Stanovení teploty při tepelném zpracování lze provést na základě barvy ohřáté oceli nebo pomocí měřicích přístrojů.
Mezi měřicí přístroje pro měření teplot patří různé teploměry (manometrické teploměry, odporové teploměry atd.), termočlánky, optické pyrometry, termoelektrické pyrometry a termotužky Pro stanovení tvrdosti kovu se používají následující metody. Nepřesné metody: vzorek pilníkem, zkouška podle barvy jiskry při ostření výrobku na brusném kotouči (viz také odstavec 3.3). Přesné metody stanovení tvrdosti: podle Brinella (vlisování ocelové kuličky do zkoušeného kovu, označení tvrdosti HB), podle Rockwella (vlisování diamantového kužele do zkoušeného kovu, označení HR, HRB, HRC a HRA), podle Vickerse (zalisování diamantového jehlanu do zkušebního materiálu, označení HV), dále metodou Shore elastic recoil (na základě výšky odrazu míče nebo úderníku od ošetřovaného povrchu, označení HSD).
Žíhání oceli Žíhání je tepelná operace, která zahrnuje zahřátí materiálu na určitou teplotu, udržování na této teplotě a pomalé ochlazování.
Účelem žíhání uhlíkové oceli je zmírnit vnitřní pnutí, získat jemnozrnnou ocelovou strukturu, snížit tvrdost, zlepšit obrobitelnost a zvýšit tažnost a houževnatost oceli.
Existují tyto druhy žíhání uhlíkových ocelí: pro odstranění kalení, difúze, rekrystalizace, izotermické, pro zrnitý perlit, normalizace.
Difúzní žíhání – ohřev oceli na teplotu 1000–1250 °C (optimální teplota 1150 °C), udržování na této teplotě po určitou dobu a následné pomalé ochlazování po dobu 6–8 hodin na teplotu 800–890 °C v pec, a pak – na vzduchu. Účelem této operace je snížit heterogenitu chemického složení dílů s intrakrystalickou segregací. Tato operace se používá pro velké ocelové odlitky a velké ingoty z legované oceli.
Dříve používaný nástroj (kladivo, dláto, děrovač, pilník, matrice atd.) je podroben normalizaci za účelem jeho přepracování nebo opravy. Žíhání tohoto typu je založeno na zahřátí oceli na určitou teplotu, jejím krátkém udržení na této teplotě a následném postupném ochlazování na vzduchu.
Žíhání oceli se provádí v pecích určených k ohřevu oceli různými procesy tepelného zpracování.
Kalení oceli Kalení je technologický proces tepelného zpracování používaný k získání vysokých mechanických vlastností ocelových výrobků změnou jejich struktury. Kalení spočívá v zahřátí výrobku na určitou teplotu, jeho udržení na této teplotě, aby se vyrovnal po celém průřezu výrobku, a rychlém ochlazení. Používají se tyto druhy kalení: v jednom nebo dvou chladičích, proudové, krokové a izotermické.
Způsob ohřevu oceli má velký vliv na celý následný proces tepelného zpracování. Před ohřevem oceli pro kalení musíte nejprve určit typ a třídu oceli. Pokud ocel nebyla žíhána, měla by být žíhána. Ocel musí být očištěna od nečistot a stop mastnoty.
Čím nižší je obsah uhlíku v oceli, tím vyšší je teplota ohřevu.
Ohřev výrobků pro kalení se provádí jedním ze tří způsobů: v pecích s plynovou atmosférou – topný olej, olej, plyn, elektrický; v lázních s kapalnými médii – roztavené soli nebo kovy; vysokofrekvenční proudy.
Rychlost ohřevu výrobků závisí na způsobu jejich pokládky, hmotnosti výrobků vložených do pece nebo lázně, jejich celkových rozměrech a tepelné vodivosti.
Doba ohřevu válcových dílů na 800 mm v průměru na 1 °C v elektrických pecích je přibližně 40–50 s, v pecích na topný olej a olej 35–40 s.
Olověné nebo solné lázně se používají jako kapalné médium pro ohřev až na 800 °C. Doba ohřevu v olověné lázni na průměr 1 mm je 6–8 s, v solné lázni 12–15 s.
Udržení produktu na vytvrzovací teplotě je nezbytné pro vyrovnání teploty v celém úseku a zajištění dokončení strukturálních přeměn, ke kterým dochází. Doba výdrže závisí na chemickém složení oceli, její tepelné vodivosti, velikosti, tvaru a hmotnosti kalených výrobků. V praxi se doba výdrže považuje za 20–30 % z celkové doby ohřevu na danou teplotu.
Výrobek by měl být správně umístěn do trouby nebo lázně, aby nedošlo k deformaci.
