Jak vytvrdit ocel
-
Jak zvýšit tvrdost oceli? Tvrdost oceli se získává ohřevem materiálu na austenizační teplotu 790-1200 °C s následným rychlým zchlazením (kalení) a popouštěním oceli.
Kalení
-
Co je kalení? Kalení oceli je tepelné zpracování a následné prudké ochlazení oceli, které zvyšuje její tvrdost a tím rozšiřuje možnosti jejího využití
-
K čemu slouží kalení? Kalení zvyšuje tvrdost oceli.
-
Jaké jsou druhy kalení? Bainitické či martenzitické kalení, vakuové kalení, kalení do vody, kalení do oleje, kalení do soli, kalení polymerem.
-
Co je bainitické kalení? Bainitické kalení je metoda ohřátí a následného zchlazení materiálu, kterou poprvé popsal v roce 1934 američan Edgar C. Bain. Používá se pro uhlíkové a nízkolegované oceli.
-
K čemu slouží bainitické kalení? Bainitické kalení slouží k získání dostatečné pevnosti, tvrdosti a houževnatosti. Čím vyšší je teplota výdrže, tím měkčí a houževnatější je výsledná bainitická struktura.
-
Jaký je princip bainitického kalení? Bainitické kalení je nelamelární směs feritu a cementitu, která se tvoří při kalení v rozmezí teplot cca 250-550 °C. Kalení na bainit nazýváme také izotermické kalení a spočívá v rychlém ochlazení oceli z oblasti austenitu na teplotu, kdy vzniká struktura mezi perlitem a martenzitem. Následně ocel zůstává dostatečně dlouho na této teplotě a pak se dochlazuje na teplotu okolí.
-
Co je vakuové kalení? Vakuové kalení je tepelné ohřátí na kalící teplotu a následné zchlazení plynem. Při vakuovém kalení se z ochlazovacích plynů nejčastěji používá N, Ar a He. Vhodnou kombinací druhu plynu, jeho tlaku, rychlosti a charakteru proudění a intenzity chlazení lze dosáhnout relativně vysoké ochlazovací rychlosti srovnatelné s ochlazovací rychlostí oleje.
-
K čemu slouží vakuové kalení? Cílem vakuového kalení je zvýšit tvrdost oceli a tím i její užitné vlastnosti.
-
Jaký je princip vakuového kalení? Vakuový ohřev a kalení v plynu se používá ve speciálních vakuových pecích. Prvním stádiem procesu je vyvakuování pece, následuje postupný ohřev s několika prodlevami až na kalící teplotu, krátká výdrž na teplotě a poté ochlazení plynem.
-
Co je kalení do vody? Kalení do vody je ohřátí oceli do oblasti austenitu. Voda je levným, nenáročným a nejintenzivnějším kalícím médiem. Při kalení do vody dochází k největším deformacím součástí a největším vnitřním pnutím. K uspokojivému zakalení součásti je nutná cirkulace vody nebo intenzivní pohyb součásti ve vodě ve vertikálním směru. Teplota vodní lázně by neměla překročit cca 60 °C.
-
Co je kalení do oleje? Kalení do oleje je ohřátí oceli do oblasti austenitu. Teplota oleje v praxi pro kalení bývá přibližně 60-80°C. Množství vody v oleji nesmí přesáhnout 0,1 %.
-
K čemu slouží kalení do oleje? Cílem kalení do oleje je zvýšit tvrdost oceli a tím i její užitné vlastnosti.
-
Jaký je princip kalení do oleje?
Princip kalení do oleje spočívá v ohřevu oceli na teplotu 20-40°C nad teplotu A3 pro podeutektoidní oceli a nad teplotu A1 u většiny nadeutektoidních ocelí - do oblasti austenitu.
Poté následuje výdrž na této teplotě, aby došlo k homogenizaci austenitu v celém průřezu součásti, a prudké ochlazení na teplotu vzniku martenzitické nebo bainitické struktury.
