že železo změní svou krystalovou mřížku a může být navíc nasyceno uhlíkem. Po určité době se ocel ochladí. To musí být provedeno vysokou rychlostí, aby se zabránilo tvorbě přechodných forem železa.
V důsledku rychlé transformace se získá pevný roztok přesycený uhlíkem s deformovanou krystalovou strukturou. Oba tyto faktory jsou zodpovědné za jeho vysokou tvrdost (až HRC 65) a křehkost.
Při kalení se většina uhlíkových a nástrojových ocelí zahřívá na teplotu 800 až 900 °C, ale rychlořezné oceli P9 a P18 se zahřívají na 1200-1300 °C.

Mikrostruktura rychlořezné oceli R6M5: a) litý stav; b) po kování a žíhání;
c) po vytvrzení; d) po dovolené. × 500.

Režimy kalení

  • Kalení v jednom prostředí

Zahřátý výrobek se spouští do chladícího média, kde zůstává až do úplného vychladnutí Jedná se o nejjednodušší způsob kalení, lze jej však použít pouze pro oceli s nízkým obsahem uhlíku (do 0,8 %) nebo pro tvarově jednoduché díly. . Tato omezení jsou spojena s tepelným namáháním, které vzniká při prudkém ochlazení – části složitých tvarů se mohou zkroutit nebo dokonce prasknout.

  • Krokové otužování

Při tomto způsobu vytvrzování se produkt ochladí na 250-300 °C ve fyziologickém roztoku po dobu 2-3 minut, aby se uvolnilo tepelné napětí, a poté je chlazení dokončeno na vzduchu. To pomáhá předcházet prasklinám nebo deformaci dílů. Nevýhodou této metody je relativně nízká rychlost ochlazování, proto se používá pro malé (do průměru 10 mm) součásti z uhlíku nebo větší z legovaných ocelí, u kterých není rychlost kalení tak kritická.

  • Kalení ve dvou prostředích

Začíná rychlým ochlazením ve vodě a končí pomalým ochlazením v oleji. Obvykle se takové kalení používá pro výrobky vyrobené z nástrojových ocelí. Hlavní problém spočívá ve výpočtu doby chlazení v prvním prostředí.

  • Povrchové kalení (laser, vysokofrekvenční proudy)

Používá se pro díly, které musí být na povrchu tvrdé, ale mají viskózní jádro, například ozubení. Na povrchové zpevnění vnější vrstva kovu je zahřátá na nadkritické hodnoty a následně ochlazena buď během procesu odvodu tepla (s laserovým kalením) nebo kapalinou cirkulující ve speciálním indukčním obvodu (s vysokofrekvenčním proudovým kalením)

Dovolená

Kalená ocel nadměrně křehne, což je hlavní nevýhoda této metody kalení. Pro normalizaci strukturních vlastností se provádí temperování - ohřev na teplotu pod fázovou transformací, udržování a pomalé chlazení. Během popouštění dochází k částečnému „zrušení“ kalení, ocel se stává o něco méně tvrdou, ale více tažnou. Existují nízké (150-200C, pro nástroje a díly se zvýšenou odolností proti opotřebení), střední (300-400C, pro pružiny) a vysoké (550-650, pro vysoce namáhané díly) temperování.