Zahřívání by mělo být pozvolné (je třeba zabránit náhodnému zvýšení teploty) a provádět tak, aby se zahřála celá hmota materiálu (výrobky je nutné často obracet). Zahřívání oceli musí být monitorováno, aby nedošlo k přehřátí a vyhoření. Aby se zabránilo oxidaci oceli, lze použít neutrální atmosféru v komoře pece.
Doba a teplota ohřevu oceli pro kalení závisí na druhu a jakosti oceli, hmotnosti a tvaru výrobku. Například uhlíková ocel se postupně zahřeje z 0 na 350 °C a po dosažení této teploty ji lze rychle zahřát na kalicí teplotu.
Při zahřívání oceli dochází ke strukturálním změnám, které v závislosti na době výdrže na dané teplotě mají velký vliv na mechanické vlastnosti oceli. Použití nesprávné metody nebo metody k ohřevu oceli povede k oxidaci nebo oduhličení povrchu, což způsobí změnu vlastností oceli. Takovýmto nežádoucím jevům lze předejít použitím elektrických pecí k ohřevu.
Pro ochranu výrobků při ohřevu před oxidací a oduhličením je v pracovním prostoru pece vytvořeno ochranné neutrální plynové prostředí, při nemožnosti vytvoření ochranného plynového prostředí jsou výrobky pro ohřev baleny do krabic s použitým nauhličovačem, páleným azbestem, hořlavým azbestem, hořlavým plynem a hořlavinou. Na výrobek se nanáší nezoxidované litinové hobliny nebo povlak.
Podle požadavků na výrobky se používají tyto způsoby vytvrzování: v jedné nebo dvou kapalinách nebo kapalných médiích – voda, olej; postupné – chlazení v roztavené soli a na vzduchu; izotermický – chlazení v roztavené soli na teplotu asi 300 °C až do úplné transformace austenitu a poté ve vodě nebo na vzduchu.
Pro získání tvrdé povrchové vrstvy a měkkého a plastového jádra se používá kalení samopopouštěním (pro kalení nástroje).
Pro snížení vnitřních tepelných pnutí a deformací při kalení se používá kalení s chlazením.
Mezi chladicí kapaliny patří oleje (speciální kalicí olej, strojní nebo vřetenový olej), voda a také různé druhy roztoků (mýdlo, kyselina nebo kuchyňská sůl ve vodě atd.). Rostlinný olej se k otužování nepoužívá.
Způsob chlazení a druh chladiva při kalení oceli závisí na druhu a jakosti oceli, na požadovaném stupni kalení a také na konfiguraci a velikosti kaleného dílu
Tepelné zpracování rychlořezné oceli Rychlořezné oceli patří do skupiny vysoce legovaných ocelí. Vyznačují se odolností proti červené a zachovávají si vysokou pevnost, tvrdost a odolnost proti opotřebení při zahřátí na 600–700 °C. Používá se pro výrobu vysoce výkonných řezných nástrojů. Hlavními legujícími materiály těchto ocelí jsou wolfram, vanad a chrom.
Tepelné zpracování rychlořezných ocelí má řadu vlastností, což je způsobeno jejich sníženou tepelnou vodivostí, přítomností značného množství karbidů v jejich struktuře a také nízkou tažností oceli.
Nástroj z rychlořezné oceli se zahřívá na kalicí teplotu ve stupních: nejprve pomalu na teplotu 800–850 °C, poté rychleji na teplotu konečného kalení 1200–1300 °C. Stupňovitý ohřev zabraňuje tepelnému namáhání snížením teplotního rozdílu mezi povrchem a jádrem produktu.
Aby se nástroj chránil před oduhličením, před zahřátím se ponoří do nasyceného roztoku boraxu. Někdy se nástroj předehřátý na 800–850 °C potáhne před konečným ohřevem dehydratovaným boraxovým práškem.
Při kalení rychlořezných ocelí se jako chladicí médium používá zahřátý minerální olej nebo se nástroj chladí na vzduchu.
Struktura kalené rychlořezné oceli se skládá z primárního martenzitu, zbytkového austenitu a komplexních karbidů.
Popouštění rychlořezné oceli by mělo být provedeno co nejrychleji ihned po kalení. Zpravidla se doporučuje vzít si více dovolených.
Ocel se zahřívá postupně a rovnoměrně na popouštěcí teplotu (teplota ohřevu oceli při popouštění se pohybuje v rozmezí 380–570 °C v závislosti na jakosti oceli). Expozice po zahřátí se provádí po dobu jedné hodiny. Chlazení se provádí na vzduchu
Pokud se po kalení rychlořezná ocel zpracovává za studena při teplotě –80 °C, pak se provádí pouze jedno popouštění.
