Tepelné zpracování

Tepelné zpracování je řízený ohřev kovové součásti na určenou teplotu, výdrž na ní a ochlazení definovanou rychlostí s cílem změnit vnitřní strukturu materiálu a tím jeho vlastnosti (anglicky heat treatment). Stejná ocel může mít podle zpracování tvrdost měkkého polotovaru, který se snadno obrábí, nebo tvrdost nástroje, který odolá opotřebení. Tepelně se zpracovávají hlavně oceli, ale také slitiny hliníku, mědi a titanu.

Hlavní postupy pro ocel:

Žíhání materiál změkčí, zjemní jeho strukturu nebo sníží vnitřní pnutí, například u svařenců před přesným obráběním. Kalení je ohřev na teplotu, při které se struktura přemění na austenit (u běžných konstrukčních ocelí obvykle 800 až 900 °C), a rychlé ochlazení ve vodě, oleji, polymerní lázni nebo plynu, při kterém vznikne tvrdá martenzitická struktura. Zakalená ocel je křehká, a proto následuje popouštění: nízkoteplotní pro vysokou tvrdost (nástroje, kluzné plochy), vysokoteplotní pro houževnatost. Kalení s vysokoteplotním popouštěním se nazývá zušlechťování, typicky u hřídelí a čepů z ocelí C45 nebo 42CrMo4.

Povrchové a chemicko-tepelné zpracování vytvoří tvrdou povrchovou vrstvu a zachová houževnaté jádro. Povrchové kalení (indukční, plamenem, laserem) zakalí jen povrch. Cementace sytí povrch nízkouhlíkové oceli (například 16MnCr5) uhlíkem a po kalení a popuštění dává vrstvu obvykle 0,3 až 2 mm s tvrdostí kolem 58 až 62 HRC. Nitridace probíhá při nižší teplotě, obvykle kolem 500 až 570 °C, bez kalení, a proto s minimální deformací, vrstva je však tenčí. Vytvrditelné hliníkové slitiny (řady 2000, 6000 a 7000) se vytvrzují rozpouštěcím žíháním, zakalením a umělým stárnutím, výsledkem je například stav T6.

Tepelné zpracování předepisujte u dílů namáhaných opotřebením, kontaktním tlakem nebo proměnlivým zatížením: hřídele, čepy, ozubená kola, vodicí lišty, vačky, nože, střižné nástroje a formy. Zušlechtění zvyšuje pevnost celého průřezu, povrchové kalení, cementace a nitridace se volí tam, kde má odolávat hlavně povrch a jádro má zůstat houževnaté.

Žíhání ke snížení pnutí má smysl u svařenců a tvarově složitých dílů, které se budou přesně obrábět, a u dílů z kovového 3D tisku, v nichž po výrobě zůstává výrazné vnitřní pnutí.

Ocel musí být pro zvolený postup vhodná. Konstrukční oceli s nízkým obsahem uhlíku (například S235) se prakticky nezakalí, pro cementaci se volí cementační oceli a pro nitridaci oceli s nitridotvornými prvky. Materiál a zpracování proto vybírejte společně a konzultujte je s kalírnou.

Kalení způsobuje rozměrové změny a deformace. Přesné plochy se obrábějí s přídavkem a dokončují broušením až po tepelném zpracování. Ostré vnitřní rohy, náhlé změny průřezu a díry blízko hrany zvyšují riziko kalicích trhlin. Plochy, které mají zůstat měkké (například závity u cementovaných dílů), vyznačte na výkrese.

Místo slova „kalit“ uveďte konkrétní požadavek: druh zpracování, tvrdost s tolerancí (například 58 až 62 HRC), u povrchových vrstev hloubku vrstvy a mezní tvrdost, ke které se měří (u cementace obvykle 550 HV), a místo měření. Od dodavatele požadujte protokol o zkoušce tvrdosti.