Kalení kovu se používá ke zvýšení jeho pevnostních charakteristik. Dávní kováři o tom věděli, když kovali bojové meče a nástroje. Dříve se k tomu používalo nejjednodušší kalení: kov se zahříval v peci, kladívkem dostal požadovaný tvar a poté se spouštěl do sudu s vodou. Ostré teplotní chlazení zvýšilo pevnost.

Dnes se pro kalení kovu používá mnoho metod a většina z nich nezahrnuje produkci velkého množství páry. Kromě toho se takové zpracování provádí také za účelem zjemnění zrna a vyrovnání struktury oceli, což je zvláště důležité pro výrobu vysoce přesných nástrojů (například skalpelů) nebo nožů. Promluvme si o způsobech a účelech kalení kovů podrobněji.

Podstata procesu kalení kovů

Aby byla slitina pevnější a tvrdší, podrobuje se tepelnému zpracování. Jedná se o kalení kovu. Používá se hlavně při práci s uhlíkovou a legovanou ocelí, ale někdy se používá i pro neželezné oceli, mezi které patří měď, mosaz, bronz a také slitiny hliníku a titanu. Ty se v důsledku kalení a žíhání mohou stát tažnějšími namísto zvýšení pevnostních charakteristik, takže jsou popouštěny. Tato metoda pomáhá zmírnit namáhání neželezných kovů po procesech, jako je lití, tažení, válcování a lisování.

Kalení kovů je dlouhý proces, během kterého uhlíková ocel prochází řadou změn. V důsledku jejího zahřátí se tvar, struktura, složení a dokonce i prvky krystalové mřížky stávají novými. Reakce začíná při kritické teplotě +723 °C rozkladem cementitu a tvorbou uhlíkového roztoku v železe. Výsledná forma se nazývá austenit a je nezbytná pro správné vytvrzení kovu. Postupným ochlazováním dochází v produktu k opačnému procesu dříve popsaného rozkladu a produkt získává své původní vlastnosti.

Pokud kov rychle ochladíte, můžete dosáhnout zcela jiných vlastností, protože austenit získává jiné složení a strukturu krystalové mřížky. Hlavní fázové stavy, na které se přeměňuje, jsou: perlit, sorbitol, troostit a martenzit. Každý z nich má svou vlastní strukturu, která je získána použitím určitých špičkových teplot a rychlostí chlazení. Proces kalení kovu je dán vlastnostmi, které by výsledná slitina měla mít.

doporučené články

Největší tvrdost má ocel ve stavu martenzitu. Tento typ kalení se používá při výrobě řezných nástrojů (pro použití v každodenním životě, průmyslu atd.) a zpevnění pevnosti dílů, které budou následně podléhat tření (pouzdra, ozubená kola, hřídele atd.).

READ
Jak se vypořádat s nevhodnými sousedy?

Ve stavu troostitu získává ocel kromě tvrdosti také pružnost. To se používá při výrobě pružin, tlumičů a nárazových nástrojů. Pokud kromě výše uvedených vlastností potřebuje výrobek přidat viskozitu a odolnost proti opotřebení, ocel se kalcinuje do stavu sorbitolu. Slitina s výslednou strukturou se používá v železničním průmyslu a při vytváření konstrukčních prvků vystavených dynamickému zatížení.

Uvedené fázové stavy jsou dostupné pro celý sortiment uhlíkových ocelí. Dosahují se však za jiných podmínek. Každá značka má své vlastní teplotní limity a rychlosti chlazení.

02.jpg

Kalení kovů se dělí na typy podle zdroje ohřevu a formátu chlazení. V současné době jsou muflové pece široce používány jako nástroj tepelného zpracování. Mohou pojmout předměty různých velikostí. Při kontinuální výrobě je však vhodnější použít indukční kalení kovu, díky kterému se ocel rychle zahřeje vysokofrekvenčním proudem, díky čemuž je dosaženo vysokých kvantitativních výstupních hodnot.

Ke zpracování pouze vnějších vrstev výrobků se používá povrchové kalení kovu. S jeho pomocí můžete produktu přidat potřebné výkonové vlastnosti. Pro rychlé a silné vytápění se používá levný plynový hořák. Nízkovýkonový laser však ohřívá ocel přesněji nebo vrstvu po vrstvě. Typ chlazení také závisí na použitém chladicím médiu a krocích zpracování, které mohou zahrnovat temperování slitiny. Avšak například u izotermických typů ohřevu není tento druh ohřevu nutný.

