Poznámka: tyto materiály slouží pouze pro opakování STT žáků SPŠ Na Třebešíně, Praha 10;s platností do r. 2016 vnávaznosti na platnost norem. Zákaz šířěnía modifikace těchto materiálů. Děkuji Ing. D. Kavková Tepelné zpracování kovových materiálů KALENÍ
Použití zvýšení stupně tvrdosti materiálu zvýšení odolnosti proti opotřebení vysoká rychlost ochlazení (transformace austenitu na martenzit) kalící teplota t k = (30 až 80) C nad A 3
Kalící linka
teplota [ C] Pásmo kalících teplot ocelí t k = (30 až 80) C nad A 3 A cm A 3 A 1 A 1 = A 3 obsah C [%]
tvrdost HV Vliv obsahu uhlíku a TZP na tvrdost ocelí 1000 martenzitické kalení 800 600 martenzit 400 200 0 globulární perlit 0,4 0,8 1,2 obsah C[%] žíháno na měkko
Struktura eutektoidní oceli tepelné zpracování mormalizační žíhání žíhání na měkko izotermické zušlechťování martenzitické kalení termální kalení izotermické kalení patentování přímé bainitické kalení zušlechťování popouštění za nízkých teplot částečné zakalení výsledná struktura lamelární perlit globulární perlit bainit a zbytkový austenit martenzit a zbytkový austenit martenzit a zbytkový austenit martenzit, bainit a zbytkový austenit perlit, bainit a zbytkový austenit bainit, martenzit a zbytkový austenit sorbit popuštěný martenzit perlit, bainit, martenzit a zb.austenit
Kalitelnost ocel musí být kalitelná, aby zakalením získala vysokou tvrdost kalitelnost - závisí na obsahu uhlíku C < 0,3% - ocel nekalitelná C > 0,35 % dobře kalitelná ocel - s rostoucím obsahem uhlíku je ocel po zakalení tvrdší
Prokalitelnost hloubka zakalení - důležitá pro mnoho výrobků (popř. zakalení součásti v celém průřezu) závisí na obsahu přísad - dána tvarem ARA diagramu uhlíková ocel - prokalena v celém průřezu do ø 5mm vysokolegovaná ocel - tloušťka až nad 300mm hloubka zakalení určena Jominyho zkouškou
Čelní zkouška prokalitelnosti (Jominyho) ohřev zkušební tyče na kalící teplotu (austenitizace) ochlazení proudem vody na čele ochlazovací rychlost se s rostoucí vzdáleností od čela zmenšuje
Vyhodnocení zkoušky po zakalení vybroušeny na povrchu tyče dvě protilehlé plošky hloubky 0,4mm - měřena tvrdost HV (HRC) v určité vzdálenosti od čela - hodnoty vyneseny do diagramu (křivka či pás prokalitelnosti)
Pás prokalitelnosti naměřené hodnoty vyneseny do diagramu tvrdost HV - vzdálenost od čela [mm] určení hloubky prokalení
Kalící prostředí voda - intenzivní ochlazovací prostředí 1 parní polštář 2 rychlé ochlazování 3 ochlazování vedením a prouděním vhodné pro oceli (uhlíkové) s malou prokalitelností
Kalící prostředí olej - obdoba vody s mírnějším účinkem solné lázně vzduch - pro hluboce prokalitelné oceli - příznivé z hlediska vzniku a rozložení vnitřních pnutí (nebezpečí oduhličení)
Rozdělení kalení martenzitické bainitické nepřetržité nepřetržité přetržité (lomené, termální, se zmrazováním) izotermické
Kalení martenzitické - nepřetržité ochlazení součásti v prostředí teploty t < M s struktura martenzit a zbytkový austenit musí následovat popouštění 20 μm
Struktura nadeutektoidní oceli kalící teplota (30 až 80) C nad A C3 - jemný martenzit s nerozpuštěnými karbidy kalící teplota nad A cm - velmi hrubý martenzit, všechny karbidy rozpuštěny (500x, nital)
Kalení martenzitické - nepřetržité teplota M s - funkce stavu austenitu (chemické složení) martenzitická transformace - bez inkubační doby - zvýšení podílu martenzitu (snížení teploty) vysoká rychlost růstu částic (10 3 m.s -1 ) 50 μm
teplota ( C) olej voda Kalení martenzitické - lomené A 3 A A 3 F + P P P + C A 1 kalení A 1 popouštění obsah C (%) čas (s)
olej voda t ( C) Kalení martenzitické - lomené ochlazování součásti ve dvou studených lázních po sobě (voda - olej) změna prostředí - teplota t > M s - dochlazení v oblasti A 3 A 1 t < M s použití - tvarově složitější součásti čas (s)
Kalení martenzitické - termální ochlazování v solné lázni teploty t = (20 až 30) C > M s výdrž pro vyrovnání teplot pomalé ochlazování volně na vzduchu použití - tvarově složitější součásti - snížení pnutí, deformací
Kalení martenzitické - se zmrazováním použití - stabilizace rozměrů - měřidla, valivá. ložiska aj.
