Proces kalenia ocele a aplikácie klasifikácie

Kalenie je proces tepelného spracovania, pri ktorom sa obrobok zahreje na určitú kritickú teplotu, potom sa selektívne ochladí, aby sa získal martenzit vysokej{0}}tvrdosti alebo húževnatý nižší bainit, po ktorom nasleduje popúšťanie.

Kalenie zlepšuje odolnosť proti opotrebovaniu a pevnosť dielov, ako aj ich únavovú životnosť.

 

 

Princípy kalenia a základný procesný tok

 

Oceľ a iné materiály pri zahrievaní podliehajú fázovým premenám a austenitizačná fázová transformácia je predpokladom kalenia.

Vo všeobecnosti je hypoeutektoidná oceľ kalená na teplotu 20 až 30 stupňov nad Ac3, zatiaľ čo hypereutektoidná oceľ je kalená na teplotu 20 až 30 stupňov nad Ac1.

Pri hasení je dôležité vyhnúť sa nadmernému zahrievaniu. Čas zdržania by sa mal určiť na základe veľkosti obrobku a modelu pece, aby sa zabezpečila jednotná mikroštrukturálna transformácia.

Kľúčovým procesom pri kalení je chladenie. Ideálna krivka chladenia sa vyhýba perlitovej oblasti nosa, predovšetkým preto, aby sa zabránilo tvorbe ne-martenzitických štruktúr. Rýchlosť ochladzovania musí byť tiež kontrolovaná, aby sa znížilo vnútorné napätie a deformácia v časti.

Poznámka: Ac1 a Ac3 predstavujú teplotu, pri ktorej sa začína vytvárať austenit a teplotu, pri ktorej hypoeutektoidná oceľ pri zahriatí úplne austenitizuje, resp. Toto sú kritické referenčné body na určenie procesu žíhania.

 

Hlavné metódy procesu kalenia a kľúčové prevádzkové pokyny

 

1. Jedno-kvapalné kalenie

Jedno{0}}kvapalné kalenie je najzákladnejšou a najjednoduchšou metódou kalenia. Používa sa predovšetkým na diely s jednoduchými, symetrickými tvarmi a minimálnymi{2}}odchylkami prierezu, ako sú hriadele a čapy.

Pri kalení jednou-kvapalínou je potrebné zvoliť vhodnú chladiacu kvapalinu na základe materiálu a hrúbky obrobku. Nízko{2}}uhlíkové a nízko{3}}legované ocele sa vo všeobecnosti kalia vodou alebo soľankou, zatiaľ čo vysoko{4}}legované ocele a malé, zložité- diely môžu byť kalené olejom alebo roztokom polyméru.

Počas kalenia dbajte na to, aby bol obrobok rovnomerne ponorený do média a aby bolo médium správne premiešané, aby sa zabránilo tomu, že parný film bude brániť chladeniu.

Jedno{0}}kapalinové kalenie ponúka vysokú-stabilitu kvality a je vhodné pre-výrobu vo veľkom meradle, ale odporúča sa opatrnosť, pokiaľ ide o riziko deformácie a praskania spôsobeného príliš rýchlym chladením.

 

2. Dve-kapaliny kalenia

Kalenie dvoma-kvapalinami spája výhody rýchleho a pomalého chladenia. Po prvé, prvé médium, ako je voda alebo slaná voda, rýchlo prechádza cez najnestabilnejšiu austenitickú oblasť materiálu. Akonáhle sa teplota materiálu priblíži teplote transformácie martenzitu, materiál sa rýchlo prenesie do druhého média, ako je olej, aby sa dokončila transformácia martenzitu.

Dva-kalenie v kvapaline je bežné najmä pre stredné-až{2}}veľké obrobky vyrobené z-vysokouhlíkovej ocele a stredne{4}}až{5}}vysoko legovaných ocelí, ako sú formy a polotovary ozubených kolies.

Kľúčom k tejto operácii je presné riadenie času zotrvania obrobku v prvom médiu. Typicky sa používa čas kalenia 1 sekunda na 3-5 mm efektívnej hrúbky obrobku, aj keď to možno určiť aj pozorovaním miznutia bublín na povrchu obrobku.

Presun z prvého média do druhého média musí byť rýchly a kontinuálny, aby sa zabránilo nárastu teploty, ktorý by mohol spôsobiť rozklad štruktúry materiálu.

Kalenie dvoma-kvapalinami výrazne znižuje tepelné a štrukturálne namáhanie, čo z neho robí účinnú metódu kontroly deformácií a predchádzania praskaniu.

 

3. Krok Kalenie

Krokové ochladzovanie vyžaduje zahriatie obrobku na austenitizáciu a následné ochladenie do horúceho kúpeľa mierne nad bodom Ms, ako je napríklad dusičnanový kúpeľ alebo alkalický kúpeľ, na udržanie. Keď je teplota rovnomerná v priereze obrobku-, obrobok sa vyberie a ochladí sa vzduchom-.

Krokové kalenie sa často používa na nástroje a diely so zložitými tvarmi a požiadavkami na vysokú presnosť, ako sú závitníky, malé ozubené kolesá a presné hriadele.