5 způsobů, jak kalit kov

Typ tepelného zpracování je určen jakostí oceli. Instrumentál prochází úplným cyklem, barva prochází neúplným cyklem.

03.jpg

Také způsob kalení závisí na tom, kolik zdrojů chlazení se plánuje použít v procesu – jeden nebo více. V tomto ohledu se rozlišují následující typy tepelného zpracování:

Kalení kovů v jednom chladiči

Používá se pro malé, jednoduché díly vyrobené z uhlíkové a legované oceli. Proces je jednoduchý: nejprve se produkt zahřeje a poté se ponoří do kapaliny s nižší teplotou. Díly z uhlíkové oceli o velikosti 2–5 mm se chladí ve vodě, menší prvky a legovaná ocel v oleji.

Kalení s chlazením

Používá se ke stabilizaci molekulární struktury ke snížení rozdílu mezi povrchovým napětím a vnitřní kompresí. V opačném případě bude výrobek křehký. Prvek je před ochlazením v kapalině nějakou dobu udržován na vzduchu, jeho teplota by však neměla klesnout pod 0,8 K podle diagramu železo-uhlík.

READ
Jak by měl vypadat zralý ananas?

Přerušované kalení

Používá se pro zpracování oceli s vysokým obsahem uhlíku. Kov se vytvrzuje nejprve ve vodě, poté podle stavu v oleji nebo na vzduchu. Produkt se nejprve zahřeje na kritickou teplotu a poté se ochladí ve dvou prostředích. Ocel se na krátkou dobu, přesně vypočítanou odborníkem, umístí do vody, poté je delší dobu vystavena vzduchu nebo oleji.

Krokové otužování

Používá se, když nelze použít přerušovaný ohřev z důvodu obtížnosti výpočtu doby ponoření dílu do vody nebo je nutné jeho rovnoměrné ochlazení. V tomto případě je výhodnější postupné tepelné zpracování kovu. Kalení probíhá ve dvou prostředích. Nejprve se díl ponoří do prvního, jehož teplota je vyšší než kalení martenzitu. Jakmile vrstvy slitiny dosáhnou stejné úrovně tepla, jsou odeslány do druhé. Tam kov konečně přechází do martenzitu.

Izotermické kalení

Použitelné pro legované a konstrukční oceli, které během zpracování nepodléhají úplnému rozkladu. Tepelné kalení kovu v tomto případě také zahrnuje chlazení ve dvou prostředích. Místo vody se však používá olejová nebo solná lázeň, kde se přípravek ponoří na 30 minut. Poté je ponechán ve vzduchu. Výsledkem je vysokopevnostní ocel v bainitovém stavu s 20 % uhlíkem nasyceného austenitu.

Výběr chladicí kapaliny

Od starověku se kalení mečů a tenkostěnných výrobků provádělo v solných roztocích. Ohřev se prováděl pomocí pecí a při práci se využívala teplota uvolněná deformací.

Kovové kalení svépomocí zahrnovalo individuální chlazení každého nástroje. Chlazení bylo prováděno v moči rusovlasých mužů. V evropských zemích byla přijata krutější metoda – propichování těl otroků horkými řeznými nástroji. Soli a kyseliny obsažené v těchto kapalinách umožnily rychle ochladit ocel a zabránit nárůstu napětí na povrchu i uvnitř.

Dnes se kov kalí v muflové peci nebo pomocí jiného zařízení. K jeho chlazení se používají hotové roztoky chemických solí. Někdy se používá ledek a také malé plastové hobliny.

04.jpg

Typ zdroje chlazení závisí na produktu:

  • jednoduché díly z uhlíkové oceli jsou ponořeny do čištěné vody;
  • u komplexních se v něm ředí louh sodný v poměru 1:1 a vzniklý roztok se zahřeje na +50. +60 °C;
  • U tenkých dílů z uhlíkové a legované oceli se kov kalí v oleji.
READ
Jak probíhá kreslení?