Tabulka teplot pro kalení a popouštění ocelí

Ne. třídy oceli Tvrdost (HRCe) Teplota kalení, stupně C Teplota svátky, stupně C Teplota zak. HDTV, deg.C Teplota cement., deg.C Teplota žíhání, stupně C Nálada. středa Poznámka
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 Ocel 20 57…63 790…820 160…200 920…950 Voda
2 Ocel 35 30…34 830…840 490…510 Voda
33…35 450…500
42…48 180…200 860…880
3 Ocel 45 20…25 820…840 550…600 Voda
20…28 550…580
24…28 500…550
30…34 490…520
42…51 180…220 Sech. až 40 mm
49…57 200…220 840…880
780…820 S troubou
4 Ocel 65G 28…33 790…810 550…580 Olej Sech. až 60 mm
43…49 340…380 Sech. do 10 mm (pružiny)
55…61 160…220 Sech. až 30 mm
5 Ocel 20H 57…63 800…820 160…200 900…950 Olej
59…63 180…220 850…870 900…950 Vodní roztok 0,2…0,7 % polyakrylanidu
«- 840…860
6 Ocel 40G 24…28 840…860 500…550 Olej
30…34 490…520
47…51 180…200 Sech. až 30 mm
47…57 860…900 Vodní roztok 0,2…0,7 % polyakrylanidu
48…54 Nitridace
840…860
7 Ocel 50G 25…32 830…850 550…620 Olej Sech. až 100 mm
49…55 180…200 Sech. až 45 mm
53…59 180…200 880…900 Vodní roztok 0,2…0,7 % polyakrylanidu
860…880
8 Ocel 12ХН3А 57…63 780…800 180…200 900…920 Olej
50…63 180…200 850…870 Vodní roztok 0,2…0,7 % polyakrylanidu
840…870 S troubou do 550…650
9 Ocel 38Х2МУА 23…29 930…950 650…670 Olej Sech. až 100 mm
650…670 Normalizace 930…970
HV > 670 Nitridace
10 Ocel 7KhG2VM 770…790 S troubou do 550
28…30 860…875 560…580 Vzduch Sech. až 200 mm
58…61 210…230 Sech. až 120 mm
11 Ocel 60S2A 840…860 S troubou
44…51 850…870 420…480 Olej Sech. až 20 mm
12 Ocel 35ХГС 880…900 S troubou do 500…650
50…53 870…890 180…200 Olej
13 Ocel 50HFA 25…33 850…880 580…600 Olej
51…56 850…870 180…200 Sech. až 30 mm
53…59 180…220 880…940 Vodní roztok 0,2…0,7 % polyakrylanidu
14 Ocel ШХ15 790…810 S troubou do 600
59…63 840…850 160…180 Olej Sech. až 20 mm
51…57 300…400
42…51 400…500
15 Ocel U7, U7A NV 740…760 S troubou do 600
44…51 800…830 300…400 Voda do 250, olej Sech. až 18 mm
55…61 200…300
61…64 160…200
61…64 160…200 Olej Sech. až 5 mm
16 Ocel U8, U8A NV 740…760 S troubou do 600
37…46 790…820 400…500 Voda do 250, olej Sech. až 60 mm
61…65 160…200
61…65 160…200 Olej Sech. až 8 mm
61…65 160…180 880…900 Vodní roztok 0,2…0,7 % polyakrylanidu
17 Ocel U10, U10A NV 750…770
40…48 770…800 400…500 Voda do 250, olej Sech. až 60 mm
50…63 160…200
61…65 160…200 Olej Sech. až 8 mm
59…65 160…180 880…900 Vodní roztok 0,2…0,7 % polyakrylanidu
18 Ocel 9ХС 790…810 S troubou do 600
45…55 860…880 450…500 Olej Sech. až 30 mm
40…48 500…600
59…63 180…240 Sech. až 40 mm
19 Ocel HVG 780…800 S troubou do 650
59…63 820…850 180…220 Olej Sech. až 60 mm
36…47 500…600
55…57 280…340 Sech. až 70 mm
20 Ocel X12M 61…63 1000…1030 190…210 Olej Sech. až 140 mm
57…58 320…350
21 Ocel R6M5 18…23 800…830 S troubou do 600
64…66 1210…1230 560…570 třikrát Olej, vzduch V oleji do 300...450 stupňů, ve vzduchu do 20
26…29 780…800 Expozice 2...3 hodiny, vzduch
22 Ocel P18 18…26 860…880 S troubou do 600
62…65 1260…1280 560…570 třikrát Olej, vzduch V oleji do 150...200 stupňů, ve vzduchu do 20
23 pružiny. ocel třídy. II 250…320 Po studeném navinutí pružin 30 minut
24 Ocel 5ХНМ, 5ХНВ >= 57 840…860 460…520 Olej Sech. až 100 mm
42…46 Sech. 100..200 mm
39…43 Sech. 200..300 mm
37…42 Sech. 300..500 mm
НV >= 450 Nitridace. Sech. Svatý. 70 mm
25 Ocel 30HGSA 19…27 890…910 660…680 Olej
27…34 580…600
34…39 500…540
«- 770…790 S troubou do 650
26 Ocel 12H18H9Т 1100…1150 Voda
27 Ocel 40ХН2МА, 40ХН2ВА 30…36 840…860 600…650 Olej
34…39 550…600
28 Ocel EI961Sh 27…33 1000…1010 660…690 Olej 13Х11Н2В2НФ
34…39 560…590 Při t>6 mm vody
29 Ocel 20H13 27…35 1050 550…600 Vzduch
43,5…50,5 200
30 Ocel 40Х13 49,5…56 1000…1050 200…300 Olej