-
Co je kalení do soli? Kalení do soli je ohřátí oceli do oblasti austenitu. Běžně se používá sůl AS 140. Tato sůl pracuje od teplot cca 180°C (přibližný bod tání soli je 140°C) až do 550°C (počátek rozkladu soli). Mezi hlavní přednosti kalení do soli patří nejmenší deformace součástí po zakalení, vysoká rychlost ochlazování a nehořlavost solné lázně. Nevýhodou je její vyšší cena ve srovnání s olejem a vysoké požadavky na údržbu celého zařízení.
-
K čemu slouží kalení do soli? Cílem kalení do solné lázně je zvýšení tvrdosti oceli a tím i jejich užitných vlastností.
-
Jaký je princip kalení do soli?
Princip kalení do soli, oleje a vody je shodný a spočívá v ohřevu oceli na teplotu 20-40 °C nad teplotu A3 pro podeutektoidní oceli a nad teplotu A1 u většiny nadeutektoidních ocelí - do oblasti austenitu.
Poté následuje výdrž na této teplotě, aby došlo k homogenizaci austenitu v celém průřezu součásti, a prudké ochlazení na teplotu vzniku martenzitické nebo bainitické struktury.
-
Co je kalení polymerem? Kalení polymerem se využívá po zahřátí součásti prostřednictvím elektrického proudu, tzv. Indukčním ohřevem.
-
K čemu slouží kalení polymerem? Kalení polymerem vytváří tvrdý povrch, jádro zůstává relativně houževnaté.
-
Jaký je princip kalení polymerem?
K ohřevu ocelové (elektricky vodivé) součásti se využívá elektromagnetická indukce. Tento proces vzniká, vložíme-li elektricky vodivý materiál dovnitř induktoru (cívky), jehož vinutím protéká střídavý elektrický proud.
Tím se v dílu vlivem střídavého magnetického pole indukují vířivé proudy, čímž dochází k ohřevu polotovaru.
Po rychlém ohřevu je ocelová součást rychle zchlazena sprchou.
-
Co je zušlechťování Zušlechťování je kombinací kalení na martenzit a vysokoteplotního popouštění.
-
K čemu zušlechťování slouží? Cílem zušlechťování je dosažení optimálního poměru mezi pevností a houževnatostí oceli.
-
Jaký je princip zušlechťování?
Principem zušlechťování je zahřátí materiálů na vysoké teploty, přičemž platí, že při delší době a nižší teplotě lze dosáhnout stejné pevnosti jako při vyšší teplotě a kratší době.
Požadované mechanické vlastnosti po zakalení je možné získat různou kombinací popouštěcích teplot a časů výdrže na této teplotě, přičemž platí, že při delší době a nižší teplotě lze dosáhnout stejné pevnosti jako při vyšší teplotě a kratší době.
Cementace
-
Co je cementace? Cementací (cementováním) nazýváme proces nauhličování měkké oceli s nízkým obsahem uhlíku (typicky 0,1-0,2 %).
-
K čemu slouží cementace? Ocel získává cementací požadované vlastnosti - tvrdý povrch odolný proti otěru a houževnaté jádro. Tento proces se používá například při chemicko-tepelném zpracování hřídelí a ozubených kol.
-
Jaký je princip cementace?
Cementace za atmosférického tlaku je nejběžněji prováděna v teplotách od 900°C do 950°C.
Při cementaci se uhlík obsažený v atmosféře obklopující vsázku slučuje na povrchu oceli se železem a vzniká tak karbid, který se v železe rozpouští. Uhlík tak proniká od povrchu polotovaru dovnitř difuzním spádem obvykle tak dlouho, až obsah uhlíku v povrchové vrstvě dosáhne eutektoidní koncentrace. Po skončení cementace je ocel kalena do oleje nebo solné lázně a popouštěna na nízkou teplotu.
Podtlaková cementace
-
Co je podtlaková cementace? Podtlaková cementace je cementace za podtlaku (vakuová cementace). Je modifikací cementace v plynu, přičemž nauhličování je prováděno při tlacích výrazně pod hladinou atmosférického tlaku (101 kPa). Typické rozpětí tlaků u podtlakové cementace je 20 kPa - 1 kPa. Pro tento proces jsou používány speciálně konstruované vakuované pece.
