UNIVERZITET U ZENICI
Mašinski fakultet u Zenici
Seminarski rad iz predmeta
Termi
č
ka obrada i površinske prevlake
Tema
: Kaljenje, kaljivost i prokaljivost
Student : Mentor :
Topalovi
ć
Adnan doc. dr. Na
đ
ija Hara
č
i
ć
Zenica, 15. juli 2005. godine
SADRŽAJ
1. Kaljenje ..................................................................................................................1
1.1. Tipovi kaljenja ....................................................................................................1
1.1.1. Kaljenje sa kontinualnim hla
đ
enjem (obi
č
no kaljenje) ................................1
1.1.2. Kaljenje u dvije sredine................................................................................2
1.1.3. Stepenasto kaljenje.......................................................................................2
1.1.4. Izotermno kaljenje........................................................................................3
1.1.5. Kaljenje strujom fluida.................................................................................4
1.2. Niskotemperaturno otpuštanje ............................................................................5
1.2.1. Samootpuštanje ............................................................................................5
1.2.2. Otpuštanje sa korištenjem spoljne toplote....................................................5
1.2.3. Višestruko otpuštanje ...................................................................................5
1.2.4. Duboko hla
đ
enje ..........................................................................................5
2. Kaljivost.................................................................................................................9
3. Prokaljivost ..........................................................................................................10
4. Literatura..............................................................................................................29
Klju
č
ne rije
č
i
: Kaljenje, kaljivost, prokaljivost, termi
č
ka obrada.
Termi
č
ka obrada i površinske prevlake___________________________Seminarski rad
2
Obi
č
no kaljenje se primjenjuje u slu
č
aju prostijih oblika komada i vrsta
č
elika koji nisu
suviše osjetljivi na toplotne napone.
1.1.2. Kaljenje u dvije sredine
Kod
č
elika sa velikom kriti
č
nom brzinom hla
đ
enja, ako su komadi složenog oblika pa
postoji opasnost nastajanja velikih toplotnih napona, ne može se primijeniti obi
č
no kaljenje u
oštrom rashladnom sredstvu. Brzo hla
đ
enje
č
elika, dok još nije po
č
ela martenzitna
transformacija nema štetnih posljedica zbog velike žilavosti i male
č
vrsto
ć
e austenita, tako da
se višak toplotnih napona rastereti lokalnim plasti
č
nim deformacijama. Ovaj dio hla
đ
enja može
se obaviti bez posljedica u oštrom rashladnom sredstvu (npr. vodi). Kad po
č
inje martenzitna
transformacija i kada postoji opasnost od dejstva toplotnih napona, dalje hla
đ
enje se može
nastaviti u blažem sredstvu (npr. ulju),
č
ime se mogu umanjiti ove opasnosti. Grafikon
postupka kaljenja u dvije sredine prikazan je na sl.1.2.
Sl. 1.2 Grafikon kaljenja u dvije sredine sa niskim otpuštanjem [1]
Ovaj postupak kaljenja vrlo je delikatan zbog vrlo kratkog vremena hla
đ
enja, pri
č
emu se
u ta
č
no odre
đ
enom trenutku mora promijeniti sredstvo hla
đ
enja. Ovo kaljenje, pored velikog
iskustva radnika, zahtijeva i savjestan rad. Postupak postaje znatno prostiji ako se oba sredstva
za hla
đ
enje nalaze u istom sudu, npr. ulje, koje mora biti teže, nalazi se u donjem dijelu suda a
voda je iznad njega. Takav postupak se primjenjuje kod visokougljeni
č
nih alatnih
č
elika.
1.1.3. Stepenasto kaljenje
Nedostatak kaljenja u dvije sredine je u tome što je na kraju brzog hla
đ
enja nastala
temperaturna razlika na samom komadu i u tome stanju otpo
č
inje martenzitna transformacija.
Od ovakvog kaljenja povoljnije je stepenasto kaljenje koje se obavlja sa
izotermnim
nastajanjem martenzita
, što je prikazano na sl.1.3.
