Kaljenje čelika
Kaljenje je proces toplinske obrade gdje se kaljeni izradak ponovno zagrijava na temperaturu ispod A1, drži određeno vrijeme, a zatim hladi na sobnu temperaturu. Kaljeni čelik ne smije se koristiti izravno; mora proći kaljenje, koje određuje mikrostrukturu i svojstva čelika i ključni je korak toplinske obrade.
Svrha kaljenja
Za postizanje željenih mehaničkih svojstava
Nakon kaljenja, obradak ima visoku tvrdoću, ali nisku duktilnost i žilavost. Kako bi se zadovoljili različiti zahtjevi izvedbe za različite dijelove, kaljenje se koristi za modificiranje kaljene mikrostrukture, podešavanje tvrdoće i smanjenje lomljivosti, što rezultira željenim mehaničkim svojstvima izratka.
Za stabilizaciju dimenzija obratka
Martenzit i zadržani austenit nastali tijekom kaljenja su nestabilne strukture koje se mogu razgraditi tijekom vremena, uzrokujući promjene dimenzija i oblika. Kaljenjem se kaljena mikrostruktura pretvara u stabilnu, osiguravajući da obradak zadrži svoje dimenzije i oblik tijekom uporabe.
Za smanjenje ili uklanjanje unutarnjih naprezanja od kaljenja
Kaljenje izaziva značajno unutarnje naprezanje. Ako se odmah ne otklone kaljenjem, ta naprezanja mogu uzrokovati deformaciju ili čak pucanje obratka.
Transformacije tijekom kaljenja kaljenog čelika
Ugašeni martenzit i zadržani austenit su metastabilne faze koje se razlažu na ferit i karbide kada se kale od sobne temperature do ispod A1. Specifične transformacije ovise o temperaturi kaljenja:
Razgradnja martenzita (Manje od ili jednako 200 stupnjeva)
Kada se kali ispod 80 stupnjeva, ne dolazi do značajne mikrostrukturne promjene, osim grupiranja ugljikovih atoma u martenzitu. Između 80 stupnjeva i 200 stupnjeva, martenzit se počinje raspadati, s atomima ugljika koji se talože kao ε-karbidi (Fe2.4C), smanjujući prezasićenost ugljikom u martenzitu i smanjujući tetragonalnost. Kako je temperatura kaljenja niska, samo dio viška ugljika se taloži, ostavljajući martenzit kao prezasićenu čvrstu otopinu ugljika u -Fe. Fini ε-karbidi raspršeni su duž sučelja prezasićene -krute otopine, održavajući koherentan odnos (gdje atome na granicama faza dijele dvije kristalne rešetke). Ova mikrostruktura, koja se sastoji od manje prezasićene -krute otopine i ε-karbida, naziva se temperirani martenzit. Zbog fine i visoko dispergirane prirode ε-karbida, tvrdoća čelika se ne smanjuje značajno kada se kali ispod 200 stupnjeva. Međutim, taloženje ε-karbida smanjuje izobličenje rešetke, smanjujući stres pri kaljenju i blago povećavajući plastičnost i žilavost čelika.
Razgradnja zadržanog austenita (200 stupnjeva –300 stupnjeva)
Zadržani austenit sličan je pothlađenom austenitu, tako da su njegovi produkti transformacije kaljenja isti kao oni pothlađenog austenita pod sličnim temperaturnim uvjetima, tvoreći martenzit, bainit ili perlit, ovisno o temperaturi.
Kada se čelik kali između 200 stupnjeva i 300 stupnjeva, martenzit se nastavlja raspadati, a zadržani austenit počinje se transformirati u niži bainit (200 stupnjeva – 300 stupnjeva je donji raspon transformacije bainita). U ovom temperaturnom rasponu dodatno se smanjuje napon kaljenja, ali tvrdoća ne opada značajno.
Transformacija karbida (250 stupnjeva – 450 stupnjeva)
Kada se kali iznad 250 stupnjeva, povećana sposobnost difuzije ugljikovih atoma uzrokuje postupnu transformaciju ε-karbida u stabilni cementit. Do 450 stupnjeva, svi ε-karbidi se pretvaraju u visoko dispergirani cementit. Kontinuirano taloženje ugljika snižava sadržaj ugljika u -krutoj otopini na ravnotežnu razinu, pretvarajući ga u ferit, iako ostaje igličastog-oblika. Ova struktura, sastavljena od igličastog-ferita i visoko dispergiranog cementita, naziva se kaljeni troostit. Struktura kaljenog troostita čelika 45 prikazana je na donjoj slici. U ovoj točki, tvrdoća čelika se smanjuje, a njegova žilavost i plastičnost se dodatno povećavaju, s gotovo eliminiranim stresom pri kaljenju.
Agregacija i rast cementita i rekristalizacija ferita (450 stupnjeva –700 stupnjeva)
Iznad 450 stupnjeva, visoko dispergirani cementit postupno se sferoidizira u fine čestice, a kako temperatura raste, te čestice rastu. Istovremeno, ferit počinje rekristalizirati između 500 stupnjeva i 600 stupnjeva, pretvarajući se iz letvica ili igli-likih oblika u poligonalna zrna.
