Kalení kovů: úkoly, metody, vlastnosti

O čem to mluvíme? Kalení kovů je tepelné zpracování, které mění krystalovou mřížku. Po postupu se změní fyzikální vlastnosti součásti: tvrdost, křehkost, tažnost a odolnost proti mechanickému namáhání.

Co bych měl hledat? Ocel, litina, titan, hliník, měď a různé slitiny podléhají kalení. Po postupu jsou nutné další technologické operace.

Problémy diskutované v materiálu:

• Koncept kalení kovů
• Kovy podléhající vytvrzení
• Zařízení na kalení kovů
• Metody kalení kovů
• „Stárnutí“ kovu po vytvrzení
• Kovové vady po vytvrzení
• Často kladené otázky o kalení oceli

Koncept kalení kovů

Kalení kovu je tepelné zpracování, při kterém se materiál zahřívá na vysokou teplotu, aby se změnila jeho krystalická struktura. Tento proces je často doprovázen rychlým ochlazením pomocí oleje, pevných chladicích kapalin, vody, vzduchu, kapalných polymerů nebo vodní mlhy.

Tepelné zpracování uhlíkových kovů lze přirovnat k magické přeměně, při které slitina získává nové vlastnosti. Hlavní fází tohoto procesu je ohřev na danou teplotu, způsobující změnu krystalové mřížky materiálu. Následuje prudké ochlazení, které novou strukturu zpevní. Příliš rychlé ochlazování však může způsobit praskliny a příliš pomalé ochlazování způsobí ztrátu požadované tvrdosti.

Změna krystalové struktury během procesu kalení je charakteristickým znakem materiálů s polymorfními vlastnostmi. Polymorfismus označuje schopnost látek měnit svou strukturu v reakci na měnící se vnější podmínky.

Kalení je důležitou fází při zpracování kovů, která umožňuje dát materiálům a výrobkům z nich vyrobené potřebné vlastnosti. Jeho hlavní cíle:

• Zvýšení tvrdosti materiálu. To výrazně ovlivňuje kvalitu a životnost finálního produktu.
• Zpevnění povrchové vrstvy kovu. Podporuje větší odolnost vůči vnějším vlivům.
• Nastavení plasticity materiálu. Zlepšuje jeho schopnost odolávat deformacím, včetně ohybu a jiného zatížení.

Tepelné zpracování slitin, včetně použití pece pro kalení kovů, umožňuje zlepšit jejich vlastnosti. Poté získají větší tvrdost, trvanlivost a odolnost proti opotřebení.

Zvýšení pevnosti také umožňuje snížit hmotnost výrobků snížením jejich tloušťky bez ztráty klíčových výkonnostních charakteristik.

Kovy podléhající vytvrzení

Vytvrzování není vhodné pro všechny materiály. Sklo, kovy a jejich sloučeniny lze temperovat, ale výsledek je nepředvídatelný. Některé látky se stávají odolnějšími, jiné zase pružnějšími.

Tepelné zpracování lze podrobit:

• Různé druhy oceli, včetně nízkolegované, uhlíkové a vysoce legované oceli. Dobře se hodí ke zpracování zahřátím s následným rychlým ochlazením. Díky tomu se stávají odolnějšími proti opotřebení a trvanlivějšími. Pro plný účinek však musí být v ocelové slitině, která tvoří martenzit, přítomno alespoň 0,4 % C.
• Určité typy litiny, zejména ty se zvýšenými koncentracemi karbidů a ty, které jsou považovány za speciální, se používají pro odlévání různých nástrojů.
• Vlastnosti titanu a jeho vícesložkových sloučenin se také po vytvrzení výrazně zlepšují, a to i přes počáteční pevnost materiálu, za předpokladu dodržení technologie.

• Slitiny obsahující čistý hliník se obvykle netvrdí kvůli své přirozené tažnosti a měkkosti, pro kterou jsou v určitých aplikacích ceněny. Při tepelném zpracování sloučenin hliníku se však legující prvky v hliníku rozpouštějí, integrují se do jeho struktury a zpevňují jej.
• Typy z nerezové oceli vyžadují použití vyšších teplot a delšího tepelného zpracování, stejně jako optimální rychlosti ohřevu a chlazení. Tyto vlastnosti jsou dány legujícími přísadami, které snižují tepelnou vodivost a zvyšují kritický stupeň ohřevu. Některé typy nerezové oceli mohou po vytvrzení zkřehnout.
• Neželezné kovy a sloučeniny jako bronz, mosaz, měď se kalí jen zřídka.

Každá skupina a druh materiálů vyžaduje specifické podmínky zpracování. Pečlivě se volí teplota, doba tepelného zpracování a stupeň chlazení. Tento proces bere v úvahu složení kovů, jejich výchozí vlastnosti a požadované konečné vlastnosti.

Zařízení na kalení kovů

Zařízení je rozděleno do dvou hlavních kategorií: topné jednotky a chladicí lázně. V moderní výrobě se k dosažení teploty potřebné pro kalení používají následující zařízení:

• tepelné muflové pece;
• zařízení pro indukční zpracování;
• zařízení pro ohřev v taveninách;
• laserová topná zařízení;
• plynová plazmová zařízení.

