Co je kalení?

V metalurgii je kalení definováno jako „řízený odběr tepla“. Nejdůležitější slovo v této definici je „kontrolováno“. Kalení je rychlý způsob návratu kovů na pokojovou teplotu po tepelném zpracování, aby se zabránilo tomu, že proces ochlazování výrazně změní mikrostrukturu kovu. Ponořením kovového předmětu do oleje nebo vody se volba kapaliny nebo nuceného vzduchu nazývá médium, po kterém se kov při jeho formování rychle ochladí z vysokých teplot. To se často používá k zachování mechanických vlastností souvisejících s krystalovou strukturou nebo fázovou distribucí, které se při pomalém ochlazování ztrácejí. Tato technika se obvykle používá na ocelové předměty, které dodávají tvrdost. Na druhé straně měděné předměty zpevněné kladivem nebo jinou deformací při normální teplotě lze vrátit do tvárného stavu zahřátím a kalením.

Jak uhasit

Běžně používaná zhášecí média zahrnují speciální polymery, nucenou konvekci vzduchu, sladkou vodu, solanku a olej. Voda je účinné médium, když je cílem dosáhnout maximální tvrdosti oceli. Použití vody však může způsobit prasknutí nebo deformaci kovu.

Pokud není požadována extrémní tvrdost, lze při kalení použít minerální olej, velrybí olej nebo bavlníkový olej. Nezasvěcenému se může proces kalení zdát dramatický. Když obráběč kovů přenáší horký kov do zvoleného média, stoupá z kovu velké množství páry.

Kalící médium

Pro provádění procesu zhášení je k dispozici celá řada kalících médií. Každé médium má své vlastní jedinečné vlastnosti zhášení. Ohledy na typ použitého média zahrnují rychlost zhášení, environmentální problémy zhášecího média, výměnu zhášecího média a náklady na zhášecí médium. Níže jsou uvedeny hlavní typy zhášecích médií:

Vzduch

Olej

voda

solankou

Vzduch

Vzduch je oblíbené kalicí médium používané k chlazení kovů pro kalení. Cenová dostupnost je jednou z hlavních výhod vzduchu. Jeho cenová dostupnost je výsledkem jeho hojnosti na Zemi. Ve skutečnosti je jakýkoli materiál, který je zahřátý a poté ochlazen na pokojovou teplotu pouhým stáním samostatně, považován za zchlazený vzduchem. Hašení vzduchem je také záměrnější, když je stlačováno a nuceno kolem ochlazovaného kovu. To ochlazuje součásti rychleji než nehybný vzduch, i když i stlačený vzduch může stále chladit mnoho kovů příliš pomalu na to, aby se změnily mechanické vlastnosti.

Olej

Olej dokáže uhasit zahřátý kov rychleji než stlačený vzduch. Pro uhašení olejem umístěte zahřátou část do nádrže naplněné nějakým druhem oleje. Olej lze také propláchnout díly. Kvůli různým rychlostem ochlazování a bodům vzplanutí se obvykle používají různé typy olejů v závislosti na aplikaci. Rychlost kalení ropy je však mnohem menší než rychlost zhášení vody. Ferit a troostit se mohou tvořit i v malých porcích. Střední rychlosti mezi vodou a olejem lze dosáhnout vodou obsahující 10-30 procent Ucon, což je látka s inverzní rozpustností, a proto se ukládá na předmětech, aby zpomalila rychlost chlazení. Aby se minimalizovala deformace, dlouhé válcové předměty by měly být kaleny vertikálně, přičemž okraje plochých částí a tlusté části vstupují do roztavené lázně jako první. Aby se zabránilo vytváření měkkých míst bublinkami páry, měla by být vodní zhášecí lázeň promíchána.

Voda

Voda je také schopna rychle uhasit zahřáté kovy. Chladí kov rychleji než olej. Podobným způsobem jako při kalení oleje se nádrž naplní vodou a ohřátý kov se do ní ponoří. Může být také proplachován částmi. Jednou z výhod vody je, že hořlavost média není problémem. Voda je navíc jedním z nejúčinnějších zhášecích médií vyžadujících maximální tvrdost, ale je náchylná k deformaci a praskání výrobku. Tam, kde lze obětovat pevnost, použijte velrybí, bavlníkové a minerální oleje. Ty mají tendenci oxidovat a tvořit kal, což snižuje účinnost.

Solanka

Solanka je směs vody a soli. Slaná voda se ochlazuje rychleji než vzduch, voda a olej. Důvodem je to, že směs soli a vody zabraňuje tvorbě bublin při kontaktu s ohřátým kovem. To znamená, že větší část povrchu kovu bude pokryta kapalinou, spíše než bublinami.

Kalená ocel

Při diskusi o procesu kalení si ocel zaslouží zvláštní zmínku, protože její mechanické vlastnosti jsou velmi citlivé na kalení. Prostřednictvím procesu kalení nazývaného kalení se ocel zvýší na teplotu nad svou rekrystalizační teplotou a rychle se ochladí během procesu kalení. Oproti pomalému ochlazování mění rychlé kalení krystalickou strukturu oceli. V závislosti na obsahu uhlíku a legujících prvcích oceli může zanechat tvrdší a křehčí mikrostrukturu, jako je martenzit nebo bainit, protože prochází procesem kalení. Tyto mikrostruktury vedou ke zvýšení pevnosti a tvrdosti oceli. Dělají však ocel náchylnou k praskání a značně snižují tažnost. Z tohoto důvodu jsou některé oceli po procesu kalení žíhány nebo normalizovány.

Proces kalení

Proces kalení je navržen tak, aby změnil mikrostrukturu kovu ve spojení s tepelnými procesy. Pokud se to provede správně, dosáhne to maximální pevnosti a dobré tažnosti v odlitku.

Kalení oceli se obvykle provádí ponořením do vody, oleje, roztoku polymeru nebo soli, i když se někdy používá nucený vzduch. V důsledku kalení musí výrobní hardware vyvinout přijatelnou kalenou mikrostrukturu a v kritických oblastech musí mechanické vlastnosti po temperování součásti splňovat minimální specifikace. Účinnost kalení závisí na chladicích vlastnostech kalícího média ve vztahu ke schopnosti kalení oceli. Výsledky se proto mohou lišit v závislosti na složení oceli nebo míchání, teplotě a typu kalícího média.

K úspěchu procesu přispívá návrh systému kalení a důkladnost údržby systému. Konstrukce součásti také přispívá k mechanickým vlastnostem a zkreslení v důsledku kalení.