Tepelné zpracování neželezných kovů

Slitiny na bázi jiných kovů nereagují na kalení tak jako ocel, ale jejich tvrdost lze zvýšit i tepelným zpracováním. Typicky se používá kombinace kalení a předběžného žíhání (zahřívání nad bodem fázové přeměny s pomalým chlazením).

  • Bronzy (slitiny mědi) se žíhají při teplotě těsně pod bodem tání a poté se kalí vodním chlazením. Teplota kalení od 750 do 950C v závislosti na složení slitiny. Temperování při 200-400C se provádí po dobu 2-4 hodin. Nejvyšší hodnoty tvrdosti až HV300 (asi 34 HRC) lze získat u výrobků z beryliového bronzu.
  • Tvrdost stříbra lze zvýšit žíháním na teplotu blízkou bodu tání (matně červená barva) a následným kalením.
  • Různé slitiny niklu jsou žíhány při 700-1185 °C, takové široké rozmezí je určeno rozmanitostí jejich složení. K chlazení se používají solné roztoky, jejichž částice jsou následně odstraněny vodou nebo ochrannými plyny, které zabraňují oxidaci (suchý dusík, suchý vodík).

Vybavení a materiály

K ohřevu kovu během tepelného zpracování se používají 4 hlavní typy pecí:
- koupel solné elektrody
- komorová pec
- pec s kontinuálním spalováním
- vakuová trouba

Kapaliny (voda, minerální olej, speciální vodní polymery (Thermat), roztoky solí), vzduch a plyny (dusík, argon) a dokonce i nízkotavitelné kovy se používají jako zhášecí média, ve kterých dochází k chlazení. Samotná jednotka, kde dochází k chlazení, se nazývá zhášecí lázeň a je to nádoba, ve které dochází k laminárnímu míchání kapaliny. Důležitou vlastností zhášecí lázně je kvalita odstranění parního pláště.

Stárnutí a další metody otužování

Stárnutí- další typ tepelného zpracování, který umožňuje zvýšit tvrdost slitin hliníku, hořčíku, titanu, niklu a některých nerezových ocelí, které jsou předtvrzeny bez polymorfní přeměny. Během procesu stárnutí se zvyšuje tvrdost a pevnost a snižuje se tažnost.

  • Slitiny hliníku, například dural (4-5 % mědi) a slitiny s přídavkem niklu a železa se uchovávají po dobu jedné hodiny při teplotě 100-180 °C
  • Slitiny niklu jsou podrobeny stárnutí ve 2-3 stupních, což celkem trvá od 6 do 30 hodin při teplotách od 595 do 845C. Některé slitiny jsou předtvrzeny při 790-1220C. Díly vyrobené ze slitin niklu jsou umístěny v přídavných nádobách, aby byly chráněny před kontaktem se vzduchem. Elektrické pece se používají pro ohřev malých dílů;
  • Martenzitické oceli (vysoce legované bezuhlíkové slitiny železa) stárnou asi 3 hodiny při 480-500 C po předběžném žíhání na 820 C

Chemicko-tepelné zpracování- nasycení povrchové vrstvy legujícími prvky,

  • nekovové: uhlík (cementace) a dusík (nitridace) se používají ke zvýšení odolnosti proti opotřebení kolen, hřídelí, ozubených kol z nízkouhlíkových ocelí
  • kov: například křemík (silikonizace) a chrom pomáhají zvyšovat odolnost dílů proti opotřebení a korozi

Cementování a nitridace se provádí v šachtových elektrických pecích. Existují také univerzální jednotky, které umožňují provádět celou řadu prací na termochemickém zpracování ocelových výrobků.

Tlakové zpracování (kalení) - zvýšení tvrdosti v důsledku plastické deformace při relativně nízkých teplotách. Tímto způsobem se zpevňují nízkouhlíkové oceli při zápustkovém kování za studena, stejně jako čistá měď a hliník.