Sl. 1.3 Grafikon stepenastog kaljenja šematski prikazan na termokineti
č
kom dijagramu [1]
Termi
č
ka obrada i površinske prevlake___________________________Seminarski rad
3
Temperatura izotermnog nastajanja martenzita bira se oko (iznad ili ispod) temperature
po
č
etka martenzitne transformacije, u oblasti stabilnog austenita, gdje ima uslova za
izjedna
č
enje ve
ć
ih temperaturnih razlika u komadu. Ovo izotermno zadržavanje treba prekinuti
na vrijeme (prije nego po
č
ne transformacija) i obaviti dalje hla
đ
enje u blažem rashladnom
sredstvu. Postoji mogu
ć
nost lakog ispravljanja deformisanih dijelova poslije va
đ
enja iz toplog
kupatila a prije potpunog rashla
đ
ivanja i transformacije. Temperatura izoterme bira se obi
č
no
nešto iznad temperature po
č
etka martenzitne transformacije dok kod brzoreznih
č
elika
č
ak
nešto ispod.
Dozvoljeno vrijeme zadržavanja u toplom kupatilu odre
đ
uje se iz termokineti
č
kog
dijagrama
č
elika. Nekoliko primjera za konstrukcione i alatne
č
elike dato je u tabeli 1.1.
Tabela 1.1 Dozvoljeno vrijeme zadržavanja [1]
Oznaka
č
elika
DIN
JUS
Temperatura izotermnog
Zadržavanja
(
˚
C)
Najduže dopušteno
vrijeme zadržavanja
(sekunde)
50 CrV 4
Č
.4830
280 – 300
30
71 Si 7
Č
.2135
200 – 240
50
100 Cr 6
Č
.4146
280 – 300
50
145 Cr 6
Č
.4340
250 – 300
50
C 70W 1
Č
.1740
280 – 300
20
C 100W 1
Č
.1940
220 – 250
50
105 CrW 6
Č
.6440
250 – 300
20
S 3.3.2
Č
.8780
400 – 540
180
S 18.0.1
Č
.6880
400 – 550
240
S 12.1.2
Č
.6882
400 – 550
300
S 6.5.2
Č
.7680
400 – 580
180
S 18.1.2.5
Č
.6980
400 – 580
180
Visoka temperatura kupatila smanjuje brzinu hla
đ
enja, pa se na ovaj na
č
in mogu kaliti
samo komadi ograni
č
enih dimenzija:
- ugljeni
č
ni
č
elici do 15
mm
debljine,
- niskolegirani do 40
mm
i
- visokolegirani preko 40
mm
.
Kod
č
elika za cementaciju, koji su male prokaljivosti, stepenasto kaljenje je mogu
ć
e samo
za cementirani sloj. Rashladna sposobnost toplog kupatila može se pove
ć
ati snižavanjem
temperature soli ili dodavanjem u kupatilo vode u maloj koli
č
ini, jer ako se kupatilo prezasiti sa
vlagom, zbog lijepljenja pare na površinu komada, opet dolazi do smanjenja rashladne
sposobnosti.
1.1.4. Izotermno kaljenje
Izotermno kaljenje se obavlja na nekoj temperaturi iznad po
č
etka martenzitne
transformacije
M
p
u oblasti donjeg beinita kao i stepenasto kaljenje u sonom kupatilu, s tom
razlikom što se vrijeme zadržavanja u kupatilu ne ograni
č
ava ve
ć
se, naprotiv, drži sve do kraja
transformacije sl.1.4.
Termi
č
ka obrada i površinske prevlake___________________________Seminarski rad
5
1.2. Niskotemperaturno otpuštanje
Poslije kaljenja primjenjuje se
niskotemperaturno otpuštanje
č
iji je cilj da
č
eliku koji
ć
e
se koristiti u tvrdom stanju smanji krutost i nestabilnost strukture (sklonost ka starenju). Ovo
otpuštanje je obavezno poslije svakog kaljenja alata, sli
č
nih dijelova i cementiranih i kaljenih
dijelova.
