Ako kalenie kalí oceľ pri obrábaní kovov

Kalenie je rýchly spôsob, ako kov po uplynutí času opäť priviesť na izbovú teplotu tepelné spracovanie aby sa zabránilo tomu, že proces chladenia dramaticky zmení mikroštruktúru kovu. Kovoobrábanie to robí umiestnením horúceho kovu do kvapaliny alebo niekedy do núteného vzduchu. Výber kvapaliny alebo núteného vzduchu sa označuje ako médium.

Bežné médiá na ochladzovanie zahŕňajú polyméry na špeciálne účely, nútené prúdenie vzduchu, sladkú vodu, slanú vodu a olej. Voda je účinným médiom, keď cieľom je dosiahnuť, aby oceľ dosiahla maximálnu tvrdosť. Použitie vody však môže viesť k praskaniu kovu alebo k jeho zdeformovaniu.

Ak nie je potrebná extrémna tvrdosť, môže sa namiesto toho v procese kalenia použiť minerálny olej, veľrybí olej alebo bavlníkový olej. Proces kalenia môže vyzerať dramaticky pre tých, ktorí s ním nie sú oboznámení. Keď kovovýrobcovia prenášajú horúci kov na zvolené médium, z kovu vo veľkej miere stúpa para.

Nižšie rýchlosti ochladzovania dávajú termodynamickým silám väčšiu príležitosť na zmenu mikroštruktúry, a to často môže byť zlá vec, ak táto zmena v mikroštruktúre oslabí kov. Niekedy je tento výsledok preferovaný, a preto sa na kalenie používajú rôzne médiá. Napríklad ropa má rýchlosť ochladzovania, ktorá je oveľa nižšia ako voda. Kalenie v kvapalnom médiu vyžaduje premiešanie kvapaliny okolo kovového kusu, aby sa znížila para z povrchu. Kapsy pary môžu brániť procesu kalenia, preto je potrebné sa im vyhnúť.

Často sa používa na stvrdnutie ocele, kalenie vody z teploty nad austenitické teplota spôsobí zachytenie uhlíka vo vnútri austenitickej latky. To vedie k tvrdému a krehkému martenzitickému štádiu. Austenit sa týka zliatin železa s gama-železnou bázou a martenzit je tvrdý typ oceľovej kryštalickej štruktúry.

Kalený oceľový martenzit je veľmi krehký a namáhaný. Výsledkom je, že kalená oceľ sa obvykle podrobuje temperovaniu. Zahŕňa to zahriatie kovu na teplotu pod kritickým bodom a potom jeho ochladenie na vzduchu.

typicky oceľ sa následne temperuje v oleji, soli, olovených kúpeľoch alebo peciach so vzduchom cirkulovaným ventilátormi, aby sa obnovili niektoré kujnosť (schopnosť odolávať namáhaniu v ťahu) a húževnatosť stratené konverziou na martenzit. Po temperovaní kovu sa ochladí rýchlo, pomaly alebo vôbec, v závislosti od okolností, najmä či je daný kov citlivý na krehkosť po temperovaní.

Okrem teploty martenzitu a austenitu zahrňuje tepelné spracovanie kovu teplotu feritu, perlitu, cementitu a bainitu. Transformácia delta feritu nastane, keď sa železo zahreje na vysokoteplotnú formu železa. Podľa Zvárací inštitút vo Veľkej Británii tvorí „pri ochladzovaní nízkych koncentrácií uhlíka v zliatinách železo-uhlík z tekutého stavu pred premenou na austenit“.

Pearlit sa vytvára pri pomalom ochladzovaní zliatin železa. Bainit má dve formy: horný a dolný bainit. Vyrába sa pri nižšej rýchlosti ochladzovania ako tvorba martenzitu, ale pri vyššej rýchlosti ochladzovania ako ferit a perlit.

Kalenie bráni štiepeniu ocele z austenitu na ferit a cementit. Cieľom je, aby oceľ dosiahla martenzitickú fázu.

Každé médium, ktoré je k dispozícii pre proces kalenia, má svoje výhody a nevýhody, a je na kovovýrobcoch, aby rozhodli, čo je najlepšie na základe konkrétnej práce. Toto sú niektoré z možností:

Zahŕňajú vodu, rôzne koncentrácie slanej vody a sódu. Toto sú najrýchlejšie spôsoby ochladzovania kovov počas procesu kalenia. Okrem možného deformácie kovu sa musia prijať bezpečnostné opatrenia aj pri používaní hydroxidu sodného, ​​pretože môžu byť škodlivé pre pokožku alebo oči.

Toto je tendencia byť najobľúbenejšou metódou, pretože niektoré oleje stále dokážu rýchlo ochladiť kovy, ale bez toho istého rizika ako voda alebo iné žieraviny. Oleje však prichádzajú s rizikom, pretože sú horľavé. Preto je pre kovovýrobcov dôležité poznať limity olejov, s ktorými pracujú, pokiaľ ide o teploty a hmotnosť nákladu, aby sa zabránilo požiarom.

Zatiaľ čo nútený vzduch je bežný, dusík je ďalšou obľúbenou možnosťou. Plyny sa často používajú pre hotové kovy, ako sú nástroje. Rýchlosť chladenia sa dá regulovať nastavením tlaku a vystavenia účinkom plynov.