Poznáte bežné metódy kalenia ocele?

V procese tepelného spracovania ocele je kalenie kľúčovým krokom pri zlepšovaní kľúčových vlastností, ako je tvrdosť a pevnosť. Zahriatím ocele na špecifickú teplotu a následným riadením jej chladenia možno jej vnútornú štruktúru upraviť tak, aby spĺňala výkonnostné požiadavky obrobku za rôznych pracovných podmienok. V súčasnosti bežne používané metódy kalenia v priemyselnej výrobe zahŕňajú jedno-kapalinové kalenie, dve-kvapalné kalenie, postupné kalenie a automatické kalenie. Nižšie budeme diskutovať o každej z týchto metód kalenia a ich charakteristikách.

 

 

1. Jedno-kvapalné kalenie

Jedno{0}}kapalinové kalenie je najzákladnejší a najbežnejšie používaný proces kalenia, ktorý ponúka najjednoduchšiu operáciu. Konkrétne sa oceľová časť najskôr zahreje na špecifikovanú teplotu kalenia. Keď je vnútorná teplota dielu rovnomerná a dobre{3}} izolovaná, umiestni sa priamo do jediného kaliaceho média a nepretržite sa ochladzuje na izbovú teplotu, čím sa dokončí proces kalenia. Bežné jednotlivé hasiace médiá zahŕňajú vodné roztoky, rôzne hasiace oleje a vzduch. Chladiaca kapacita každého média sa líši a výber závisí od vlastností triedy ocele a požiadaviek na obrobok.

 

Významné výhody tejto metódy spočívajú v jej jednoduchosti a praktickosti, ktorá nevyžaduje zložité prepínanie zariadení ani ovládanie parametrov, vďaka čomu je vhodná pre-veľkú priemyselnú výrobu. Pokiaľ ide o použiteľnosť, metóda jedno-kvapalného kalenia má určité požiadavky na tvar obrobku. Je vhodnejší pre jednoduché obrobky s nekomplikovanými tvarmi, bez ostrých hrán a bez náhlych zmien prierezu-. Pri chladení v jedinom médiu je teplotný rozdiel medzi vnútornou a vonkajšou stranou týchto obrobkov relatívne malý, čím sa znižuje riziko deformácie a praskania. Je tiež prispôsobiteľný širokému spektru typov ocelí, čím spĺňa požiadavky na kalenie dielov so zlou prekaliteľnosťou, ako sú nízko-a stredne{8}}uhlíkové ocele, ako aj dielov s dobrou prekaliteľnosťou, ako sú legované a vysoko{9}}legované ocele. Ide o základný proces kalenia, ktorý sa často používa v priemyselnej výrobe.

 

2. Dva-spôsoby kalenia v kvapaline

Na rozdiel od metódy „jedno{0}}chladenia“ jednorazovej-metódy ochladzovania kvapalinou, metóda dvojkvapalného ochladzovania využíva postup „chladenia po etapách“, pričom na dosiahnutie presnejšieho riadenia chladenia sa využívajú dve médiá s rôznymi chladiacimi kapacitami. Proces zahŕňa ohrev oceľovej časti do austenitického stavu. Po zaistení úplnej austenitizácie sa obrobok najskôr ochladzuje na médium s vysokou chladiacou kapacitou a rýchlo sa ochladí na teplotu vyššiu ako je počiatočná teplota martenzitu (bod Ms) (zvyčajne okolo 300 stupňov). Cieľom tejto fázy je rýchlo znížiť povrchovú teplotu obrobku pred tým, ako dôjde k mikroštrukturálnej transformácii, čím sa položí základ pre následné pomalé ochladzovanie. Následne je obrobok okamžite premiestnený do kaliaceho média s nižšou chladiacou kapacitou na ďalšie chladenie. To umožňuje, aby sa podchladený austenit postupne transformoval na martenzit pri relatívne nízkej rýchlosti chladenia, čím sa nakoniec dosiahne požadovaná mikroštruktúra a mechanické vlastnosti.

 

Bežné dve kombinácie -kvapalných kaliacich médií zahŕňajú voda-olej, voda-vzduch, olej-vzduch, olejový-soľný kúpeľ a soľný kúpeľ-vzduch. Rôzne kombinácie médií je možné flexibilne nastaviť na základe materiálu obrobku a požiadaviek na výkon. Hlavnou výhodou tejto metódy-kalenia v kvapaline je, že výrazne znižuje deformáciu a praskanie obrobku. Táto kombinácia „rýchleho chladenia + pomalého chladenia“ účinne zmierňuje tepelné a štrukturálne napätie vznikajúce počas procesu chladenia. V praxi sa používa najmä vodné kalenie a olejové chladenie. Je však dôležité poznamenať, že kontrola času chladenia dielu vo vode je rozhodujúca. Nadmerné alebo nedostatočné chladenie môže ovplyvniť kvalitu kalenia a určenie optimálneho času chladenia si vyžaduje rozsiahlu prax a presné výpočty. Tento proces je obzvlášť vhodný na kalenie dielov citlivých na deformáciu a praskanie, ako je napríklad vysoko uhlíková nástrojová oceľ a veľká nízkolegovaná{16}} oceľ, ktoré vyžadujú vysoký výkon.