-
K čemu slouží podtlaková cementace? Využívá se u požadavků na větší vrstvy a výhodou je zrychlení procesu, jednotný povrch a absence vnitřní oxidace.
Nitrocementace
-
Co je nitrocementace? V průběhu nitrocementace je na povrchu ocelového dílu vytvořena tvrdá, otěruvzdorná vrstva, která vedle uhlíku obsahuje také menší množství dusíku.
Výhodou jsou menší deformace, vyšší tvrdost a odolnost proti opotřebení. -
K čemu slouží nitrocementace? Nitrocementace se používá u menších ozubených kol jako náhrada cementace a u slabostěnných dílů.
-
Jaký je princip nitrocementace?
Při nitrocementaci je dusík do atmosféry dodáván čpavkem, který je dávkován do nahřívací komory pece. Díly jsou většinou po provedení nitrocementace zakaleny do oleje nebo solné lázně.
Ve srovnání s cementací je nitrocementace prováděna při nižších teplotách mezi
850 °C a 870 °C a po kratší dobu.
Nitridace
-
Co je nitridace?
Nitridace spočívá v dodávání dusíku do povrchu určitých typů ocelí (např. obsahujících hliník a chrom). Proces zahrnuje ohřev na nitridační teplotu a výdrž, při které je díl v kontaktu s částečně disociovaným dusíkem nebo jiným vhodným médiem.
Výsledkem nitridace je tvrdá vrstva bez nutnosti následného kalení či jiného procesu tepelného zpracování.
-
K čemu slouží nitridace? Nitridace vytváří na materiálu tvrdou vrstvu a používá se při zpracování ozubených kol, hřídelí a nástrojů.
-
Jaký je princip nitridace? Nitridace je prováděna při teplotách 490-510°C. Vytvořená vrstva je mezi 0,05 a 0,65 mm, její vytvoření trvá od 5 do 80 hodin.
Karbonitridace
-
Co je karbonitridace? Karbonitridace kombinuje účinek sycení povrchu součástí dusíkem i uhlíkem.
-
K čemu slouží karbonitridace? Karbonitridace se používá pro chemické-tepelné zpracování ozubených kol, vaček, hřídelí a ojnic. Zvyšuje odolnost proti korozi.
-
Jaký je princip karbonitridace?
Karbonitridace se provádí za teplot 550 °C až 590 °C.
Z atmosféry tvořené čpavkem a oxidem uhličitým (CO2) dusík a uhlík difundují do součástí, které jsou ve feritickém stavu a na povrchu součástí se vytváří vrstva karbonitridů o hloubce 10-25 μm.
Vzniklá vrstva je velmi tvrdá (dle materiálu) a vysoce odolná proti zadírání a otěru. Pod touto vrchní vrstvou proniká dusík do feritu až do hloubky 0,6 mm (podle druhu oceli). Tato tzv. difúzní vrstva podporuje nosnost vrchní vrstvy karbonitridů a zvyšuje únavovou pevnost karbonitridovaných výrobků.
Žíhání
-
Co je žíhání? Žíhání jsou různé kombinace ohřevu, výdrže a rychlosti chlazení.
-
K čemu slouží žíhání? Různé způsoby žíhání snižují tvrdost a tím usnadňují obrábění, zlepšují rovnoměrnost struktury, odstraňují vnitřní pnutí či jinak zlepšují parametry polotovaru.
-
Jaké jsou druhy žíhání? Magnetizační žíhání, žíhání na měkko, normalizační žíhání, žíhání na snížení pnutí, rozpouštěcí žíhání, sferoidizační žíhání, izotermické žíhání.
-
Co je magnetizační žíhání? Magnetické žíhání je pomalý ohřev materiálu ve vakuu a následné pomalé chladnutí.
Účelem magnetizačního žíhání je odstranění zbytkového magnetismu po opakovaném magnetování. -
K čemu slouží magnetizační žíhání? Magnetizační žíhání slouží jako obrana proti zvýšení zbytkového magnetismu při náhodném zmagnetování magnetickým polem, jak stejnosměrným, tak střídavým.