Během tepelného zpracování mohou ocelové výrobky procházet úžasnými přeměnami, získávat odolnost proti opotřebení a tvrdost mnohonásobně vyšší než u zdrojový materiál. Rozsah změn tvrdosti slitin neželezných kovů při tepelném zpracování je mnohem menší, ale jejich jedinečné vlastnosti často nevyžadují rozsáhlé zlepšování.

Vytápěcí pece. Pro tepelné zpracování jsou pece používané v teplárnách rozděleny následovně.

1. Podle technologické vlastnosti, univerzální pro žíhání, normalizaci a vysoké popouštění, speciální účel pro ohřev podobných dílů.

2. Podle akceptované teploty: nízká teplota (do 600°C), střední teplota (do 1000°C) a vysoká teplota (nad 1000°C).

3. Podle charakteru nakládání a vykládání: pece s pevným topeništěm, se zatahovacím topeništěm, výtahové, zvonové, vícekomorové.

4. Podle zdroje tepla: topný olej, plyn, elektrické V poslední době se rozšířily plynové a elektrické pece.

5. Vanová kamna, olovo, sůl a jiné. Ohřev dílů v olověných a solných lázních je rovnoměrný a rychlejší než v pecích.

6. Topné jednotky: pro vytápění HDTV díly pro elektrické kontaktní vytápění atd.

7. Podle prostředí, ve kterém se díly ohřívají, se rozlišují pece se vzduchovou atmosférou (oxidační) a pece s řízenou nebo ochrannou atmosférou (neoxidační). Řízené atmosféry jsou směsi plynů, ve kterých se plyny při zahřívání vzájemně neutralizují a tím zabraňují oxidaci dílů.

Teplota ohřevu hraje dominantní roli pro každý typ tepelného zpracování v závislosti na chemické složení určeno z fázového diagramu železo-cementit (obr. 6.3). V praxi se teploty ohřevu volí z referenčních tabulek.

Doba ohřevu (rychlost ohřevu) závisí na mnoha faktorech: chemické složení oceli, velikost a tvar produktů, relativní poloha produktu v peci atd.

Čím více uhlíkových a legujících prvků je v oceli a čím složitější je konfigurace výrobku, tím pomalejší by měl být ohřev Při rychlém ohřevu vznikají v produktu díky velkému teplotnímu rozsahu povrchu a jádra velká vnitřní pnutí , což může způsobit deformaci součásti a praskliny.

Produkty se obvykle vkládají do pece zahřáté na danou teplotu. V tomto případě lze dobu ohřevu určit pomocí vzorce Prof. A.P. Gulyaeva:

kde D- minimální velikost maximální průřez v mm;

K 1 je tvarový koeficient, který má následující hodnoty: pro kouli -1, pro válec -2, rovnoběžnostěn - 2,5, desku - 4;

K 2 je koeficient prostředí, který při zahřívání v soli je 1, v olovu - 0,5, v plynném prostředí - 2,

K 3 - koeficient rovnoměrnosti ohřevu (tabulka 6.1)

Obr.6.3. Teplotní zóny pro různé druhy tepelného zpracování

Doba držení. U jakéhokoli typu tepelného zpracování, poté, co produkt dosáhne specifikované teploty, je nutná expozice, aby došlo ke kompletním strukturálním změnám. Doba výdrže závisí na velikosti dílů, způsobu ohřevu, jakosti oceli a typu tepelného zpracování. Tabulka 6.2 poskytuje údaje o stanovení doby výdrže pro uhlíkové oceli.

Celková doba ohřevu bude určena vzorcem:

kde τ Н je doba ohřevu v minutách; τ B — doba výdrže v min.

Kromě výpočtové metody se často používají experimentální data. Pro 1 mm průřezu nebo tloušťky výrobku z podeutektoidních ocelí se doba ohřevu v elektrických pecích považuje za τ H = 45-75 s. Doba expozice při dané teplotě se často bere jako τ B = (0,15+0,25) τ N. Pro nástroje z uhlíkové oceli (0,7-1,3 % C) se doporučuje pro 1 mm nejmenšího průřezu τ B = 50 -80 s, az legované oceli τ B = 70-90 s.