Kalení martenzitické - se zmrazováním oceli s teplotou M f < 0 C ochlazování ve dvou lázních po sobě voda - líh (- 80 C); voda - kapalný dusík (-196 C) primárně vzniklý martenzit sekundárně vzniklý martenzit při zmrazování zbytkový austenit
Kalení bainitické - nepřetržité plynulé rychlé ochlazování s rozpadem austenitu na bainit, martenzit a zbytkový austenit obvykle následuje popouštění použití - vysokolegované oceli
Kalení bainitické - izotermické 1- izotermické zušlechťování: R m až 2000 MPa, nevzniká martenzit nepopouštíme 2 - izotermické kalení: určitý podíl martenzitu popouštíme
Kalení bainitické - izotermické izotermický rozpad austenitu v solných či kovových lázních s dochlazením obvykle na vzduchu použití - středně prokalitelné oceli menších průřezů
Kalení bainitické - izotermické
teplota Základní postupy kalení podeutektoidní středně legovaná ocel nadkritická rychlost (1) kritická rychlost (2) (austenit se transformuje v rozmezí M s - M f na martenzit) podkritická rychlost (3) (směs bainitu a martenzitu) A n M s A + M M f A A + B 1 2 3 F + P čas - log τ A C3 A C1
teplota Základní postupy kalení A A C3 A C1 1 2 M s A n A + M A + B F + P 3 M f 1 2 3 čas - log τ
Kalení v ochranné atmosféře výhody - povrch bez opalu a okují - minimální deformace použití - nástrojové oceli (lisovací formy a kovací zápustky) - zušlechťování hřídelí, ozubených kol, vaček a jiných součástí pro textilní, automobilový, letecký a vojenský průmysl
Kalení v ochranné atmosféře pec SOLO třídy Profitherm 300 tvorbu ochranné atmosféry zabezpečuje propan, metanol a dusík vysoce kvalitní kalící oleje s různými ochlazovacími křivkami
Vakuové kalení vakuum v peci vytvořeno a udržováno soustavou vakuových vývěv vsázka zavážena na speciálních roštech ohřev zajištěn grafitovými odporovými tyčemi ochlazování (vlastní kalení) u přetlakových pecí proudem dusíku (do komory vháněn přetlakem 0-10 bar)
Vakuové pece - příklady Kalící pece B84 TR a Schmetz II Vakuová kalicí a popouštěcí pec B84TR
Vakuové pece - příklady maximální pracovní teplota/přetlak dusíku - pec TAV TPF-FastJet - 1300 C / 10 Bar
Vakuové pece - příklady maximální pracovní teplota 1300 C
Kalení laserem použití - všechny druhy kalitelných ocelí (obsah C > 0,3%) - všechny druhy kalitelných litin (rozhodující je obsah C v základní struktuře) - kalení součástí opracovaných na hotovo (nevzniká vnitřní pnutí) - nepatrné tepelné zatížení kalených součástí (malá tepelná spotřeba)
Laserové kalení systémem LACID šířka stopy max. 17mm nevznikají nataveniny v místech hran, břitů, otvorů apod. vysoký kalící gradient do základního materiálu chladící prostředky ani jiné chemikálie nepoužity možnost tzv. dodatečného zakalení (zvýšení tvrdosti např. z 50HRC na 60HRC)
Střižník střižného nástroje rozměry - 300 x 1200 x 30mm opracování - kalení střižné hrany prokalením 1mm, deformace < 0,02mm materiál - ocel 1. 2379 laser - Nd:YAG Laser, cca. 3 kw
Hlubokotažný nástroj - boční rám (BMW) rozměry 3600 x 2600 x 1000 mm hmotnost - 14.8 tun hloubka prokalení 1mm materiál - ocelolitina GGG70L laser - Nd:YAG Laser, cca. 3 kw
Zdroje Mechanizmus a kinetika rozpadu austenitu Strojírenská technologie 1 - Hluchý a kol. www.gma.cz www.mwcr.cz www.silvaart.cz www.galvamet.cz www.linearnitechnika.cz www.vscht.cz www.hk-haertetechnik.de www.mepac.cz