Ova struktura, koja se sastoji od granuliranog cementita raspoređenog na poligonalnoj feritnoj matrici, naziva se kaljeni sorbit. Struktura kaljenog sorbita čelika 45 prikazana je na donjoj slici. Ako se temperatura dodatno poveća na 650 stupnjeva –A1, zrnati cementit postaje grublji, tvoreći mikrostrukturu poligonalnog ferita i većeg zrnatog cementita, poznatog kao temperirani perlit.
Transformacija kaljenog čelika tijekom kaljenja odvija se u različitim temperaturnim rasponima. Čak i pri istoj temperaturi kaljenja može doći do više vrsta transformacija. Svojstva kaljenog čelika ovise o tim mikrostrukturnim promjenama, koje zauzvrat utječu na njegovu mehaničku izvedbu. Općenito, kako se temperatura kaljenja povećava, čvrstoća i tvrdoća se smanjuju, dok se duktilnost i žilavost poboljšavaju, pri čemu te promjene postaju izraženije na višim temperaturama.
Vrste i primjena kaljenja
Primarni faktor koji određuje mikrostrukturu i svojstva čelika je temperatura kaljenja. Kaljenje se kategorizira u tri vrste na temelju temperature i rezultirajuće mikrostrukture:
Kaljenje na niskim-temperaturama (150 stupnjeva – 250 stupnjeva )
Kaljenje-na niskim temperaturama proizvodi kaljeni martenzit. Cilj je zadržati visoku tvrdoću i otpornost na habanje kaljenog čelika uz istovremeno smanjenje unutarnjeg naprezanja i lomljivosti te poboljšanje duktilnosti i žilavosti. Ova se metoda uglavnom koristi za -ugljične i legirane čelike u alatima za rezanje, mjernim alatima, kalupima za hladno utiskivanje, kotrljajućim ležajevima, pougljeničenim dijelovima i površinski-kaljenim dijelovima. Tvrdoća nakon kaljenja obično je između 58-64 HRC.
Kaljenje srednje-temperature (350 stupnjeva –500 stupnjeva )
Ova metoda daje kaljeni troostit. Njegova je svrha postići visoku granicu tečenja, granicu elastičnosti i značajnu žilavost. Kaljenje na srednjoj-temperaturi primarno se koristi za razne elastične komponente i vruće{3}}matrice. Tvrdoća nakon kaljenja općenito se kreće od 35-50 HRC.
Visoko{0}}temperaturno kaljenje (500 stupnjeva –650 stupnjeva)
Ova metoda proizvodi temperirani sorbit. Cilj je postići ravnotežu čvrstoće, tvrdoće, duktilnosti i žilavosti. Kada se kaljenje i kaljenje na visokim-temperaturama kombiniraju, proces se obično naziva "kaljenje i kaljenje". Naširoko se koristi za kritične strukturne komponente u proizvodnji automobila, traktora i alatnih strojeva (kao što su klipnjače, klinovi, zupčanici i osovine prijenosa). Tvrdoća nakon kaljenja općenito se kreće od 200-330 HBW.
Iako su vrijednosti tvrdoće čelika nakon normalizacije i -kaljenja prilično slične, kritične strukturne komponente u proizvodnji obično se podvrgavaju kaljenju-a ne normalizaciji. To je zato što mikrostruktura kaljenog sorbita ima granulirani cementit, dok sorbit dobiven normalizacijom ima lamelarni cementit. Stoga kaljeni i poboljšani čelik ne samo da pokazuje veću čvrstoću, već ima i bolju duktilnost i žilavost u usporedbi s normaliziranim stanjem.
Kaljenje i popuštanje može poslužiti kao završni postupak toplinske obrade ili kao prethodna obrada prije površinskog kaljenja i kemijske toplinske obrade. Budući da tvrdoća kaljenog čelika nije visoka, omogućuje laku obradu i niske vrijednosti hrapavosti površine.
Uz ove tri uobičajene metode kaljenja, neki visoko{0}}legirani čelici podvrgavaju se kaljenju na visokoj-temperaturi omekšavanja na 20 stupnjeva –40 stupnjeva ispod A1 kako bi se dobio temperirani perlit kao alternativa sferoidizirajućem žarenju.
Kako bi se osigurala temeljita mikrostrukturna transformacija tijekom kaljenja, obradak se mora držati na temperaturi kaljenja dovoljno dugo, obično između 1 i 3 sata, ovisno o materijalu, temperaturi, debljini, opterećenju i načinu zagrijavanja. Metoda hlađenja nakon kaljenja ima mali učinak na performanse ugljičnog čelika, ali kako bi se izbjeglo izazivanje novih naprezanja, obradaci se općenito polagano hlade na zraku nakon kaljenja.
Kontaktirajte nas
Za više informacija kontaktirajte nas nametal@welongpost.com.