Číslo projektu
CZ.1.07/1.5.00/34.0514
Číslo a název šablony klíčové aktivity
III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT
Tematická oblast
Strojírenská technologie, vy_32_inovace_MA_22_14
Autor
Ing. Martin Sadílek
Ročník
2.
Obor
Nástrojař, Obráběč kovů
Datum
09. 01. 2013
Anotace
Prezentace nové látky – Kalení
Použité zdroje a odkazy: SLINKY PUPPET. en.wikipedia [online]. [cit. 9.1.2013]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:CCT_curve_steel.svg UNBOUND. en.wikipedia [online]. [cit. 9.1.2013]. Dostupný na WWW: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Steel_035_water_quenched.png HORTON, J.. en.wikipedia [online]. [cit. 9.1.2013]. Dostupný na WWW: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Dqsk-steel-bainitic-weld-tem-image.png DORAZIL, Eduard a kol. Nauka o materiálu I. Brno: SNTL, 1986, ISBN 411-33681. HLUCHÝ, Miroslav, Oldřich MODRÁČEK a Rudolf PAŇÁK. Strojírenská technologie 1-2. díl. 3., přeprac. vyd. Praha: Scientia s.r.o., 2002. ISBN 80-7183-265-0.
http://www.zlinskedumy.cz
6. Kalení Kalení je tepelné zpracování, jehož cílem je zvýšit tvrdost materiálu. Vzniklé struktury jsou částečné nebo zcela nerovnovážné (v rovnovážném diagramu Fe – Fe3C je nenajdeme) Tepelný cyklus kalení tvoří :
1. Ohřev na kalící teplotu
teplota
2. Krátká výdrž – vyrovnání teploty 3. Ochlazení nadkritickou rychlostí
čas
6.1 Druhy kalení Kalení martenzitické
bainitické
nepřetržité
nepřetržité přetržité
lomené
termální
přetržité (izotermické)
se zmrazováním
6.2 Oblasti kalících teplot
•
podeutektoidní oceli se kalí z teplot 30 – 50 °C nad teplotou AC3
•
nadeutektoidní oceli se kalí z teplot 30 – 50 °C nad teplotou AC1
•
u nadeutektoidních ocelí se při přehřátí rozpouští cementit v austenitu, což má za následek vyšší podíl zbytkového austenitu ve výsledné struktuře a tím snížení tvrdosti
Acm Ac3 Ac1
6.3 Rozpad austenitu Podstatou kalení je přeměna austenitu na nerovnovážnou strukturu, a tedy ochlazování dostatečně velkou rychlostí – nadkritickou. Průběh ochlazování je možné studovat v diagramu ARA (anizotermického rozpadu austenitu) Chladící křivka (1) znázorňuje ochlazení nadkritickou rychlostí – ve struktuře vzniká martenzit Chladící křivka (2) znázorňuje ochlazení nadkritickou rychlostí – ve struktuře vzniká bainit Chladící křivka (3) rychlost ochlazování je tak malá, že vzniká opět původní rovnovážná struktura
6.4 Ochlazovací prostředí Druh ochlazovacího prostředí vybíráme podle několika parametrů: - chemické složení oceli - velikost dílců - požadovaná výsledná struktura
Kalící prostředí srovnáváme pomocí zvláštní veličiny – ochlazovací intenzity H Hodnoty H pro používaná prostředí jsou uvedeny v tabulce Hodnoty ochlazovací intenzity H pohyb
VZDUCH
OLEJ
VODA
VODA + NaCl
bez pohybu
0,02
0,3
1
2
střední
0,04
0,5
1,5
prudký
0,08
1,1
4
5
6.5 Vlastnosti kalitelných ocelí Kalitelnost (zakalitelnost) Je dána tvrdostí martenzitu při kalení nadkritickou rychlostí. - součást, která obsahuje ve středové oblasti min. 50% martenzitu považujeme za zakalenou - kalitelnost ovlivňuje obsah uhlíku a legujících prvků v oceli - dobře kalitelné nelegované oceli mají více než 0,35% C - nelegované oceli s obsahem uhlíku méně než 0,2% považujeme za nekalitelné Prokalitelnost Je schopnost dosáhnout požadované tvrdosti do určité hloubky pod povrchem. - prokalitelnost je ovlivněna tvarem ARA diagramu – čím jsou křivky diagramu více vpravo, tím lze snáze dosáhnout větší hloubky zakalené vrstvy - prokalitelnost zvyšují téměř všechny legující prvky - prokalitelnost konkrétní oceli se definuje pomocí kritického průměru válečku, který má po zakalení v ose ještě 50% martenzitu (stroj. tabulky) - experimentálně se ověřuje prokalitelnost čelní zkouškou prokalitelnosti (Jominyho zkouška)
6.6 Martenzitické kalení Martenzit – nerovnovážný tuhý roztok uhlíku v železe α - tetragonální mřížka vzniklá přeměnou austenitu přesyceného uhlíkem - vnitřní pnutí uvnitř mřížky se navenek projevuje jako tvrdost struktury - strukturu charakterizují typické martenzitické jehlice
Nepřetržité martenzitické kalení martenzitické kalení lomené– start) • plynulý pokles teplotyPřetržité až pod křivku Ms (čteme martenzit • jednoduchá metoda Přetržité martenzitické kalení se zmrazováním • nevýhodou je velké vnitřní pnutí – nebezpečí vznikuARA trhlin ihned po kalení Přetržité martenzitické kalení termální • ochlazovaní nadkritickou rychlostí kolem křivek diagramu • změna kalícího prostředí (menší H) – zalomení křivky ochlazování • vhodné pro odstranění zbytkového austenitu ve struktuře • plynulý ochlazování nadkritickou • pomalejší, ale pokles teploty (vysokouhlíkové oceli, některé legované oceli)rychlostí v lázni s teplotou těsně nad Ms výdrž pro vyrovnání teploty, pak před • náročné na •dodržení technologického postupu • ihned po zakalení přechlazení -60 až -70°C pod teplotu Mfnosem bainitické přeměny (martenzit-finish) další ochlazovaní pod Ms • vhodné drobné, • pro dílce pracujícíza nízkých pro teplot, valivátvarově ložiska,náročné měřidla dílce z legované oceli
6.7 Bainitické kalení • bainit je nerovnovážná struktura oceli, která vzniká přeměnou austenitu s omezenou difuzí uhlíku při ochlazování nadkritickou rychlostí • je velmi podobný martenzitu, ale má nižší tvrdost Nepřetržité bainitické kalení • méně častá metoda, vhodná jen pro některé oceli • vzniká směs bainitu a martenzitu
Přetržité bainitické kalení - izotermické • po ochlazení nadkritickou rychlostí pokračuje izotermická bainitická transformace • izotermicky kalený bainit má podobné vlastnosti jako zušlechtěná ocel • vhodná metoda pro malé dílce z legované oceli
6.8 Pnutí po kalení Po kalení vzniká v oceli vnitřní pnutí, způsobené prudkým ochlazování tepelné pnutí a také vznikem nestabilních struktur strukturní pnutí
Pnutí po všech druzích martenzitického kalení a po nepřetržitém bainitickém kalení se snižuje popouštěním Po izotermickém bainitickém kalení se nepopouští
