Uhlíkové oceli - vlastnosti, typy a použití

Oceli pro nauhličování - úvod

Ocel pro nauhličování je speciální typ oceli, která po nauhličení a zpevnění získá tvrdý povrch odolný proti opotřebení při zachování tvárného a pevného jádra. Díky těmto vlastnostem se hojně používá v automobilovém, strojírenském, leteckém a nástrojářském průmyslu, zejména pro ozubená kola, hřídele, čepy a ložiska, která musí být odolná proti otěru a nárazu.

Uhličování umožňuje řízené zvýšení obsahu uhlíku v povrchové vrstvě ocelového výrobku, což umožňuje jeho následné kalení kalením. Jádro naopak zůstává tvárné a odolné proti lomům, což zajišťuje dlouhou životnost součástí vystavených vysokému dynamickému zatížení.

Co je nauhličování oceli?

Karbonizační oceli lze rozdělit na legované a nelegované oceli.

Nelegované oceli obsahují méně než 0,45 % C a maximálně 0,75 % Mn a mohou navíc obsahovat zvýšený obsah S pro zlepšení obrobitelnosti. Po nauhličení se podrobují kalení a nízkému popouštění, aby se získala tvrdá povrchová vrstva a měkké tvárné jádro. Vzhledem k omezené kalitelnosti se nejčastěji používá pro malé strojní součásti. Ocel dodaná v žíhaném měkčeném stavu se obrábí a poté se nauhličuje při teplotě asi 890 °C a přímo od této teploty se kalí a v konečné fázi se ocelové součásti popouštějí při 150 °C až0 200 °C.

Legované oceli po nauhličení se vyznačují vysokými pevnostními vlastnostmi nauhličené povrchové vrstvy a vysokou tažností jádra. Kromě toho se vyznačují odolností proti přehřátí, dobrou obrobitelností, nízkou náchylností k deformacím při tepelném zpracování a kalitelností odpovídající průřezu, zatížení a geometrickým vlastnostem hotových výrobků.
Vyznačují se nízkým obsahem uhlíku (0,10-0,25 % C) a obvykle mají přídavek Cr 0,8-1,7 % a přídavky Mn, Ni, Mo, Ti, W, V. U legovaných ocelí hrají přídavky prvků velmi důležitou roli při zajištění vysokých pevnostních vlastností nauhličené vrstvy a tvárného jádra.
Přídavky Cr, Mn a Ni zlepšují kalitelnost a snižují kalicí napětí v nauhličené vrstvě. Teplota, při které se provádí nauhličování, často závisí na způsobu tohoto tepelného zpracování a činí například 1050 °C pro vakuové nauhličování. V poslední fázi tepelného zpracování se provádí nízké popouštění.

V důsledku těchto operací si jádro zachovává dobrou tažnost a odolnost proti lomu. Po nauhličení a kalení dosahuje povrchová vrstva tvrdosti až 60 HRC, což zajišťuje vysokou odolnost proti opotřebení.

Pro nauhličování se nejčastěji používají tyto oceli:
🔹 16MnCr5 (1.7131 ) - oblíbená nauhličovaná ocel s dobrými mechanickými vlastnostmi.
🔹 20MnCr5 (1.7147 ) - verze s vyšším obsahem manganu, který zvyšuje kalitelnost.
🔹 16/20MnCrS5 (1.7131/1.7147)
🔹 18CrNiMo7-6 (1.6587) - vysoce legovaná ocel s vysokou pevností v jádře.
🔹 20CrMo5 (1.7264) - nauhličená ocel s přídavkem molybdenu pro zvýšení odolnosti proti tečení.
🔹 C15 (1.0401); C15E (1.1141 ) ; C15R (1.1140)
🔹 20CrMo5 (1.7264) - nauhličená ocel s přídavkem molybdenu pro zlepšení odolnosti proti tečení.

Chemické složení nauhličovaných ocelí?

