Kaljenje je najpomembnejši korak pri toplotni obdelavi jekla.
Preprosto povedano:
Jeklo segrejte do rdeče{0}}vročega stanja (pri čemer se njegova notranja struktura spremeni v "avstenit"), nato pa ga hitro ohladite (v vodo/olje/drug medij), s čimer preprečite, da bi se notranja struktura "počasi vrnila" in jo zaklenila v trd in krhek "martenzit".
Če ga razčlenimo, vključuje tri dejanja:
- Ogrevanje (avstenitizacija)- Jeklo segrejte na približno 800-950 stopinj, kar povzroči, da se notranji atomi prerazporedijo v visokotemperaturno strukturo "avstenit". To je predpogoj; nezadostna temperatura pomeni, da je izguba časa.
- Držanje - Pustite, da toplota prodre skozi jedro, da zagotovite, da je celoten kos temeljito segret in da je struktura enotna.
- Rhitro hlajenje- To je bistvo besede "gašenje". Ključna je hitrost: ohladite ga v nekaj sekundah do desetih sekundah. Ni dovolj časa, da bi se atomi ogljika ponovno -razporedili in razporedili v mehko tkivo (lamelarni perlit/ferit), zato so atomi "zamrznjeni" v prenasičeni, popačeni mreži, ki je martenzit - je izjemno trd, a tudi izjemno krhek.
Na primer: Tako kot pri vrenju vode v loncu (avstenitizacija), če pustimo, da se naravno ohladi, bo nastal navaden led (mehko tkivo); če jo takoj zamrznemo tako, da jo vlijemo v tekoči dušik, se molekule vode ne morejo postaviti v vrsto in oblikovati neurejen trd led (martenzit). Kaljenje je kot "takojšnje zamrzovanje".
Ključne lastnosti:
- Po kaljenju jeklo postane trše, močnejše in bolj{0}}odporno proti obrabi (zahvaljujoč martenzitu).
- Postane pa tudi krhka in ima visoko notranjo obremenitev, zaradi česar je nagnjena k pokanju pri neposredni uporabi.
- Zato se gašenje skoraj nikoli ne uporablja samostojno; takoj mu mora slediti postopek popuščanja (ponovno segrevanje pri nizki temperaturi in nekaj časa zadrževanje), da zmanjšamo krhkost in notranje napetosti ter obnovimo žilavost. Kaljenje + popuščanje=popuščanje, ki se dejansko uporablja v tehniki.
Torej zapomnite si mnemoniko:
Kaljenje je »kaljenje«, popuščanje »reševanje krhkosti«, sta par, oboje nepogrešljivo.
Kako izvajati kaljenje?
Postopek kaljenja je veliko »nežnejši« od kaljenja - ni potrebe po hitrem ohlajanju. Ključni parametri so trije: temperatura kaljenja, čas zadrževanja in metoda hlajenja po出炉. Med njimi temperatura določa vse.
I. Razvrstitev glede na temperaturo kaljenja v tri kategorije (osnovni okvir)
| Vrsta | Temperaturno območje | Organske spremembe | Pridobljene lastnosti |
Tipične aplikacije |
| Nizko{0}}temperaturno kaljenje | 150 ~ 250 stopinj | Prehod iz martenzita v kaljeni martenzit | Trdota ostane v bistvu nespremenjena (HRC nad 55), kar odpravlja nekatere notranje napetosti | Uporablja se za orodja, merilna orodja in dele, ki zahtevajo visoko trdoto in odpornost proti obrabi |
| Srednje{0}}temperaturno kaljenje | 350 ~ 500 stopinj | → Kaljeni perlit | Visoka meja elastičnosti + določena žilavost | Uporablja se za vzmeti, vzmeti in dele, ki zahtevajo elastičnost |
| Visok{0}}temperaturno kaljenje | 500 ~ 650 stopinj | → Kaljeni sorbit | Optimalno ravnovesje trdnosti in žilavosti (kaljeno stanje) | Uporablja se za gredi, ojnice in visoko{0}}trdne brezšivne cevi (tip N80/P110) |
Za jeklene cevi so običajne kaljene cevi, ki jih pogosto vidite, tiste, ki so podvržene visoko-temperaturnemu popuščanju: po kaljenju popustite pri 550–650 stopinjah, da dobite strukturo sorbita "visoka trdnost + dobra žilavost".
II. Posebni koraki postopka kaljenja
1. Kaljenje takoj po kaljenju - načelo je "takoj kaljenje in temperiranje", najbolje je prenesti v peč za kaljenje takoj, ko obdelovanec ni popolnoma ohlajen, da preprečite razpoke zaradi dolgotrajnega kaljenja.
2. Nalaganje v peč za segrevanje - obdelovanec se naloži v peč in segreje ali postavi v peč na ciljno temperaturo. Temperatura je izbrana glede na ciljno strukturo v tabeli, na primer 550~620 stopinj za visoko-temperaturno kaljenje.
3. Zadrževanje (ključni parameter) - omogoča zadostno transformacijo konstrukcije in enakomerno odpravo notranjih napetosti.
Empirična formula je:
Za ogljikovo jeklo in legirano jeklo na splošno ocenite za 1,5–2,5 minute/mm efektivne debeline;
Običajno uporabite tudi "več kot ali enako 2 uri kot spodnjo mejo" za izolacijo;
Legirano jeklo zahteva temeljitejšo izolacijo kot ogljikovo jeklo, ker elementi zlitine počasi difundirajo.
4. Razbremenitev in hlajenje - metoda hlajenja po kaljenju ima relativno majhen vpliv. Običajna praksa je:
Ogljikovo jeklo: zračno hlajenje zadostuje;
Legirano jeklo (zlasti tista, ki vsebujejo Cr, Mn, Ni) je treba počasi ohladiti (v peči ali s peskom), da preprečimo drugo vrsto krhkosti pri popuščanju.
5. Pregled - uporabite merilnik trdote, da preverite, ali je trdota znotraj ciljnega območja, da ugotovite, ali je temperatura popuščanja ustrezna (če je trdota previsoka, naslednjič zvišajte temperaturo popuščanja; če je prenizka, jo znižajte).
III. Tri pasti v delovanju
Razlaga jame
Izogibajte se območju krhkosti zaradi popuščanja Delu legiranega jekla bo padla udarna žilavost pri 250-400 stopinjah (prva vrsta) in počasnem ohlajanju (druga vrsta) - izberite nežno hlajenje ali se izogibajte temu območju
Nezadosten čas zadrževanja. Jedro se ne kali popolnoma, zunanjost je mehka, notranjost pa trda, neenakomerno delovanje
Temperaturno odstopanje 20-30 stopinj razlike pri visokotemperaturnem kaljenju lahko povzroči padec trdote za več HRC, enakomernost temperature peči je zelo pomembna
IV. Upoštevanje v kombinaciji s kaljenjem (celoten postopek kaljenja in popuščanja)
Ogrevanje (Avstenitizacija 800~950 stopinj) → Zadrževanje → Hitro hlajenje (voda/olje/PAG) → [Kaljenje je končano, pridobljen martenzit]
→ Takoj prenesite v peč za kaljenje → Zadržite pri ciljni temperaturi (kot je 580 stopinj × 2h) → Zračno hlajenje/počasno hlajenje → [Kaljenje in popuščanje sta končana, pridobljen sorbit]
→ Pregled trdote/učinkovitosti
Pomnenje: Kaljenje določa "trdoto", popuščanje določa "žilavost", izbira temperature je točna, čas je zadosten, hlajenje je odvisno od vrste jekla.
