Bitna faza u toplinskoj obradi metala je kaljenje. Uključuje brzo hlađenje metalnog predmeta kako bi se dobile ili promijenile kvalitete poput tvrdoće, čvrstoće ili žilavosti.

Brzo hlađenje smanjuje vrijeme izlaganja metala visokim temperaturama i štiti ga od oštećenja. Štoviše, metal može doživjeti promjene ovisno o metodi primjene i mediju.

Zrak, ulje, voda i slana otopina nekoliko su tipičnih sredstava za gašenje.

Ulje se naširoko koristi za kaljenje jer brzo prenosi toplinu bez značajnog izobličenja metala. Iako su kaustična sredstva za gašenje na bazi vode brža, sila kojom djeluju može uzrokovati pucanje ili izobličenje nekih materijala.

Razlika između ulja i vode glavna je točka o kojoj treba raspravljati u članku.

Što je proces kaljenja?

Kaljenje je proces brzog hlađenja koji rezultira otvrdnjavanjem materijala. Brzina kaljenja ovisi o stupnju odgovarajućeg materijala, primjeni i sastavu komponenti legure. Dodatno, nekoliko svojstava medija za kaljenje također utječe na njega.

Teoretski, prije kaljenja, metalni ili stakleni materijal podvrgava se zagrijavanju iznad standardne temperature. Nakon toga se stavlja na brzo hlađenje kako bi se odmah uklonila toplina. Pomaže u modificiranju onih svojstava u kristalnoj strukturi materijala koja se gube tijekomgrijanje.

Kako bi metal ili staklo postali tvrđi i krući kao predmet, često ih kalimo. Temperatura kaljenja predmeta uvijek bi trebala biti iznad temperature rekristalizacije, ali ispod temperature taljenja.

Faze procesa kaljenja

Dvoje ljudi radi oko bazena za taljenje čelika

Uobičajeno postoje tri faze kaljenja koje se događaju kada se vrući komad približi tekućem sredstvu za kaljenje. Ove faze definiraju promjenu karakteristika sredstva za kaljenje i materijala. Tri koraka su:

• Parini stadij
• Jezgrični stadij vrenja
• Konvekcijski stadij

Razmotrimo ih sada detaljnije.

Stadij isparavanja

Stadij isparavanja dolazi u obzir kada vruće površina komponente dolazi u početni kontakt s tekućinom za kaljenje. To rezultira stvaranjem parnog štita oko elementa. Kondukcija se u određenoj mjeri javlja tijekom parne faze.

Međutim, primarna metoda prijenosa topline u ovoj fazi je zračenje kroz parni omotač. Formirana deka je relativno stabilna.

Jedini način da se ubrza njegovo uklanjanje je miješanje ili dodavanje različitih aditiva. Štoviše, poželjno je da ova faza bude što kraća

Razlog je taj što značajno doprinosi mekim područjima koja se razvijaju tijekom kaljenja. Stoga neželjeni mikrosastojci mogurazviti ako im se dopusti da nastave.

Jezgreni stadij vrenja

To je drugi stupanj nakon parne faze. Počinje kada tekućina bliže površini materijala počne ključati, a faza pare počinje kolabirati. To je najbrži stupanj hlađenja dane komponente.

Zbog prijenosa topline sa zagrijane površine i naknadne apsorpcije u tekuće sredstvo za kaljenje, moguće su značajne stope ekstrakcije topline. Omogućuje ohlađenoj tekućini da zauzme svoje mjesto na površini.

Nekoliko sredstava za gašenje uključuje aditive za povećanje maksimalne brzine hlađenja tekućine. Kuhanje prestaje kad god površinska temperatura komponente padne ispod vrelišta tekućine.

Za one komponente sklone distorziji, mediji poput visokotemperaturnih ulja i soli daju dobre rezultate. Inače bi materijali mogli postati lomljivi i brzo se oštetiti tijekom željenih primjena.

Konvektivna faza

Konvekcija je završna faza procesa. To se događa kada materijal dosegne temperaturu nižu od vrelišta sredstva za gašenje. Stadij konvekcije uključuje prijenos topline kroz rasuti fluid, a njegova početna točka je kondukcija.

To je najsporiji stadij jer je prijenosu topline potrebno mnogo vremena da dođe do svih molekula unutar mase. Kontrola evakuacije topline kroz konvekciju uključuje mnoge varijable, uključujućispecifična toplina sredstva za kaljenje i njegova toplinska vodljivost.

