Metalurgie je obecný název pro zpracování kovů. Od jejich získávání, až po výsledné úpravy vlastností. Patří do ní i způsoby tepelného zpracování jako je žíhání, popouštění, cementování nebo právě kalení oceli.
Cílem takových úprav je modifikace původních vlastností oceli. Ty totiž nemusí výslednému účelu vyhovovat, přitom je ale tento kov stále nejvhodnější surovinou pro výrobu konstrukce nebo součásti. Kalení pak technolog volí tehdy, kdy je třeba získat maximální možnou tvrdost povrchu.
V jakých případech je úprava oceli kalením vhodná
Právě tvrdost je parametr, který určuje i životnost výrobků vystavených mechanickému namáhání typickému třeba u obráběcích nebo chirurgických nástrojů. Stejně jako pevnost v tahu, kterou ocel kalením také získává, se hodí i u speciálních konstrukcí, lisovacích forem nebo přípravků. Je ale třeba zároveň dbát na to, že se získanou tvrdostí zároveň stoupá křehkost – klesá houževnatost – a také se zvětšuje objem kalené součásti.
Za kalitelnou je považována ocel s obsahem uhlíku vyšším než 0,2 %, ideálně nad hranicí 0,35 %. Možnost kalení je naopak zapovězená ocelím austenitickým a všem ostatním kovům. Principem je totiž vznik nasyceného roztoku uhlíku v přítomném železe – martenzitu. Právě díky jeho jemné struktuře je pak možné výsledný povrch brousit až do ostří, které by u běžných ocelí znamenalo jeho odlomení.
Pracovní postup při kalení ocelí
Rozlišit je možné dva základní typy kalení podle druhu vznikající vnitřní struktury materiálu – martenzitické a bainitické. Cesta, jak zásadně změnit charakteristiky výrobku do požadované podoby, vede přes tepelnou úpravu. Proces kalení lze rozdělit na několik navazujících operací:
- Zahřívání na kritickou teplotu – nazývanou kalící nebo také austenitická – je způsob, jak přeměnit základní strukturu oceli. Teplota kalení oceli se podle jejího typu pohybuje mezi 800 a 1220 °C.
- Výdrž na této teplotě po dobu, než se vytvoří homogenní směs v celé tloušťce součásti, je dalším krokem vedoucím k požadované jakosti.
- Rychlost následného chlazení je určující pro úroveň tvrdosti, kterou výrobek získá. Chladivem může být voda, solný roztok, olej či dusík.
Dalšími fáze či procesy tepelného zpracování ocelí mohou následovat, pokud je třeba výsledné vlastnosti výrobku dopřesnit jejich uvažovanému účelu:
- Popouštění je proces vedoucí ke snížení pnutí a korekci tvrdosti ve prospěch houževnatosti. Jde o znovuzahřívání na tzv. popouštěcí teplotu a následné pomalé chlazení.
- Žíhání oceli je opět její zahřívání a následné velmi pozvolné chlazení. Jeho smyslem je odstranit vnitřní pnutí, snížit tvrdost či zlepšit obrobitelnost.
Zařízení pro kalení oceli
Pro kalení se využívají elektrické kalící pece obvykle s vodou chlazeným vnějším pláštěm soustředěným kolem válcové topné komory. Dnešní pece jsou už řízeny automaticky a umožňují v jednom cyklu zároveň i popouštět pomocí proudu dusíku.
Laserové kalení na rozdíl od jiných metod povrchového kalení se vykazuje specificky vyšší rychlostí ohřevu a kalení. Dochází pouze k minimální snížení kvality okolního materiálu. Povrchové laserové kalení se využívá hlavně v automobilovém průmyslu, a to pro kalení forem na výrobu plastu. Hlavními přednostmi je rychlost kalení, snadná regulace teploty a vyšší tvrdost. Laserové kalení navíc nevytváří pnutí.
Kam směřuje vývoj
Novinka ve způsobu kalení oceli je tzv. kryogenní zpracování. V principu jde o rychlé podchlazení kalené oceli pod bod mrazu v kryogenním boxu. Je tak zajištěno zafixování rozměrů kaleného výrobku, dokončení strukturní transformace materiálu a zároveň zvýšení otěruvzdornosti i životnosti.
Obrábění kalených ocelí
Zakalením výroba konkrétního dílu obvykle nekončí a je tak nutné jej dokončit dalšími operacemi. Vzhledem k tomu, že má výrobek výrazně vyšší tvrdost, jsou vyšší nároky kladeny i na zařízení a nástroje pro třískové obrábění.
V případě, že není možné využít vysokých řezných rychlostí a posuvu, je vhodné hrubování s velkým průřezem třísky. V případě potřeby vrtání je nutné vybírat z nabídky vrtáků do kalené oceli přímo zhotovených z tvrdokovu nebo tvrdokovem povlakovaných. Vhodné jsou i vidiové vrtáky s pájenou karbidovou řeznou destičkou tvořící ostří.
© Atreon.cz