První tři typy instalací se používají především pro objemové kalení, ostatní jsou zaměřeny na povrchové úpravy.

Zařízení pro kalení zahrnuje ocelové nádoby, grafitové kelímky a pece obsahující roztavené kovy nebo soli. Vany pro kalení materiálů v kapalných médiích jsou vybaveny ohřívacími a chladicími systémy, navíc mohou být vybaveny speciálními míchadly, které zajišťují promíchání kapaliny a zabraňují vzniku parního pláště;

Postup chlazení ocelových slitin po kalení se volí s ohledem na chemické složení zpracovávaného materiálu a požadované vlastnosti finálního produktu.

Pro chlazení lze použít:

• voda;
• proud vzduchu nebo proud inertního plynu;
• minoil;
• směsi voda-polymer;
• roztavené soli na bázi prvků, jako je baryum, sodík, draslík;
• kovové taveniny – olovo nebo cín.

Metody kalení kovů

Uvažujme to na příkladu oceli, která je nejčastěji vystavena kalení. Typ tepelného zpracování se volí v závislosti na jeho typu: instrumentální, na rozdíl od barvy, prochází celým cyklem.

Způsob kalení je určen počtem použitých zdrojů chlazení (jeden nebo více).

Existuje několik druhů tepelného zpracování

Kalení kovu v jednom chladiči

Tato metoda se používá pro malé a relativně jednoduché obrobky z uhlíkových a legovaných ocelí. Nejprve se produkt zahřeje a poté se ponoří do chladiče. Díly vyrobené z uhlíkových tříd o velikosti 2–5 mm se chladí ve vodě a menší prvky a ty ze slitin slitin se chladí v oleji. Tato metoda se nazývá kalení kovu v oleji a vodě.

Kalení s předchlazením

Tato metoda se používá k udržení stejné molekulární struktury a minimalizaci rozdílů mezi povrchovým a vnitřním pnutím, čímž se zabrání zkřehnutí produktu. Před konečným ochlazením v kapalině je obrobek ponechán nějakou dobu na vzduchu. Jeho teplota by však neměla klesnout pod 0,8 K v souladu s diagramem železo-uhlík.

Přerušované kalení

Používá se pro zpracování vysoce uhlíkových druhů oceli.

Proces začíná ve vodě a pokračuje v olejovém prostředí nebo ve vzduchu, v závislosti na vlastnostech materiálu. Součást je nejprve přivedena na kritickou teplotu a poté ochlazena ve dvou různých prostředích.

Voda se používá k počátečnímu krátkodobému ochlazení, jehož dobu trvání určí odborník, poté se ocel udržuje v oleji nebo na vzduchu.

Krokové otužování

Tato metoda se používá, když nelze použít přerušované kalení z důvodu obtížného výpočtu doby ponoření součásti do vody nebo když je nutné rovnoměrné chlazení.

Krokové otužování probíhá ve dvou prostředích. Nejprve je díl ponořen do prvního prostředí s teplotou, která přesahuje bod kalení martenzitu. Jakmile spojovací vrstva dosáhne rovnoměrného ohřevu, obrobek se přesune do druhého prostředí, kde dochází ke konečné tvorbě martenzitu.

Izotermické kalení

Vhodné pro typy legovaných a konstrukčních ocelí, které při zpracování nedosahují úplného rozpadu. V tomto případě je chlazení zajištěno ve dvou prostředích.

Místo vody, oleje nebo fyziologického roztoku se produkt ponoří na 30 minut, poté se nechá vychladnout na vzduchu. Výsledkem je vysokopevnostní ocel v bainitovém stavu s 20 % austenitu nasyceného uhlíkem.

„Stárnutí“ kovu po vytvrzení

Postup kalení oceli je nezbytný pro zvýšení její tvrdosti, ale v důsledku toho se zvyšuje i křehkost materiálu. V tomto ohledu je nutné provést temperování, při kterém se pevnost dílu mírně sníží, ale objeví se požadovaná tažnost. Ke snížení křehkosti dochází při nižší teplotě a je doprovázeno pomalým chlazením.

Kalení kovu je možné bez změny jeho struktury, to znamená bez polymorfní transformace, v tomto případě obrobek nezkřehne. Tímto přístupem však díl nezíská potřebnou tvrdost. K dosažení této kvality je nezbytné tepelné zpracování, jako je „stárnutí“. Během tohoto postupu se přesycený pevný roztok rozkládá, v důsledku čehož se obrobek stává tvrdším a stabilnějším.

Popouštění kovů je pouze jedním typem tepelného zpracování, které se používá pro součásti, které jsou kaleny do kritického stavu, po kterém dochází k polymorfní změně v krystalové mřížce.

Během procesu temperování je materiál po určitou dobu udržován na zvýšené teplotě, poté je postupně ochlazen na vzduchu.