Rychlost chlazení. U každého typu tepelného zpracování je konečným cílem získat vhodnou strukturu. Toho je dosaženo rychlostí ochlazování, která je dána typem tepelného zpracování. Tabulka 6.3 ukazuje rychlosti chlazení pro různé typy tepelného zpracování.

Hodnoty koeficientu K 3 v závislosti na umístění výrobků v ohřívací peci

Doba zdržení tepelného zpracování

Rychlosti chlazení při různé typy tepelné zpracování uhlíkových ocelí

Nenašli jste, co jste hledali? Použijte vyhledávání:

Nejlepší výroky: Student je člověk, který neustále odkládá nevyhnutelné. 10179 — | 7217 - nebo si přečtěte vše.

Kalení- druh tepelného zpracování materiálů (kovy, kovové slitiny, sklo), které spočívá v jejich vyšším ohřevu kritický bod(teplota změny typu krystalové mřížky, tj. polymorfní přeměna, nebo teplota, při které se fáze existující při nízkých teplotách rozpouštějí v matrici), s následným rychlým ochlazením. Kalení kovu pro získání přebytečných volných míst by se nemělo míchat s konvenčním kalením, které vyžaduje možné fázové přeměny ve slitině. Nejčastěji se chlazení provádí ve vodě nebo oleji, ale existují i ​​​​jiné způsoby chlazení: v pseudovroucí vrstvě tuhého chladiva, proudu stlačeného vzduchu, vodní mlhy, v kapalném polymerním zhášecím médiu atd. Materiál, který byl kalený, získává větší tvrdost, ale stává se křehkým, méně tažným a méně viskózním, pokud se provádí více opakování zahřívání a chlazení. Pro snížení křehkosti a zvýšení tažnosti a houževnatosti po kalení polymorfní přeměnou se používá popouštění. Po vytvrzení bez polymorfní přeměny se aplikuje stárnutí. Při popouštění dochází k mírnému poklesu tvrdosti a pevnosti materiálu.

Uvolňuje se vnitřní stres dovolená materiál. U některých výrobků se kalení provádí částečně, například při výrobě japonských katan se kalí pouze ostří meče.

Významně přispěl k rozvoji metod kalení Dmitrij Konstantinovič Černov. Doložil a experimentálně dokázal, že získat ocel Vysoká kvalita Rozhodující není kování, jak se dříve předpokládalo, ale tepelné zpracování. Určil vliv tepelného zpracování oceli na její strukturu a vlastnosti. V roce 1868 Černov objevil kritické body fázových přeměn v oceli, nazývané Černovovy body. V roce 1885 zjistil, že kalit lze nejen ve vodě a oleji, ale také v horkém prostředí. Tento objev inicioval použití stupňovitého kalení a později studium izotermické přeměny austenitu.

Typy kalení [upravit | upravit kód]

Polymorfní transformací

  • Kalení s polymorfní transformací, pro oceli
  • Kalení bez polymorfní transformace, pro většinu neželezných kovů.

Podle teploty ohřevu Kompletní - materiál se zahřeje na 30 - 50°C nad linii GS pro hypoeutektoidní ocel a eutektoidní, hypereutektoidní řadu PSK, v tomto případě ocel získává strukturu austenit a austenit + cementit. Neúplné - ohřev se provádí nad čarou PSK diagramu, což vede ke vzniku přebytečných fází na konci kalení. U nástrojových ocelí se obvykle používá částečné kalení.

Zhášecí média [upravit | upravit kód]

Při kalení, k podchlazení austenitu na teplotu martenzitické transformace, je nutné rychlé ochlazení, ale ne v celém rozsahu teplot, ale pouze v rozsahu 650-400 °C, tedy v rozsahu teplot, ve kterém je austenit nejméně stabilní a nejrychlejší. přechází na feritovou směs. Nad 650 °C je rychlost přeměny austenitu nízká, a proto může být směs při kalení ochlazována v tomto teplotním rozmezí pomalu, ale samozřejmě ne natolik, aby začalo srážení feritu nebo přeměna austenitu na perlit.