Razlika u temperaturi između sredstva za kaljenje i materijala može utjecati na proces konvekcije. Obično se većina izobličenja događa u ovoj točki.

Gornja tri koraka gašenja odvijaju se redom na određenoj lokaciji. Unatoč tome, ovisno o geometriji dijela i miješanju, različita područja će započeti različite faze u različito vrijeme.

Tri faze procesa kaljenja

Sredstva za kaljenje

Gašenje se događa kroz bilo koji medij, a sljedeći je popis od 4 različita medija. Svaki ima prednosti i nedostatke, ovisno o svojim svojstvima, kontaktnim elementima, vremenu, zakonima prijenosa topline i odnosima.

1. Zrak: Iskorištenje normalne temperature okoline za ohladite zagrijani materijal
2. Slana otopina: Otopina soli i vode je najbrži medij za hlađenje pri gašenju.
3. Ulje: Pouzdano i brže gašenje alternativa zraku.
4. Voda: Brže od zraka ili ulja u gašenju tekućina.

Iako literatura ima opsežne informacije o gore navedenim medijima, istražimo dva glavna, ulje i voda.

Gašenje vodom

Voda ima svojstvo hlađenja materijala brže od ulja i zraka. Dakle, kaljenje kroz vodu je brz proces.

• Postupak kaljenja u slanoj vodi imaznatno oštrija reakcija pri hlađenju nego bilo koja druga, kvašenje vode je najučinkovitija metoda.
• Prije ovog procesa voda mora biti sobne ili željene temperature. Nakon toga, kada se zagrijani materijal stavi u vodu za hlađenje, on mijenja svoje faze prema fazama.
• Rezultati brže dolaze kod kaljenja u vodi. Još jedna prednost je što se radi o brzoj metodi hlađenja. Stoga je najjeftiniji u smislu novca i vremena. Međutim, naravno, brzi rezultat dolazi i sa značajnim nedostacima.
• Nedostatak krutih, lomljivih i lako lomljivih krajnjih proizvoda dolazi s ovom brzom ili trenutnom brzinom. Kaljeni materijal može biti označen kao kvalitetan ili loš.
• Kaljenje u vodi je održiva opcija u slučaju kaljenja čelika. Razlog tome je što čelik ima jedinstven način hlađenja koji se može postići vodom. Karbonizirani čelik zagrijava se iznad svoje temperature ponovne kristalizacije.
• Trenutnim hlađenjem čelika, kaljenje vodom sprječava taljenje čelika u ovoj fazi kada bi se inače otopio da se ne zaustavi. Stoga je kaljenje u vodi prikladnije za čelik nego za druge medije.

Kaljenje u ulju

Jedna od najpopularnijih tehnika kaljenja u sektoru kaljenja metala je kaljenje u ulju. Optimalna metoda za kaljenje metalnih legura daje impotrebnu tvrdoću i snagu, a da ne postanu kruti i lomljivi tijekom procesa.

Kaljenje uljem ima nekoliko prednosti, ali glavna je da se zagrijava sporije od drugih medija za kaljenje i hladi za dulje trajanje, dajući zagrijanom materijalu veću stabilnost i vrijeme stvrdnjavanja.

Osim toga, ovo jamči da kaljeni materijal neće biti pretjerano krt i da će se savršeno dobro držati. Stoga je poželjniji od metoda u vodi, zraku ili slanoj vodi jer smanjuje mogućnost iskrivljenja ili pucanja tijela kaljenog metala.

Kaljenje je proces brzog hlađenja

Razlika između kaljenja vodom i uljem

Voda i ulje dvije su različite vrste medija. Oba se razlikuju u nekim aspektima i ponašaju se različito u gašenju. Donja tablica sažima pregled razlika između dva medija.

Kašenje u vodi naspram kaljenja u ulju

Zaključak

• Brzi postupak hlađenja koji se zove kaljenje uzrokuje stvrdnjavanje materijala. Vrste, primjene i sastav komponenata legure čelika utječu na brzinu kaljenja.
• Brzina kojom se tvar hladi također ovisi o karakteristikama sredstva za kaljenje. Ovaj članak je istaknuo uljne i vodene medije. Oba su jedinstvena premarazličite primjene.
• Ulje je dobro za kaljenje jer brzo prenosi toplinu bez promjene metala. Iako su kaustična sredstva za gašenje na bazi vode brža, snaga kojom djeluju može slomiti ili izobličiti neke materijale.