Temperování je nezbytné pro zmírnění vnitřního pnutí a snížení křehkosti obrobku, díky čemuž je tažnější. Proces stárnutí naopak pomáhá zvyšovat tvrdost kovu. Existuje několik typů:

• Přírodní. Pevnost po vytvrzení se sama o sobě zvyšuje, ale míra tažnosti klesá. K tomuto typu stárnutí dochází, když je kov udržován ve svém přirozeném prostředí.
• Tepelný, kdy se obrobek stává tvrdším v důsledku vystavení vysoké teplotě. Existuje však riziko nadměrného stárnutí. V tomto případě tvrdost, pevnost a tekutost dosáhnou svého vrcholu a poté začnou klesat.
• Deformace – zahrnuje plastickou deformaci po vytvrzení kovu. Struktura obrobku je založena na přesyceném tuhém roztoku.

Kovové vady po vytvrzení

Přestože proces kalení kovu může být prospěšný, jeho nesprávné provedení může vést k různým defektům.

Jednou z nejčastějších vad je praskání, ke kterému může dojít v důsledku nerovnoměrného ohřevu nebo chlazení, což vede k porušení kovu pod napětím. Další možnou nevýhodou je deformace nebo deformace způsobená tepelnou roztažností nebo kontrakcí během procesu vytvrzování. Hrozí také oduhličení, kdy se materiál příliš rychle zahřeje, čímž se sníží jeho pevnost a tvrdost.

Tyto vady se po vytvrzení kovu neobjeví vždy, ale při nedostatečné péči je jejich vznik možný. Pro ty, kdo provádějí kalení, je důležité mít jasnou představu o tom, jak teplota a čas ovlivňují různé kovy, aby se předešlo podobným problémům.

Kromě toho by ti, kteří ve svých výrobcích používají tvrzené slitiny, měli pravidelně kontrolovat, zda na nich nejsou praskliny nebo jiné vady, aby bylo zajištěno, že budou opraveny dříve, než dojde k závažnějšímu poškození.

Tepelné zpracování kovů je účinný způsob, jak zlepšit pevnost a trvanlivost materiálů a mělo by být vždy prováděno opatrně, aby se předešlo případným defektům.

Proč byste nás měli kontaktovat?

Ke všem klientům přistupujeme s respektem a plníme úkoly jakékoli velikosti stejně pečlivě.

Naše výrobní zařízení nám umožňuje zpracovávat různé materiály:

• neželezné kovy;
• litina;
• nerezová ocel.

Při kompletaci zakázky naši specialisté využívají všechny známé způsoby obrábění kovů. Moderní vybavení nejnovější generace umožňuje dosáhnout maximální shody s původními výkresy.

Aby se obrobek přiblížil náčrtu předloženém zákazníkem, naši specialisté používají univerzální zařízení určené pro šperkařské ostření nástrojů pro zvláště složité operace. V našich výrobních dílnách se kov stává plastovým materiálem, ze kterého lze vyrobit jakýkoli obrobek.

Výhodou kontaktování našich specialistů je jejich soulad s GOST a všemi technologickými normami. V každé fázi práce je prováděna přísná kontrola kvality, takže našim zákazníkům garantujeme svědomitě dokončený produkt.

Díky zkušenostem našich řemeslníků je výstupem příkladný výrobek splňující ty nejnáročnější požadavky. Zároveň vycházíme ze silné materiálové základny a zaměřujeme se na inovativní technologický vývoj.

Spolupracujeme se zákazníky ze všech regionů Ruska. Pokud chcete zadat zakázku na zpracování kovů, naši manažeři jsou připraveni vyslechnout všechny podmínky. V případě potřeby je klientovi zdarma poskytnuta odborná konzultace.

Často kladené otázky o kalení oceli

Jak kontrolujete kvalitu otužování doma?

Existuje několik metod hodnocení a první z nich je tradiční. Chcete-li to provést, musíte se pokusit udělat škrábanec na kovu pilníkem bez diamantového povlaku, jehož tvrdost je 55–60 HRC. Vzhled drážky naznačuje, že ocel nemohla být vytvrzena na požadovanou tvrdost. Pokud pilník klouže, znamená to úspěšné vytvrzení.

Na čem závisí teplota kalení?

Teplota kalení kovu je určena normovými hodnotami, které jsou stanoveny na základě složení materiálů, včetně obsahu legujících složek a hmotnostního podílu uhlíku. Čím nižší je koncentrace uhlíku, tím vyšší musí být teplota pro účinné vytvrzení.

Je možné kalit hliník svépomocí?

Vlastní kalení hliníkových předmětů je obtížný úkol, protože vyžaduje přesný výpočet teploty s tolerancí 5° s přihlédnutím ke slitině a vlastnostem materiálu. Chlazení může také způsobit potíže: pokud není provedeno správně, může dojít k deformaci součásti. Obecně platí, že technologie a metody kalení byly prostudovány poměrně důkladně. Každá má své výhody a nevýhody související s náklady, rychlostí provedení a konečným výsledkem. Volba optimální metody závisí na potřebách konkrétního projektu. I když neexistuje žádná univerzální možnost pro kalení ocelových slitin, znalost dostupných technik umožňuje profesionálům učinit informované rozhodnutí o tom, která je pro danou situaci nejlepší.

Vedoucí obchodního oddělení