Počas prevádzky je potrebné prísne kontrolovať kolísanie teploty kúpeľa, zvyčajne v rozsahu plus alebo mínus desať stupňov Celzia. Čas držania sa vypočíta na základe najväčšieho prierezu-, ktorý sa vo všeobecnosti odhaduje na päť milimetrov za minútu.

Krokové kalenie účinne znižuje tepelné namáhanie, čo umožňuje, aby martenzitická transformácia prebiehala postupne počas ochladzovania vzduchom. Výsledkom je nízke napätie mikroštruktúry a minimálna deformácia. Vzhľadom na obmedzenú chladiacu kapacitu roztavených solí je však vhodný len pre obrobky s efektívnou hrúbkou nie väčšou ako 20 mm.

 

4. Izotermické kalenie

Izotermické kalenie zahŕňa úplné kalenie obrobku zahriateho na austenitizačnú teplotu do horúceho kúpeľa v zóne transformácie bainitu. Predĺžená doba zdržania umožňuje, aby sa austenit úplne premenil na nižší bainit, po ktorom nasleduje ochladenie vzduchom. Austomerovanie sa primárne používa pre diely vyžadujúce vysokú pevnosť, húževnatosť a rozmerovú stabilitu, ako sú ložiská a presné formy. Izotermická teplota a trvanie sú určené na základe krivky TTT ocele s teplotami typicky medzi 250 a 400 stupňami.

Po izotermickom temperovaní sa materiál stáva bainitom, ktorý vykazuje vynikajúcu pevnosť a húževnatosť, s malým sklonom k ​​deformácii alebo praskaniu. Austemperovanie má však dlhý výrobný cyklus, vysoké náklady a je obmedzené na obrobky s menšími-prierezmi.

 

Bežné problémy a kontrola kvality

 

Kalenie často vedie k poruchám, ako je nedostatočná tvrdosť, mäkké miesta, deformácia, praskanie, oxidácia a oduhličenie.

Nedostatočná tvrdosť je vo všeobecnosti spôsobená zahrievaním na príliš nízku teplotu alebo nedostatočným chladením. Ďalšou príčinou je povrchové oduhličenie obrobku.

Mäkké miesta sú vo všeobecnosti spôsobené kontaminovaným kaliacim médiom alebo prítomnosťou oxidových okují na povrchu obrobku. Deformácia a praskanie môže byť spôsobené nadmerným tepelným alebo konštrukčným namáhaním.

Preto kontrola kvality počas kalenia vyžaduje komplexné monitorovanie procesu, najmä presnú kontrolu teploty počas fázy ohrevu. Počas ochladzovacej fázy je potrebné udržiavať stabilnú teplotu, koncentráciu a rýchlosť cirkulácie média. Temperovanie je potrebné ihneď po kalení, aby sa odstránili zvyškové napätia v častiach.

Počas hromadnej výroby by sa mali vykonávať pravidelné náhodné kontroly metalografickej štruktúry a gradientu tvrdosti. Nedeštruktívne testovanie sa môže použiť na kritických častiach na zistenie trhlín.

 

Materiálová kompatibilita a výber procesu

 

Rozdiely v zložení medzi materiálmi majú za následok rôznu kaliteľnosť, počiatočné teploty martenzitickej transformácie a kritické rýchlosti ochladzovania. Preto je potrebné zvoliť špecifický proces kalenia na základe vlastností materiálu.

Nízkouhlíková oceľ a nízkolegovaná{1}}konštrukčná oceľ majú relatívne nízku kaliteľnosť a vo všeobecnosti sa kalia vodou alebo dvoma-kvapalným kalením, aby sa zlepšila povrchová tvrdosť a odolnosť dielov voči opotrebovaniu.

Stredne{0}}uhlíková kalená a popúšťaná oceľ si vyžaduje dôkladné vytvrdenie jadra, preto sa vo všeobecnosti používa kalenie v oleji alebo rýchle kalenie v oleji, aby sa predišlo deformácii a praskaniu.

Nástrojová oceľ- s vysokým obsahom uhlíka je náchylná na prehrievanie, čo zvyšuje pravdepodobnosť deformácie. Preto je možné použiť postupné ochladzovanie alebo nízkoteplotné ochladzovanie v alkalickom kúpeli.

Vysoko -legované ocele, ako napríklad H13, majú vynikajúcu kaliteľnosť, takže ich možno kaliť plynom alebo kaliť vo vysokoteplotnom soľnom kúpeli-, aby sa minimalizovalo skreslenie.

Nauhličované obrobky vyžadujú obzvlášť vysokú húževnatosť jadra, takže vyžadujú relatívne nízke teploty, buď priame kalenie alebo kalenie v soľnom kúpeli.

Nehrdzavejúca oceľ a rýchlorezná oceľ-vyžadujú predhriatie a kalenie v soľnom kúpeli, aby sa zabránilo praskaniu a zrážaniu karbidov.

Kalenie je zložitý a kritický proces, preto je potrebné zvoliť vhodnú metódu kalenia na základe vlastností materiálu, tvaru dielu a prevádzkových podmienok.

Kalenie vyžaduje prísnu kontrolu procesov ohrevu a chladenia, aby sa dosiahla požadovaná mikroštruktúra a vlastnosti a zároveň sa zabezpečila konzistentná a spoľahlivá kvalita produktu.