V chemickém složení nauhličujících ocelí převažují prvky, které zlepšují kalitelnost, odolnost proti únavě a opotřebení.

Uhlík (C) - odpovídá za povrchovou tvrdost po nauhličení
Mangan (Mn ) - zlepšuje pevnost v jádře
Chrom (Cr) - zlepšuje odolnost proti opotřebení a korozi
Molybden (Mo) - zvyšuje odolnost proti tečení a stabilizuje strukturu
Nikl (Ni) - zvyšuje houževnatost a odolnost vůči dynamickému zatížení

Různými kombinacemi těchto prvků lze optimalizovat pevnost jádra a odolnost povrchu proti opotřebení u nauhličovaných ocelí.

Mechanické vlastnosti nauhličovaných ocelí?

Uhličité oceli před a po tepelném zpracování vykazují různé mechanické vlastnosti.

Po nauhličení a kalení se u této oceli vytvoří tvrdý povrch a pružné jádro, což z ní činí velmi vhodný materiál pro díly pracující při vysokém dynamickém zatížení.

Proces nauhličování a tepelného zpracování

Proces tepelného zpracování se skládá z několika fází:
Karbonizace je zahřívání oceli na 850-950 °C za přítomnosti média obsahujícího uhlík (např. plynného, kapalného nebo pevného), které umožňuje difúzi uhlíku do povrchové vrstvy.
Kalení je rychlé ochlazení v oleji nebo vodě, které zpevní povrch.
Kalení je zahřátí na teplotu 150-200 °C za účelem zvýšení odolnosti materiálu proti praskání a uvolnění napětí.
Kombinace tvrdého povrchu a pružného jádra tak činí nauhličené oceli mimořádně odolnými proti opotřebení a únavě.

Použití nauhličujících ocelí

Tyto oceli se používají všude tam, kde je vyžadován tvrdý povrch a pružné jádro, aby byla zaručena vysoká životnost součástí. Typické aplikace zahrnují:
1. Automobilový průmysl

• Ozubená kola, vačkové hřídele a pístní čepy
• Součásti převodovek a diferenciálů
• Pouzdra, vačky a součásti zavěšení

2. Strojírenství

• Ozubená kola a hnací hřídele
• Vodicí dráhy, válečky a ložiska
• Součásti hydraulických čerpadel a přesných mechanismů

3. Letecký a energetický průmysl

• Turbíny a hřídele v elektrárnách
• Součásti rotorů a převodovky pro letecký průmysl
• Součásti pracující při vysokém dynamickém zatížení

Výhody nauhličování oceli?

✅ Velmi tvrdý povrch - zajišťuje odolnost proti oděru a dlouhou životnost.
✅ Plastické jádro - odolnost proti lomu a únavě.
✅ Možnost povrchového kalení - jemné vyladění mechanických vlastností.
✅ Dobrá odolnost vůči dynamickému zatížení - ideální pro automobilový průmysl a průmyslové aplikace.
✅ Široké využití v hnací technice - používá se v hřídelích, ozubených a řetězových kolech.

🚫 Omezení:
❌ Vyžaduje komplexní tepelné zpracování - je nutné přesné nauhličování a kalení.
❌ Nevhodné pro konstrukce vyžadující rovnoměrnou tvrdost - rozdíly mezi povrchem a jádrem mohou způsobit nerovnoměrné zatížení.

Shrnutí
Uhlířská ocel je klíčovým materiálem používaným v automobilovém, strojírenském a leteckém průmyslu, kde je důležitá kombinace tvrdého povrchu a pružného jádra. Procesem nauhličování a kalení dosahují tyto oceli výjimečné odolnosti proti oděru a únavě, díky čemuž se používají pro aplikace hnacích ústrojí a převodovek.
🔩 Hledáte správnou jakost oceli pro nauhličování? Kontaktujte nás - pomůžeme vám najít to nejlepší řešení! ⚙️🔥