Kalení oceli

Normální tepelné zpracování
Pro změnu vlastností kovů a jejich slitin je nutné použít jeden ze základních technologických postupů, kterým je tepelné zpracování. Změny mechanických vlastností jsou spojeny se změnou struktury kovů, ke které dochází v důsledku změny teploty po určitou dobu . Každá operace tepelného zpracování zahrnuje základní operace zahřívání, kalení a chlazení. Pro pochopení platnosti operací tepelného zpracování je důležité znát systém Fe-Fe3C železo-uhlík a fázové přeměny, ke kterým v materiálu dochází v důsledku změny teploty.

Objemové kalení
Základním a velmi dobře známým zpracováním je kalení. Objemové kalení je tepelné zpracování spočívající v zahřátí součásti na austenitizační teplotu, žíhání při této teplotě a následném ochlazení rychlostí, která umožňuje dosažení martenzitické nebo bainitické struktury. Předpokládá se, že austenitizační teplota je o 30÷50 ℃ vyšší než teplota Ac3, kterou lze odečíst ze systému Fe-Fe3C železo-uhlík (obrázek 1).

Obr. 1. Fragment diagramu Fe-Fe3C s vyznačenými rozsahy kalení a žíhání uhlíkových ocelí (zdroj: L. A. Dobrzański, Základy nauky o materiálech a metalurgii, WNT)

Zahřívání součásti se často provádí postupně s žíháním při několika meziteplotách, aby se zabránilo vzniku trhlin v důsledku tepelného namáhání. Teplota austenitizace neboli žíhání musí být rovněž pečlivě zvolena, aby se zabránilo růstu austenitových zrn, který by následně vedl ke vzniku hrubého martenzitu, a tím ke zhoršení mechanických a provozních vlastností a zvýšení křehkosti oceli. Přesná teplota žíhání závisí na chemickém složení oceli a zejména na obsahu uhlíku.

Bainitické kalení se liší způsobem chlazení, které probíhá kontinuálně rychlostí nižší než kritická, aby mohla proběhnout bainitická přeměna. Po takovém zpracování je struktura oceli bainitová, případně s martenzitem nebo zbytkovým austenitem. Tato konečná struktura oceli příznivě ovlivňuje plasticitu a rázové vlastnosti oceli a zlepšuje únavovou odolnost oceli, ale zároveň snižuje pružnost a mez kluzu. Lze také provést bainitické kalení s izotermickou přeměnou, což je vícestupňový proces, který se skládá z kalení austenitu, izotermické výdrže v teplotním rozmezí 250-400 ℃ a ochlazení na pokojovou teplotu v bezvětří. Tímto způsobem bude mít výrobek nízké tepelné a strukturní napětí a menší možnost vzniku trhlin a deformací.

Informace o struktuře oceli v závislosti na teplotě a době chlazení jsou obsaženy v transformačních diagramech podchlazeného austenitu během izotermického a kontinuálního chlazení; jedná se o takzvané CTP (time-temperature-transformation) křivky. Na jejich základě se určují parametry chlazení, aby se dosáhlo požadované struktury, která je následně zodpovědná za mechanické vlastnosti hotových výrobků (obr. 2).

Obr. 2. Diagramy přeměn podchlazeného austenitu v podeutektoidní uhlíkové oceli: a) CTPi pro izotermické chlazení, b) CTPc pro kontinuální chlazení; ɣ - austenit, P - perlit, B - bainit, M - martenzit (zdroj: L. A. Dobrzański, Podstawy nauki o materiałów i metaloznawstwo, WNT)

Dalším typem kalení je povrchové kalení, při kterém se rychle zahřívá a následně rychle ochlazuje pouze povrchová vrstva součásti. Nevyvolává vysoká napětí a tepelné deformace.

Další symboly v označení oceli

V označeních jakostních tříd oceli najdeme další symboly, které často označují stav, v jakém má být výrobek dodán zákazníkovi.
Běžnými symboly jsou například +N, +AR, +M, +QT.

• +N znamená, že výrobek prošel normalizačním žíháním, tj. zahřátím na teplotu 30-50 ℃ nad Ac3, následným žíháním při této teplotě a ochlazením. Tato operace vede k jemnozrnné struktuře, která má příznivý vliv na mechanické vlastnosti. Normalizace se provádí především u nelegovaných konstrukčních ocelových součástí za účelem homogenizace struktury, obvykle před dalším tepelným zpracováním.
• +AR znamená, že tepelné zpracování není nutné
• +M označuje, že výrobek byl termomechanicky válcován
• +QT označuje, že výrobek byl tepelně zpracován, tj. bylo provedeno kalení a popouštění.

Zpět na hlavní stránku blogu

Zpět na stránku blogu