STRUKE:

kaljenje

kaljenje, toplinska obradba čelika i željeznih lijevova kojom se na njihovoj površini ili u cijelom obujmu postiže velika tvrdoća i čvrstoća. Obradba se sastoji u tome da se predmet, zagrijan na visoku temperaturu (između 750 i 1200 °C, što ovisi o sastavu materijala), naglo ohladi na temperaturu nižu od neke kritične, a ta temperatura ovisi o željenim konačnim svojstvima predmeta. Na visokoj temperaturi u čeliku je postojan austenit, gama-modifikacija željeza u kojoj je otopljeno razmjerno mnogo ugljika. Austenit na nižoj temperaturi prelazi u ferit, alfa-modifikaciju željeza u kojoj je ugljik neznatno topljiv. Pri polaganu hlađenju austenita višak ugljikovih atoma, koji se ne može otopiti u feritu, izdvojio bi se iz kristalne rešetke difuzijom. Međutim, kada se pri kaljenju austenit naglo ohladi, za izdvajanje ugljikovih atoma difuzijom nema dovoljno vremena, pa oni ostaju u kristalnoj rešetki, deformirajući ju i uzrokujući unutarnja naprezanja. Takva prezasićena čvrsta otopina ugljika u alfa-modifikaciji željeza naziva se martenzit i odlikuje se velikom tvrdoćom i čvrstoćom. U željeznim lijevovima, zbog većeg udjela ugljika, također nastaju eutektičke fazne transformacije, koje karakterizira stvaranje ledeburita.

Pri kaljenju se usijani predmet hladi različitim sredstvima (zrak, voda, ulje, otopine, suhi led i dr.). Djelotvornost hlađenja ovisi o više parametara, npr. o stanju površine, o koeficijentu prijelaza topline, temperaturi i strujanju sredstva za hlađenje i sl. Najčešće se primjenjuje obično ili normalno kaljenje, pri kojem se predmet kontinuirano hladi do konačne temperature. Gdjekad se pristupa i kombiniranomu kaljenju, pri kojem se predmet hladi u slijedu u dva ili više sredstava, kako bi se omogućilo hlađenje različitim brzinama i do različitih temperatura. Ta se tehnika primjenjuje kada treba izbjeći pojavu pukotina u predmetu zbog velikih unutarnjih naprezanja koja mogu nastati kontinuiranim hlađenjem. Često se primjenjuje i površinsko kaljenje, pri kojem se zagrijavanjem površine (indukcijskim ili plamenim) dobiva velika tvrdoća i čvrstoća površine i žilava unutrašnjost predmeta. Dubina kaljenja kod indukcijskoga zagrijavanja, kojim se može bolje kontrolirati temperatura površine, iznosi najčešće 0,25 do 1 mm, a kod plamenoga zagrijavanja 2 do 6 mm. U novije doba površinski se može kaliti i elektronskim snopom ili laserom, pri čemu su dubine ugrijavanja i zakaljivanja znatno manje.

Budući da je zakaljeni materijal vrlo krhak, on se često ponovno zagrijava na 650 do 700 °C i hladi na zraku (popuštanje), čime se kontrolirano smanjuju unutarnja naprezanja i materijal dovodi u stanje znatno veće istezljivosti i žilavosti. Konačna temperatura kaljenja, potrebna brzina hlađenja i način popuštanja biraju se prema traženim mehaničkim svojstvima materijala.

kaljenje. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 24.5.2019. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=30024>.