Mechanismus působení zhášecích médií (voda, olej, voda-polymerová zhášecí média, jakož i chlazení dílů v solných roztocích) je následující. V okamžiku, kdy je produkt ponořen do zhášecího média, se kolem něj vytvoří film přehřáté páry, který se ochladí vrstvou tohoto parního pláště, tedy poměrně pomalu. Když povrchová teplota dosáhne určité hodnoty (určené složením zhášecí kapaliny), při které dojde k protržení parního pláště, začne kapalina na povrchu součásti vřít a dojde k rychlému ochlazení.

První fáze relativně pomalého varu se nazývá fáze varu ve filmu, druhá fáze rychlého ochlazení je fáze jaderného varu. Když je povrchová teplota kovu pod bodem varu kapaliny, kapalina již nemůže vřít a chlazení se zpomalí. Tato fáze se nazývá konvekční přenos tepla.

Metody kalení [upravit | upravit kód]

  • Kalení v jednom chladiči- díl zahřátý na určité teploty se ponoří do zhášecí kapaliny, kde zůstane až do úplného ochlazení. Tato metoda se používá při kalení jednoduchých dílů z uhlíkových a legovaných ocelí.
  • Přerušované kalení ve dvou prostředích- tato metoda se používá při kalení ocelí s vysokým obsahem uhlíku. Součást je nejprve rychle ochlazena v rychle chladícím médiu (např. vodě) a poté v pomalu chladícím médiu (olej).
  • Tryskové kalení spočívá v nástřiku dílu intenzivním proudem vody a používá se obvykle, když je potřeba část dílu vytvrdit. Při této metodě se nevytváří parní plášť, který poskytuje hlubší prokalitelnost než prosté kalení ve vodě. Takové kalení se obvykle provádí v induktorech v HDTV instalacích.
  • Krokové otužování- kalení, při kterém se součást ochlazuje v kalícím médiu s teplotou nad martenzitickým bodem pro danou ocel. Při ochlazení a držení v tomto prostředí musí kalený díl získat ve všech bodech průřezu teplotu kalicí lázně. Následuje závěrečné, zpravidla pomalé ochlazování, při kterém dochází ke zpevnění, tedy k přeměně austenitu na martenzit.
  • Izotermické kalení. Na rozdíl od postupného kalení je u izotermického kalení nutné držet ocel v kalicím médiu tak dlouho, aby se izotermická přeměna austenitu stihla dokončit.
  • Laserové kalení. Tepelné kalení kovů a slitin laserovým zářením je založeno na lokálním ohřevu povrchové plochy pod vlivem záření a následném ochlazování této povrchové plochy nadkritickou rychlostí v důsledku odvodu tepla do vnitřních vrstev kovu. Na rozdíl od jiných známých procesů tepelného kalení (kalení vysokofrekvenčními proudy, elektrický ohřev, kalení taveniny a další metody) není ohřev při laserovém kalení objemový, ale povrchový proces.
  • Vysokofrekvenční kalení (indukce)- kalení vysokofrekvenčními proudy - součást je umístěna v induktoru a zahřívána indukováním vysokofrekvenčních proudů v ní.

Vady [upravit | upravit kód]

Vady, ke kterým dochází při kalení oceli.

  • Nedostatečná tvrdost kalená část - důsledek nízké teploty ohřevu, krátkého vystavení provozní teplotě nebo nedostatečné rychlosti ochlazování. Oprava přeběhnout : normalizace nebo žíhání s následným kalením; použití energičtějšího zhášecího média.
  • Přehřát spojené 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. Korekce defektu: žíhání (normalizace) a následné kalení na požadovanou teplotu.
  • Vyhořet nastává, když je ocel zahřátá na velmi vysoké teploty, blízké bodu tání (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 vyznačují tvorbou okují (oxidů) na povrchu dílů a vyhořením uhlíku v povrchových vrstvách. Tento typ vady nelze opravit tepelným zpracováním. Pokud to příspěvek dovolí mechanické zpracování, zoxidovaná a dekarbonizovaná vrstva musí být odstraněna broušením. Aby se předešlo tomuto typu závady, doporučuje se ohřívat díly v pecích s ochrannou atmosférou.
  • Deformování a praskání - důsledky vnitřních 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.

Chlazení je konečnou fází tepelného zpracování - kalení, a proto je nejdůležitější. Utváření struktury, a tedy vlastnosti vzorku, závisí na rychlosti ochlazování.

Jestliže dříve byla teplota ohřevu pro kalení proměnlivým faktorem, nyní bude rychlost chlazení jiná (ve vodě, ve slané vodě, ve vzduchu, v oleji a v peci).