-
Jaký je princip magnetického žíhání? Magnetizační žíhání provádíme ve vakuu pomalým ohřevem na teplotu 750-830°C, výdrží na této teplotě 2-3 hodiny a následným pomalým chladnutím.
-
Co je žíhání na měkko? Při žíhání na měkko se materiál po zahřátí pomalu ochlazuje v peci.
-
K čemu slouží žíhání na měkko? Účelem žíhání na měkko je vytvoření měkké, tvárné a dobře obrobitelné struktury, která je vhodná pro konečné tepelné zpracování nástrojů.
-
Jaký je princip žíhání na měkko? Žíhání na měkko provádíme v ochranné atmosféře ohřevem na teplotu mírně pod nebo mírně nad Ac1 podle druhu materiálu, dlouhou výdrží na této teplotě (min. 4 hodiny) a pomalým ochlazováním v peci.
-
Co je normalizační žíhání? Při normalizačním žíhání se materiál ohřívá v ochranné atmosféře a následně ochlazuje na vzduchu.
-
K čemu slouží normalizační žíhání? Normalizační žíhání slouží k získání jemnozrnné a homogenní feriticko-perlitické struktury nejčastěji u výkovků a odlitků, kde lze předpokládat různorodost struktury vlivem různé rychlosti ochlazování v celém průřezu polotovarů.
-
Jaký je princip normalizačního žíhání? Normalizační žíhání provádíme v ochranné atmosféře rychlým ohřevem na teplotu 20-50°C nad Ac3, krátkou výdrž na této teplotě (cca 15 min/25 mm tloušťky materiálu) a následným ochlazením na vzduchu.
-
Co je žíhání na snížení pnutí? Žíhání na snížení pnutí je proces, při kterém se materiál ohřívá v ochranné atmosféře a následně pomalu ochlazuje.
-
K čemu slouží žíhání na snížení pnutí? Žíhání na snížení pnutí slouží ke snížení vnitřních pnutí způsobených předchozím obráběním nebo tvářením za studena po svařování nebo jako mezioperační žíhání při výrobě přesných forem a nástrojů.
-
Jaký je princip žíhání na snížení pnutí? Žíhání na snížení pnutí provádíme v ochranné atmosféře pomalým rovnoměrným ohřevem na teplotu nejčastěji 600-650 °C (záleží na druhu materiálu), výdrží na této teplotě cca 2 hodiny a pomalým ochlazováním.
-
Co je rozpouštěcí žíhání?
Rozpouštěcí žíhání se provádí na vzduchu při teplotách 450°C až 575°C s následným rychlým ochlazením. Materiál po procesu jsou relativně měkké a mohou se rovnat. Poté materiál začne při okolní teplotě přirozeně stárnout (začne zvyšovat tvrdost).
U rozpouštěcího žíhání u feritických i u austenitických ocelí je pro dosažení dobrých technologických vlastností nezbytná jemnozrnná struktura.
-
K čemu slouží rozpouštěcí žíhání? Rozpouštěcí žíhání zvyšuje odolnosti proti korozi.
-
Jaký je princip rozpouštěcího žíhání? Jako konečné tepelné zpracování se provádí rozpouštěcí žíhání při teplotách mezi 1000 a 1150 °C, kdy se rozpustí všechny karbidy a vznikne homogenní austenit. Následuje velmi rychlé ochlazení dusíkem nad kritickou rychlostí.
-
Co je izotermické žíhání? Izotermické žíhání se provádí v ochranné atmosféře, dochlazuje se v peci nebo na vzduchu.
-
K čemu slouží izotermické žíhání? Izotermické žíhání slouží k vytvoření měkké, tvárné a dobře obrobitelné struktury, která je vhodná pro konečné tepelné zpracování nástrojů.
-
Jaký je princip izotermického žíhání? Izotermické žíhání provádíme v ochranné atmosféře ohřevem do oblasti teplot Ac3, výdrží na této teplotě 1-2 hodiny, rychlým ochlazením na teplotu izotermické výdrže 600-650°C, výdrží na této teplotě až do skončení přeměny austenitu na perlit a následným dochlazením v peci nebo na vzduchu.