Po tepelném zpracování se struktura rychlořezné oceli skládá z temperovaného martenzitu a karbidů.
Teplota ohřevu rychlořezné oceli pro kování je v závislosti na jakosti 950–1150 °C. V první periodě se zahřívá postupně na 850 °C a poté rychle na požadovanou kovací teplotu. Po vykování se ocel postupně ochladí v písku nebo popelu.
Pro snížení tvrdosti oceli se zahřeje na teplotu 800–850 °C a teplota se na průřezu vyrovná. Postupně se ochladí na teplotu 650 °C. Další chlazení lze provádět na vzduchu (tabulka 24).
4.7. Povrchové kalení oceli
Povrchové kalení oceli spočívá v rychlém zahřátí povrchové vrstvy oceli na teplotu výrazně nad kritickou teplotou a následném rychlém ochlazení. To zajišťuje vysokou tvrdost povrchu s měkkým a plastovým jádrem dílu.
V průmyslu se pro povrchové kalení používají tyto způsoby ohřevu: plynový plamen (acetylen-kyslíkový plamen); kontaktní nebo indukční elektrický ohřev; v elektrolytu; v solných a kovových lázních.
Pro indukční ohřev se používá průmyslový, střední a vysokofrekvenční proud.
10% roztoky kuchyňské soli, potaše a uhličitanu sodného se používají jako elektrolyty při zahřívání průchodem proudu mezi katodovou částí a tělesem lázně – anodou.
Hlavní výhodou povrchového kalení oceli je zvýšení odolnosti součásti vůči různým druhům dynamického zatížení (například ohyb, smyk) při zachování vysoké odolnosti proti opotřebení. Tato metoda vytváří tvrdý povrch odolný proti opotřebení a tvárné jádro.
Použitím povrchového kalení oceli se zkracuje doba zpracování, protože ohřev netrvá dlouho. Při krátké době zpracování nedochází k oduhličení a oxidaci oceli. Zahřívání pouze vnější vrstvy eliminuje možnost velkých pnutí.
Pro ohřev oceli plynovým plamenem při povrchovém kalení se používá hořák napojený na acetylenové a kyslíkové lahve. Povrch výrobku se zahřívá acetylen-kyslíkovým plamenem. K hořáku je připojena tryska, kterou je přiváděna voda. Plamen hořáku, který se pohybuje určitou rychlostí nad povrchem oceli, jej zahřívá a tryskou umístěnou za hořákem a pohybující se s ním je na zahřátý povrch přiváděna voda, která rychle ochlazuje produkt
Tepelné zpracování některých typů nástrojů Čerstvě vyrobený závitník nebo matrice nejsou žíhané: tyto nástroje jsou vyrobeny z žíhané oceli. Protože závitníky a matrice jsou vyrobeny z nástrojové uhlíkové oceli U11A s obsahem uhlíku cca 1,1 %, je teplota ohřevu nástroje pro kalení 760–780 °C (výhřevná barva je tmavě třešňová), popouštění se provádí při teplotě 230–240 °C (barvy plaku: světlá sláma, sláma, tmavá sláma, žlutá, přecházející do tmavě žluté). Kohouty a raznice se chladí ve vodě.
Tvrdost po kalení je HRC 62.
Vrtáky, výstružníky a průbojníky jsou vyrobeny z nástrojové uhlíkové oceli U10A nebo U11A s obsahem uhlíku 1,0–1,1 %. Teplota vytvrzování je 760–780 °C (teplá barva je tmavě třešňová). Nástroj je temperován při teplotě 220–240 °C (barvy vzoru: světlá sláma, sláma, sláma tmavá, žloutnutí). Nástroj je chlazen ve vodě.
Pilníky, škrabky a řezné nástroje jsou vyrobeny z vysoce uhlíkové nástrojové oceli U12A nebo U13A s obsahem uhlíku 1,15–1,3 %. Teplota vytvrzování je 760–780 °C (barva tepla se pohybuje od červené po třešňovou). Uvolněte nástroj při teplotě 180–230 °C (barva nánosu je od bílé po žlutou). Chlazení se provádí ve vodě.
Kovací nástroje, kovoobráběcí kladiva a sekery jsou vyrobeny z nástrojové uhlíkové oceli U7 nebo U7A s obsahem uhlíku 0,6–0,7 %. Teplota vytvrzování je 800–820 °C (teplá barva je třešňová až světle třešňová). Chlazení se provádí ve vodě. Kalení kovoobráběcích bucharů se provádí při teplotě 250–260 °C, kovacích nástrojů a seker – při teplotě 290 °C.
Líbil se vám článek? Přidejte si ji do záložek (CTRL+D) a nezapomeňte ji sdílet se svými přáteli:
