Jak kalení vytvrzuje ocel při zpracování kovů

Zchlazení je rychlý způsob, jak kov znovu přivést zpět na pokojovou teplotu tepelné zpracování aby se zabránilo tomu, že proces chlazení dramaticky změní mikrostrukturu kovu. Kovodělníci to dělají tak, že horký kov vloží do kapaliny nebo někdy do nuceného vzduchu. Volba kapaliny nebo nuceného vzduchu se označuje jako médium.

Mezi běžná média pro hašení patří polymery pro speciální účely, nucené proudění vzduchu, sladká voda, slaná voda a olej. Voda je účinným prostředkem, pokud je cílem dosáhnout, aby ocel dosáhla maximální tvrdosti. Použití vody však může vést k praskání kovu nebo k jeho deformaci.

Pokud není nutná extrémní tvrdost, může se místo toho v procesu kalení použít minerální olej, velrybí olej nebo bavlníkový olej. Proces zhášení může vypadat dramaticky pro ty, kteří s ním nejsou obeznámeni. Když kovovýrobci přenášejí horký kov na zvolené médium, stoupá z kovu ve velkém objemu pára.

Pomalejší rychlost zhášení dává termodynamickým silám větší příležitost ke změně mikrostruktury, a to často může být špatné, pokud tato změna v mikrostruktuře oslabí kov. Někdy je tento výsledek upřednostňován, a proto se k hašení používají různá média. Například u nafty je rychlost zhášení mnohem nižší než u vody. Kalení v kapalném médiu vyžaduje míchání kapaliny kolem kusu kovu, aby se snížila pára z povrchu. Kapsy páry mohou vydržet proces kalení, proto je nutné jim zabránit.

Často používal k tvrzení ocelí, kalení vody z teploty nad austenitický teplota bude mít za následek zachycení uhlíku uvnitř austenitické latě. To vede k tvrdému a křehkému martenzitickému stádiu. Austenit označuje slitiny železa s gama-železnou bází a martenzit je tvrdý typ ocelové krystalické struktury.

Kalený ocelový martenzit je velmi křehký a namáhaný. V důsledku toho se kalená ocel obvykle podrobuje procesu temperování. To zahrnuje opětovné zahřátí kovu na teplotu pod kritickým bodem a potom jeho ochlazení na vzduchu.

Typicky, ocel budou následně temperovány v oleji, solích, olověných lázních nebo pecích se vzduchem cirkulovaným fanoušky, aby se obnovily některé z kujnost (schopnost odolávat tahovému napětí) a houževnatost ztraceno přeměnou na martenzit. Poté, co je kov temperovaný, je ochlazován rychle, pomalu nebo vůbec, v závislosti na okolnostech, zejména zda je dotyčný kov citlivý na křehkost po temperování.

Kromě teplot martenzitu a austenitu zahrnuje tepelné zpracování kovu teplotu feritu, perlitu, cementitu a bainitu. Transformace delta feritu nastává, když je železo zahříváno na vysokoteplotní formu železa. Podle Svařovací institut ve Velké Británii se tvoří „při ochlazování nízkých koncentrací uhlíku ve slitinách železo-uhlík z kapalného stavu před přeměnou na austenit“.

Pearlit je vytvářen během pomalého ochlazování slitin železa. Bainite má dvě formy: horní a dolní bainite. Vyrábí se při rychlosti ochlazování pomalejší než tvorba martenzitu, ale při vyšší rychlosti ochlazování než ferit a perlit.

Kalení zabraňuje rozpadu oceli z austenitu na ferit a cementit. Cílem je, aby ocel dosáhla martenzitické fáze.

Každé médium, které je k dispozici pro proces kalení, má své výhody a nevýhody, a je na zpracovatelích kovů, aby rozhodli, co je nejlepší na základě konkrétní práce. Toto jsou některé z možností:

Patří k nim voda, různé koncentrace slané vody a soda. Toto jsou nejrychlejší způsoby, jak ochladit kovy během procesu kalení. Kromě možného pokřivení kovu musí být při používání žíravých sodovek přijata bezpečnostní opatření, protože mohou být škodlivá pro kůži nebo oči.

To bývá nejoblíbenější metodou, protože některé oleje stále dokážou rychle ochladit kovy, ale bez stejného rizika jako voda nebo jiná žíravina. Oleje však přicházejí s riziky, protože jsou hořlavé. Proto je důležité, aby kovovýrobci znali meze olejů, se kterými pracují, z hlediska teplot a hmotnosti nákladu, aby nedošlo k požáru.

Zatímco nucený vzduch je běžný, dusík je další populární možnost. Plyny se často používají pro hotové kovy, jako jsou nástroje. Nastavování tlaku a expozice plynům může regulovat rychlost chlazení.