Ne však všichni. Jak jsme již uvedli, výrobky z uhlíkové oceli se nejprve umístí do vody a poté se rychle znovu ponoří do olejové lázně, aby se dosáhlo požadovaného konstrukčního stavu a výkonnostních charakteristik.

Teplotní podmínky při kalení kovů

I když se postup tepelného zpracování v každém případě liší, existují určitá pravidla pro různá složení a prostředí, která je třeba dodržovat. Kalení kovu i doma vyžaduje dodržování těchto norem. Mnohdy však pro další použití stačí, aby slitiny po zahřátí přešly do austenitového stavu.

  • Konstrukční oceli, ve kterých je množství uhlíku menší než 0,8 %, se přivedou na teploty umístěné nad přímkou ​​GS a nad bodem Ac3 o 30–50 stupňů.
  • Podobný nárůst je pozorován podél linie PSK.

Před vytvrzením kovu je nutné zkontrolovat teplotu. Pokud se ukáže, že jsou vyšší než doporučené hodnoty, stane se slitina příliš křehkou a křehkou v důsledku zvětšení austenitických krystalů. Nástrojová uhlíková ocel není do tohoto fázového stavu vůbec uvedena.

Výrobky z legovaných kovů mají také své vlastní kritické body zpracování, které lze ovlivnit různými přísadami, které zlepšují určité vlastnosti. Pokud je jich příliš mnoho, komplikuje to výpočet chlazení. Proces jako je kalení ovlivňuje vlastnosti kovu v závislosti na množství karbidů. Pokud je jejich obsah vysoký, musí být výrobek ošetřen při teplotě vyšší než je doporučená, aby přešel do požadovaného stavu austenitové fáze. Hodnota může dosahovat až +1 000 °C.

Hypereutektoidní a některé další slitiny jsou zpracovávány v neúplném cyklu. K vytvrzení v tomto případě dochází při teplotách, které umožňují udržení vysokého obsahu cementitu.

Možné vady po vytvrzení kovu

Při nedodržení určitých pravidel a předpisů tepelného zpracování je vysoká pravděpodobnost poškození výrobku.

05.jpg

Co dává nesprávné kalení kovu:

  • Praskliny a deformace. Ten podléhá protažení a korekci, ale přestávky nelze znovu spojit. Položka je poškozená.
  • Vyhořet. Vyskytuje se při příliš vysokých teplotách, kdy se kov začíná tavit a je oxidován kyslíkem. Slitinu již nelze použít.
  • Přehřát. Vyskytuje se, když teplota nedosáhne bodu tání, ale zrna austenitu začnou hrubnout, což způsobí křehnutí výrobku. K nápravě je nutné nové vytvrzení kovu, výrobek je předpálen.
  • Nízká tvrdost. Je také korigován žíháním a opětovným kalením, když je díl příliš porézní pro použití, k čemuž dochází v důsledku nedostatečné teploty ohřevu, rychlosti tažení a chlazení.
  • Oxidace a dekarbonizace. V důsledku kontaktu se vzduchem se na slitině tvoří neodstranitelné okují, které ji automaticky převádějí do kategorie zmetků. Pečlivé utěsnění pomáhá tomu zabránit.
READ
Jak zjistit tvrdost betonové směsi?

Slitiny se liší složením, vlastnostmi a strukturou a také účelem. Pro získání specifikovaných vlastností je nutné pečlivě vybrat techniku ​​zpracování v souladu se stanovenými parametry. Je docela obtížné dodržovat všechna doporučení doma, takže se častěji používá průmyslové kalení kovu. Jeho cena je nízká ve srovnání se ztrátami, které čekají na „mistra“, když se snaží produkt zpracovat vlastními silami.

Konečné výkonové charakteristiky závisí na druhu, složitosti a délce tepelného zpracování, ať už se jedná o barevné kalení kovu v plném nebo neúplném cyklu, žíhání, tažení nebo rovnání vad. Abyste získali potřebné vlastnosti, musíte přísně dodržovat doporučení a vzít v úvahu přítomnost přísad a nečistot.

Náš zkušený tým redaktorů a výzkumníků přispěl k tomuto článku a zkontroloval jeho přesnost a úplnost.

Tým správy obsahu wikiHow bedlivě sleduje práci redaktorů, aby zajistil, že každý článek splňuje naše vysoké standardy kvality.

Počet zdrojů použitých v tomto článku: 10. Jejich seznam najdete dole na stránce.

Počet zobrazení tohoto článku: 68 661.

Oceli jsou běžné odolné slitiny, a přestože většina ocelí používaných v různých nástrojích má odpovídající úroveň pevnosti, lze je dále kalit, aby se snížilo opotřebení. Po vytvrzení zůstanou čepele nožů déle ostré a nástroje jsou méně náchylné k ohnutí nebo zlomení. Chcete-li prodloužit životnost ocelového dílu, stačí jej zahřát a vytvrdit!

Topná ocel

Krok 1 Zapalte propanovou páječku.

  • Větší plamen produkuje méně tepla, zatímco menší plamen produkuje vyšší teplotu.
  • Foukače ohřívají malou plochu. Pokud potřebujete ohřát poměrně velkou část, budete potřebovat hutní pec (kovárnu).

Při práci s foukačkou Používejte ochranné brýle a rukavice.

Než začnete pracovat s foukačkou, přečtěte si pozorně pokyny a dodržujte bezpečnostní opatření.

  • Používejte silné rukavice, abyste se nepopálili.
  • Pracujte na kovovém nebo ocelovém povrchu, jako je kovadlina, abyste zabránili požáru.

Krok 3 Počkejte, až se ocel změní na třešňově červenou.

  • Skutečná teplota oceli závisí na obsahu uhlíku. Čím více uhlíku ocel obsahuje, tím déle se bude muset zahřívat.
  • Dalším dobrým způsobem, jak zkontrolovat, zda je ocel připravena na kalení, je zjistit, zda se k ní přilepí magnet. Pokud magnet není přitahován, je ocel dostatečně horká. [4] X Zdroj informací

Kalení kovů

Krok 1 Nalijte do žáruvzdorné nádoby.

  • Voda je dobrá pro rychlé kalení horkého kovu, ale může způsobit ohnutí nebo prasknutí tenkého ocelového kusu.
  • Rostlinný olej má vyšší bod varu, takže ocel bude chladnout pomaleji, čímž se sníží riziko praskání. Pokud však horký kov ponoříte do oleje příliš rychle, může se rozstříknout a způsobit požár.
  • Během kalení ocel rychle chladne a stává se pevnější.
  • Než začnete kalit ocel, noste silné rukavice a obličejový štít, aby se rozlitá tekutina nedostala do kontaktu s vaší kůží.
  • Pro případ požáru mějte poblíž hasicí přístroj třídy B.
READ
Jaký je správný název tiskárny?

Krok 3 Vyjměte díl z.

Jakmile kapalina přestane bublat, vyjměte součást z chladicího média. Jak se ocel ochlazuje, voda nebo olej kolem součásti vře. Udržujte část zcela ponořenou v chladicím médiu, dokud kapalina nepřestane vřít a produkovat páru – to by nemělo trvat déle než několik minut. Poté položte vytvrzený díl na pracovní plochu. [7] X Zdroj informací

Kalení nejen zpevňuje ocel, ale také ji činí křehčí, takže Vytvrzenou část neupusťte ani se ji nepokoušejte ohnout.

Z ocelového povrchu setřete veškeré zbývající kalicí médium. Voda je korozivní pro ocel a může poškodit kov, pokud zůstane na povrchu. Důkladně otřete část hadříkem, aniž byste si sundali rukavice. [8] X Zdroj informací

Dovolená v troubě

Krok 1 Předehřejte troubu na 190 °C.

  • Žíhejte kov v malé toustovací troubě, pokud se část do jedné vejde. V tomto případě nebudete muset troubu zabírat a můžete ji využít k jiným účelům.

Krok 2 Umístěte ocelový kus do trouby na tři hodiny.

Umístěte ocelový kus do trouby na tři hodiny. Umístěte jej přímo na mřížku nebo plech na pečení. Počkejte, až se kov v troubě pořádně zahřeje. Při temperování ocel trochu změkne a stane se méně křehkou. [10] X Zdroj informací [11] X Zdroj informací

Pokud musíte použít hořák, namiřte špičku plamene na oblast, kterou chcete ztvrdnout. Pokračujte v zahřívání oceli, dokud dokud si nevšimnete, že kov získá modrý odstín. To znamená, že ocel byla temperována.