Znanstvena načela in sodobne industrijske aplikacije kaljenja: preskok zmogljivosti od rezalnih orodij do pritrdilnih elementov

Jeklo je v bistvu zlitina železa in ogljika. Ko se jeklo segreje na kritično temperaturo (običajno nad 727 stopinj, temperaturo avstenitizacije), se njegova kristalna struktura spremeni iz kubičnega-centriranega kubika (BCC) v kubičnega-centriranega kubika (FCC). Atomi ogljika so enakomerno raztopljeni v intersticijskih prostorih kristalne mreže in tvorijo mehak in visoko duktilen avstenit.

Ključ do gašenja je hitro ohlajanje (običajno z uporabo vode, olja, polimernih raztopin ali plinov). Ta proces preprečuje difuzijo in izločanje atomov ogljika, zaradi česar je kristalna mreža podvržena strižni{1}}rekonstrukciji med ohlajanjem, pri čemer nastane prenasičena telo-centrirana tetragonalna (BCT) struktura-martenzit. Martenzitna mreža je močno popačena zaradi "pozicioniranja" atomov ogljika, kar ustvarja ogromne notranje napetosti, s čimer se znatno poveča trdota materiala. Na primer, trdota običajnega nizko{6}}ogljičnega jekla se lahko po kaljenju poveča s HB 120 na več kot HRC 50.

Čeprav je martenzit trd, je krhek, kot napeta vzmet. Zato je po kaljenju običajno potrebno popuščanje (ogrevanje in zadrževanje pri nizki-temperaturi), da se sprosti nekaj notranjih napetosti in izločijo fini karbidi, da se obnovi določena stopnja žilavosti ob ohranjanju visoke trdote in doseže ravnovesje med trdoto in prožnostjo.

Čeprav so na področju pritrdilnih elementov iz nerjavnega jekla avstenitna nerjavna jekla (kot sta 304 in 316) zelo priljubljena zaradi svojih ne-magnetnih in korozijsko-odpornih lastnosti, je njihova trdnost relativno nizka (natezna trdnost približno 520 MPa). Za aplikacije, ki zahtevajo večjo trdnost, postanejo martenzitna nerjavna jekla (kot sta 410 in 420) prednostna izbira-ti materiali lahko s kaljenjem in popuščanjem dosežejo ravnovesje med visoko trdnostjo in zmerno odpornostjo proti koroziji.

Tipične aplikacije vključujejo:

Nastavitveni vijaki iz nerjavečega jekla: Uporablja se za aksialno pritrditev v preciznih strojih, ki zahtevajo visoko trdoto površine, da se uprejo lupljenju.

Samovrtalni-vijaki iz nerjavečega jekla: Konica svedra je kaljena, da se zagotovi učinkovito vrtanje v kovinske plošče.

Zaporni vijaki iz nerjavečega jekla: Da prenese visoke strižne obremenitve, kaljenje izboljša trdnost jedra.

Vijaki s šestrobo glavo iz nerjavečega jekla: V težkih okoljih, kot so fasade zgradb in ladjedelništvo, so -različice visoke trdnosti odvisne od toplotne obdelave, da se zagotovi zanesljivost povezave.

Omeniti velja, da niso vsi pritrdilni elementi iz nerjavečega jekla primerni za kaljenje. Avstenitnega nerjavečega jekla (kot so običajni vijaki iz nerjavečega jekla in vijaki s ploščato glavo iz nerjavnega jekla) ni mogoče ojačati s toplotno obdelavo; njegovo izboljšanje trdnosti je v glavnem odvisno od utrjevanja v hladnem. Če pa je tapcon iz nerjavečega jekla izdelan iz martenzitnega materiala, ga je treba kaliti in popuščati, da izpolni zahteve glede natezne in strižne trdnosti.