S rostoucí rychlostí ochlazování se zvyšuje i stupeň přechlazení austenitu, klesá teplota rozkladu austenitu, zvyšuje se počet zárodků, ale zároveň se zpomaluje difúze uhlíku. Feritovo-cementitová směs se proto více disperguje a zvyšuje se tvrdost a pevnost. Pomalým chlazením (pecí) se získá hrubá směs F + C, tzn. perlit je žíhání druhého druhu s fázovou rekrystalizací. Při zrychleném chlazení (na vzduchu) - řidší směs F + C - sorbitol. Toto zpracování se nazývá normalizace.

Kalením v oleji vzniká trostit, vysoce disperzní směs F+C.

Tvrdost těchto struktur roste s disperzí směsi (HB = 2000÷4000 MPa). Tyto struktury lze také získat izotermickým kalením.

S ohledem na termokinetický diagram, tzn. diagramu izotermického rozkladu austenitu spolu s vektory rychlostí ochlazování vidíme, že zvýšením rychlosti ochlazování je možné získat trostit spolu s uhaseným martenzitem. Pokud je rychlost ochlazování větší než kritická, získáme kalící martenzit a zbytkový austenit, který lze eliminovat ochlazením oceli na teplotu pod koncovou linií martenzitické transformace (Mc).

Martenzit má větší objem než austenit, takže při kalení na martenzit se objevují nejen tepelná, ale i strukturální napětí. Tvar součásti se může zdeformovat a mohou se v ní objevit mikro- a makrotrhliny. Deformace a praskliny jsou neopravitelnou vadou, proto by se měl díl ihned po vytvrzení na martenzit zahřát, aby se uvolnilo pnutí a stabilizovala struktura, tato operace tepelného zpracování se nazývá temperování.

Po vytvrzení vzorků, prostudování mikrostruktur a stanovení tvrdosti jsou vyneseny grafy tvrdosti versus obsah uhlíku. Čím více uhlíku je v austenitu oceli před kalením, tím je martenzitická mřížka více zdeformovaná (s větším stupněm tetragonality) a tedy vyšší tvrdost.

Ocel obsahující 0,2 % C neakceptuje kalení, protože křivky izotermického rozkladu austenitu se těsně blíží k ose pořadnice. Ani velmi vysoká rychlost ochlazování neprodukuje martenzit, protože austenit se začne dříve rozkládat na směs F+C. Proto se ocel kalí, pokud je obsah uhlíku vyšší než 0,3 % C, protože uhlík posouvá křivky izotermického rozkladu austenitu doprava, čímž se snižuje kritická rychlost kalení.

Stanovení vlastností a struktury oceli po popouštění

Martenzit získaný po kalení má vysokou tvrdost a pevnost, ale nízkou tažnost a houževnatost. To se vysvětluje velkými vnitřními pnutími, která jsou tepelná (pokles teploty, náhlé ochlazení) a strukturní (objem martenzitu je větší než austenit, sorbitol, trostit a perlit). Po vytvrzení je nutné ihned temperovat, tzn. ohřev na určité teploty, udržování a chlazení. Zároveň se snižují napětí, mění se struktura a vlastnosti oceli. Teplota popouštění se volí pod A c 1, aby se zachoval účinek kalení během kalení. Existují nízké temperování (150-200 0 C), střední (350-450 0 C) a vysoké (500-650 0 C).

Pokud při nízkém popouštění napětí klesají, klesá distorze (tetragonalita) martenzitové mřížky a ta se opět stává kubickou, zadržený austenit se přeměňuje na kubický martenzit, pak se při středním a vysokém popouštění martenzit rozkládá na směs F + C.

Po nízkém popuštění zůstává tvrdost a pevnost na vysoká úroveň(HRC 58-63). Řezné a měřicí nástroje, díly po chemicko-tepelném zpracování (cementaci) jsou podrobeny nízkému popouštění.

1. Určení nejlepší vytvrzovací teploty pro ocel s obsahem uhlíku 0,4 % - hypoeutektoidní ocel - a s obsahem uhlíku 1,0 % - hypereutektoidní ocel.

Protokol o zkoušce tvrdosti po vytvrzení ve vodě