Kalenie

Kalenie je proces tepelného spracovania kovov ohrevom a následným ochladením za účelom zmeny jeho vnútornej štruktúry a tým aj zmeny vlastností kovu. Kalením sa ovplyvňujú vlastnosti ako tvrdosť, pevnosť, húževnatosť a pod. Kalenie ocele je jej zohriatie na austenitovú teplotu (niečo nad 727°C), kde sa podrží až do úplnej premeny vnútornej štruktúry na austenit a následné prudké ochladenie (600 °C/s), ktoré môže byť dvojakého typu:

martenzitické
- nepretržité - je najjednoduchšie a najlacnejšie, ale vznikajú pri ňom vnútorné napätia a maximálne deformácie
- pretržité - znižuje vnútorné napätie
bainitické
- nepretržité
- izotermické

V súčasnosti sa používa aj indukčné kalenie. Tu sa oceľ zahrieva vírivými prúdmi z cievky (miesto jadra má kalený obrobok) a následne ochladzuje olejom alebo vodou. Podľa frekvencie vírivých prúdov sa dá presne definovať kaliaca hĺbka.

Použitie

Kalením sa zvyčajne dosahuje zvýšenie tvrdosti a pevnosti v ťahu, ale znižuje sa ťažnosť a húževnatosť.

Kombinované býva s popúšťaním. Martenzitické štruktúry majú vysoké vnútorné napätia a tie oslabujú materiál a výrobok potom nie je dostatočne húževnatý.

Pri kalení treba dávať pozor nato, že žeravá oceľ zväčší objem ale po zakalení sa k pôvodnému objemu už celkom nevráti. Pri nerovnomernom kalení sa môže obrobok výrazne zdeformovať.

Pri ochladzovaní treba zabezpečiť plynulé prúdenie chladiaceho média zdola nahor, preto treba obrobok do chladiacej kvapaliny strčiť dlhšou stranou nadol, napr. hriadeľ zvislo po osi. Najhorší spôsob ako kaliť, je napr. ponoriť obrobok naležato do plytkej vaničky.

Pri voľbe chladiaceho prostredia treba brať do úvahy požiadavku na vzniknutú štruktúru a tvorbu vnútorných napätí. Najintenzívnejším ochladzovacím prostredím je voda. Vysoký kaliaci účinok vyplýva z jej vysokej mernej tepelnej kapacity. Nevýhodou je korózia zariadení. Miernejší ochladzovací účinok má olej. Najčastejšie sa používajú minerálne oleje, ktoré sú chemicky stálejšie a majú vyšší bod vzplanutia ako živočíšne alebo rastlinné. Najmiernejšie a najlacnejšie kaliace prostredie je vzduch. Ochladzovací účinok pokojného vzduchu je však veľmi malý a preto sa používa pod tlakom.

Teória

Pri prudkom ochladení dochádza k nedifúznej premene. Austenit nestihne precipitovať kvôli znemožnenej difúzie a výsledkom je presýtený tuhý roztok, ktorý podľa konečnej teploty prudkého ochladzovania môže byť martenzitom alebo bainitom. Pri kalení austenitu dochádza k preklopeniu kubickej plošne centrovanej mriežky (austenitická) do tetragonálnej (martenzitická), na rozdiel od kubickej priestorovo centrovanej (feritickej), ktorá by vznikla pri pomalom ochladzovaní.