O čem to je
Z jedné tyče oceli C45 můžeš udělat měkký polotovar, který se dobře obrábí, i tvrdý čep, který vydrží roky tření. Stačí ocel jinak ohřát a jinak ochladit. Ocel přitom nemění tvar ani chemické složení – mění se jen její vnitřní struktura.
Tomu se říká tepelné zpracování. Každé má tři části: ohřev na danou teplotu, výdrž na teplotě a ochlazení danou rychlostí.
Nové pojmy
Tepelné zpracováníŘízený ohřev, výdrž a ochlazení kovu, kterým se změní jeho struktura a tím vlastnosti. Tvar ani složení se nemění.Kalení ocelového nože.
AustenitStruktura oceli za vysoké teploty (v uhlíkových ocelích nad 727 °C). Rozpouští hodně uhlíku. Odtud se při ochlazení vytvoří různé struktury.Ocel ohřátá na 850 °C je austenitická.
Teploty A1 a A3Hranice z diagramu železo–uhlík. A1 = 727 °C, pod ní austenit není. A3 = teplota, nad kterou je ocel s méně než 0,77 % C celá austenitická (pro C45 asi 780 °C).Kalicí teplotu volíme podle A3.
Vnitřní pnutíNapětí, které zůstane v součásti po svařování, tváření nebo rychlém ochlazení, i když na ni nic nepůsobí. Může způsobit zkroucení nebo trhliny.Svařený rám se po obrobení zkroutí.
Žíhání: chceme ocel klidnou a měkkou
ŽíháníOhřev, výdrž a pomalé ochlazení (obvykle v peci). Cílem je odstranit pnutí, změkčit ocel nebo zjemnit zrno.Výkovek se před obráběním žíhá.
| Druh žíhání | Teplota (orientačně) | K čemu |
|---|
| ke snížení pnutí | 550–650 °C (pod A1) | odstraní pnutí po svařování a hrubování |
| na měkko | kolem A1, asi 680–740 °C | nejměkčí stav, lepší obrobitelnost |
| normalizační | 30–50 °C nad A3, chladnutí na vzduchu | jemné, rovnoměrné zrno |
| rekrystalizační | pod A1, podle stupně tváření | obnoví tvárnost po tváření za studena |
Kalení: chceme ocel tvrdou
KaleníOhřev do oblasti austenitu (podeutektoidní ocel 30–50 °C nad A3), výdrž a rychlé ochlazení ve vodě, oleji nebo polymerní lázni. Vznikne martenzit.Kalení břitu sekáče do vody.
MartenzitVelmi tvrdá a křehká struktura. Vzniká, když se austenit ochladí tak rychle, že uhlík nestihne z mřížky uniknout.Kalená ložisková ocel má kolem 60 HRC.
Kritická rychlost ochlazováníNejmenší rychlost ochlazení, při které ještě vznikne martenzit. Legované oceli ji mají menší, proto je stačí kalit do oleje nebo i na vzduchu.Uhlíková ocel C45 se kalí do vody, 42CrMo4 do oleje.
Zakalit jde jen ocel s dostatkem uhlíku, zhruba od 0,3 % C. Ocel S235 (asi 0,2 % C) se prakticky nezakalí.
Popouštění: ubereme křehkost
PopouštěníOhřev zakalené oceli pod A1, výdrž a ochlazení. Sníží pnutí a křehkost, ale i tvrdost. Dělá se hned po kalení.Nástroj se popouští na 180 °C.
- Nízkoteplotní popouštění (asi 150–250 °C): zůstane vysoká tvrdost, ubude pnutí. Nástroje, měřidla, ložiska.
- Vysokoteplotní popouštění (asi 500–650 °C): ocel je pevná i houževnatá. Kalení + vysoké popouštění = zušlechťování. Hřídele, ojnice, šrouby vyšších pevností.
Ocel C45 (A3 ≈ 780 °C) chceš zakalit. Na jakou teplotu ji ohřeješ?
Podeutektoidní ocel kalíme 30–50 °C nad A3: 780 + 30 = 810 °C až 780 + 50 = 830 °C. Ohřeješ na asi 810–830 °C, vydržíš a ochladíš do vody. Přesnou teplotu vždy ber z materiálového listu oceli.
Hřídel z 42CrMo4 má být pevná, ale nesmí prasknout při rázu. Jaké zpracování zvolíš?
Potřebuje pevnost i houževnatost → zušlechtění: kalení do oleje a pak vysokoteplotní popouštění (asi 550–650 °C). Samotné kalení by ji udělalo křehkou.
✗Po kalení je součást hotová, popouštění není potřeba.
✓Po kalení se ocel vždy popouští, a to co nejdřív.
Martenzit je křehký a plný pnutí. Bez popouštění hrozí trhliny i samovolné prasknutí součásti.
Bezpečnost u kalírny
- Pracuj v ohnivzdorném oděvu, s ochranným štítem nebo brýlemi a kalicími rukavicemi.
- Díl ponořuj do oleje celý a rychle – olej může vzplanout. U lázně měj víko a hasicí přístroj.
- Rozžhavený i „už vychladlý“ díl beri jen kleštěmi – ocel pod 500 °C nesvítí, ale popálí.
Tepelné zpracování = ohřev, výdrž, ochlazení. Žíhání (pomalu) změkčí a uklidní ocel, kalení (rychle) dá tvrdý martenzit, popouštění sníží křehkost. Kalení + vysoké popouštění = zušlechťování.