 

3. Metóda postupného kalenia

Metóda postupného ochladzovania je tiež založená na koncepcii postupného ochladzovania a je do istej miery podobná dvoj{0}}metóde ochladzovania v kvapaline, o ktorej sa hovorí v predchádzajúcej časti, vyžaduje si však sofistikovanejšie riadenie teploty chladenia a výber média. Proces zahŕňa rýchle ochladenie časti zohriatej do austenitického stavu do roztaveného soľného kúpeľa mierne nad alebo pod bod Ms. Vlastnosti konštantnej teploty roztaveného soľného kúpeľa umožňujú, aby sa obrobok rýchlo ochladil na teplotu blízku bodu Ms. Obrobok potom zostane určitý čas v kúpeli, čo umožní, aby sa povrchová teplota a teplota jadra obrobku postupne zbiehali a dosiahli rovnakú teplotu ako médium. Počas tohto procesu nedochádza k martenzitickej transformácii. Po skončení doby zdržania sa obrobok vyberie z kúpeľa a pomaly sa ochladí na vzduchu alebo v oleji, čím sa podporuje postupná premena podchladeného austenitu na martenzit.

 

Kúpeľ používaný na postupné ochladzovanie je zvyčajne dusičnanový, alkalický alebo soľný kúpeľ s teplotou 150-260 stupňov . V tomto teplotnom rozsahu sa martenzitická transformácia vyskytuje predovšetkým vo vzduchu. V porovnaní s dvojkvapalným kalením, krokové kalenie s kaliacim médiom okolo 200 stupňov generuje menšie tepelné namáhanie počas chladenia. Okrem toho niekoľkominútové udržiavanie konštantnej teploty umožňuje, aby sa časť austenitu počas chladenia vzduchom premenila na martenzit, čo ďalej znižuje štrukturálne napätie a minimalizuje praskanie v obrobku. Z hľadiska použiteľnosti je stupňovité kalenie mierne nad bodom Ms vhodnejšie pre menšie diely, ako je legovaná oceľ, uhlíková oceľ a nástrojová oceľ. Krokové kalenie mierne pod bodom Ms je vhodné pre väčšie ocele s horšou kaliteľnosťou, pričom ponúka lepšiu rovnováhu medzi prekaliteľnosťou a kontrolou deformácie.

 

4. Austomerovanie

Austomerovanie je pokročilý proces kalenia s prísnejšou kontrolou teploty chladenia a doby zdržania. Zahŕňa predovšetkým bainitové austenie a martenzitické austemenie. Na základe požadovanej mikroštruktúry a výkonu obrobku je možné zvoliť vhodnú cestu procesu.

 

Pri temperovaní bainitu tento proces zahŕňa zahriatie dielu do austenitického stavu a jeho rýchle ochladenie do média s teplotou v zóne transformácie bainitu pri rýchlosti chladenia vyššej ako je kritická rýchlosť chladenia. Časť sa potom udržiava pri tejto teplote počas dostatočne dlhého časového obdobia, aby sa zabezpečila úplná bainitová transformácia podchladeného austenitu, čím sa nakoniec dosiahne bainitická štruktúra. Na druhej strane martenzitické austenitické kalenie zahŕňa ochladzovanie časti zahriatej do austenitického stavu do horúceho kúpeľa (ako je soľný kúpeľ alebo kovový kúpeľ) pri teplote mierne nad bodom Ms na dlhšiu dobu, čo umožňuje podchladenému austenitu postupne sa transformovať na martenzit pri konštantnej teplote.

 

Výnimočnou výhodou izotermického kalenia je, že môže dosiahnuť vynikajúce celkové mechanické vlastnosti v obrobku, pričom kombinuje vysokú tvrdosť s dobrou rázovou húževnatosťou pri minimalizácii deformácie. Preto sa tento proces často používa pre nástroje a formy so zložitými tvarmi, prísnymi požiadavkami na deformáciu a potrebou vysokej tvrdosti a rázovej húževnatosti. Austomerovanie môže tiež účinne zlepšiť výkon dielov vyrobených z uhlíkovej ocele s obsahom uhlíka vyšším ako 0,6 %, pričom spĺňajú špecifické prevádzkové požiadavky.

 

5. Zhrnutie

Stručne povedané, jedno{0}}kvapalné kalenie, dve-kvapalné kalenie, postupné kalenie a izotermické kalenie majú svoje vlastné jedinečné výhody a sú vhodné pre oceľové diely rôznych tvarov, materiálov a požiadaviek na výkon. Pri skutočnej výrobe si špecifické podmienky obrobku vyžadujú starostlivý výber metód kalenia a presné riadenie parametrov procesu, aby sa plne využil proces kalenia a vyrobili sa vysokokvalitné-diely z ocele, ktoré spĺňajú požiadavky aplikácie. Aj keď existuje veľa rôznych metód kalenia, základným princípom je dosiahnuť vhodnú mikroštruktúru, aby spĺňala požadovaný výkon, alebo modifikovať metódu kalenia, aby sa zabránilo deformácii a praskaniu. Inžinier tepelného spracovania, ktorý dokáže zvládnuť tieto dva kľúčové aspekty, je vysoko kvalifikovaný.