Prema ne
č
inu izvo
đ
enja niskotemperaturnog otpuštanja, razlikuju se sljede
ć
i procesi
otpuštanja:
- samootpuštanje uz korištenje toplote kaljenja,
- otpuštanje sa korištenjem spoljne toplote i
- višestruko
otpuštanje.
1.2.1. Samootpuštanje
Ako se pri kaljenju komad u rashladnom sredstvu ne rashladi potpuno ve
ć
se u jezgru
zadrži izvjesna koli
č
ina toplote, može se prekinuti hla
đ
enje (va
đ
enjem komada iz rashladnog
sredstva), toplotom iz jezgra zagrijati površinski sloj i na taj na
č
in obaviti otpuštanje. Ovakav
proces se može kontrolisati posmatranjem boja oksida na površini koje su kod ugljeni
č
nih i
niskolegiranih
č
elika zavisne od temperature. Površina izva
đ
enog komada iz rashladnog
sredstva se o
č
isti šmirglom i po dostizanju željene boje ne površini komad se definitivno
rashla
đ
uje u ulju.
Samootpuštanje se može primijeniti samo kod komada
ravnomjernih presjeka i prostog
oblika
, a za njegovo izvo
đ
enje je potrebno iskustvo radnika.
Sli
č
an se postupak primjenjuje sa uspjehom kod
indukcionog kaljenja
, ako se hladilica
isklju
č
i prije potpunog rashla
đ
ivanja kaljenog sloja.
1.2.2. Otpuštanje sa korištenjem spoljne toplote
U najve
ć
em broju slu
č
ajeva komadi se pri kaljenju potpuno rashla
đ
uju, a za otpuštanje se
zagrijavaju na temperaturu otpuštanja (150 do 250
˚
C). Ovo otpuštanje se može obaviti i u
zagrijanom ulju, sonim kupatilima
ili specijalnim
pe
ć
ima sa cirkulacijom atmosfere.
Dijelovi
od konstrukcionih
č
elika (cementirani, karbonitrirani, površinski kaljeni itd.) otpuštaju se na
ovaj na
č
in na temperaturama 150
˚
do 250
˚
C, a alatni na 180
˚
do 250
˚
C.
1.2.3. Višestruko otpuštanje
Struktura kaljenog
č
elika nije stabilna zbog prisustva dviju nestabilnih komponenata:
martenzita (ve
ć
e zapremine nego ferit i perlit) i preostalog austenita (manje zapremine nego
ferit i perlit). Zbog ovih nestabilnih komponenti,
č
ije je raspadanje povezano sa promjenama
zapremine, kaljeni
č
elik je
sklon starenju
pri kojem
ć
e, pored promjena osobina, do
ć
i i do
promjena dimenzija i oblika dijela. Kod kaljenih dijelova koji treba da zadrže trajno svoj oblik i
dimenzije (na primjer kod specijalnih i mjernih alata, kotrljaju
ć
ih ležajeva itd.) primjenjuju se
posebni oblici otpuštanja prije definitivne obrade na mjeru. Svrha ovog otpuštanja je
stabilizacija strukture,
č
ime se postiže i trajna stabilnost oblika i dimenzija.
1.2.4. Duboko hla
đ
enje
Pri kaljenju mnogih
č
elika (na primjer sa višim sadržajem ugljika) rashla
đ
ivanjem do
sobne temperature nije još dostignuta temperatura
M
k
kraja martenzitne transformacije. Zbog
toga
ć
e se u strukturi
č
elika koji je kaljen na uobi
č
ajeni na
č
in i rashla
đ
en samo do sobne
temperature nalaziti uvijek
preostali austenit
. Ovo
ć
e naro
č
ito biti slu
č
aj kod
č
elika sa višim
sadržajem ugljika i legiranih elemenata koji stabilizuju austenit. Duboko hla
đ
enje ispod
