Metalurgia je všeobecný názov pre spracovanie kovov. Od ich získavania, až po výsledné úpravy vlastností. Patria do nej aj spôsoby tepelného spracovania ako je žíhanie, popúšťanie, cementovanie alebo práve kalenie ocele.
Cieľom týchto úprav je modifikácia pôvodných vlastností ocele. Tie totiž nemusia výslednému účelu vyhovovať, pritom je ale tento kov stále vhodnejšou surovinou na výrobu konštrukcie alebo súčasti. Kalenie technológ volí vtedy, keď je potrebné získať maximálnu možnú tvrdosť povrchu.
V akých prípadoch je úprava ocele kalením vhodná
Práve tvrdosť je parameter, ktorý určuje aj životnosť výrobkov vystavených mechanickému namáhaniu typickému napríklad pri obrábacích alebo chirurgických nástrojoch. Rovnako ako pevnosť v ťahu, ktorú oceľ kalením tiež získava, sa hodí aj pri špeciálnych konštrukciách, lisovacích formách alebo prípravkoch. Je ale potrebné zároveň dbať na to, že so získanou tvrdosťou stúpa krehkosť - klesá húževnatosť - a tiež sa zväčšuje objem kalenej súčasti.
Za kaliteľnú je považovaná oceľ s obsahom uhlíka vyšším než 0,2 %, ideálne nad hranicou 0,35 %. Možnosť kalenia je naopak zakázaná oceliam austenitickým a všetkým ostatným kovom. Princípom je totiž vznik nasýteného roztoku uhlíka v prítomnom železe - martenzitu. Práve vďaka jeho jemnej štruktúre je potom možné výsledný povrch brúsiť až do ostria, ktoré by pri bežných oceliach znamenalo jeho odlomenie.
Pracovný postup pri kalení ocele
Rozlíšiť je možné dva základné typy kalenia podľa druhu vznikajúcej vnútornej štruktúry materiálu - martenzitickej a bainitickej. Cesta, ako zásadne zmeniť charakteristiky výrobku do požadovanej podoby, vedie cez tepelnú úpravu. Proces kalenia sa dá rozdeliť na niekoľko nadväzujúcich operácií:
- Zahrievanie na kritickú teplotu - nazývanú kaliaca alebo tiež austenitická - je spôsob, ako premeniť základnú štruktúru ocele. Teplota kalenia ocele sa podľa jej typu pohybuje medzi 800 a 1220 °C.
- Výdrž na tejto teplote po dobu, než sa vytvorí homogénna zmes v celej hrúbke súčasti, je ďalším krokom vedúcim k požadovanej akosti.
- Rýchlosť následného chladenia je určujúca pre úroveň tvrdosti, ktorú výrobok získa.
Chladivom môže byť voda, soľný roztok, olej či dusík.
Ďalšie fázy či procesy tepelného spracovania môžu nasledovať, pokiaľ je potrebné výsledné vlastnosti výrobku napasovať na ich budúci účel:
- Popúšťanie je proces vedúci k zníženiu pnutia a korekcii tvrdosti v prospech húževnatosti. Ide o znovuohrievanie na tzv. popúšťaciu teplotu a následné pomalé chladenie.
- Žíhanie ocele je opäť jej zahrievanie a následné veľmi pozvoľné chladenie. Jeho zmyslom je odstrániť vnútorné pnutie, znížiť tvrdosť ocele či zlepšiť obrobiteľnosť.
Zariadenie na kalenie ocele
Na kalenie sa používajú elektrické kaliace pece obvykle s vodou chladeným vonkajším plášťom sústredeným okolo valcovej vykurovacej komory. Dnešné pece sú už riadené automaticky a umožňujú v jednom cykle zároveň aj popúšťať pomocou prúdu dusíka.
Laserové kalenie na rozdiel od iných metód povrchového kalenia sa vykazuje špecificky vyššou rýchlosťou ohrevu a kalenia. Dochádza len k minimálnemu zníženiu kvality okolitého materiálu. Povrchové laserové kalenie sa využíva hlavne v automobilovom priemysle, a to na kalenie foriem na výrobu plastu. Hlavnými prednosťami je rýchlosť kalenia, jednoduchá regulácia teploty a vyššia tvrdosť. Laserové kalenie naviac nevytvára pnutie.
Kam smeruje vývoj
Novinka v spôsobe kalenia ocele je tzv. kryogénne spracovanie. V princípe ide o rýchle podchladenie kalenej ocele pod bod mrazu v kryogénnom boxe. Je tak zabezpečené fixovanie rozmerov kaleného výrobku, dokončenie štruktúrnej transformácie materiálu a zároveň zvýšenie oteruvzdornosti a životnosti.
Obrábanie kalených ocelí
Zakalením výroba konkrétneho dielu obvykle nekončí a je tak nutné ho dokončiť ďalšími operáciami. Keďže má výrobok výrazne vyššiu tvrdosť, sú vyššie nároky kladené aj na zariadenia a nástroje na trieskové obrábanie.
V prípade, že nie je možné využiť vysoké rezné rýchlosti a posuv, je vhodné hrubovanie s veľkým prierezom triesky. V prípade potreby vŕtania je nutné vyberať z ponuky vrtákov do kalenej ocele priamo zhotovených z tvrdokovu alebo tvrdokovom povlakovaných. Vhodné sú aj vídiové vrtáky so spájkovacou karbidovou reznou doštičkou tvoriacou ostrie.
© ATREON