48. - 49. Kalení a popouštění

Kalitelnost je schopnost oceli dosáhnout kalením zvýšené tvrdosti. Kalení je ohřev oceli na kalicí teplotu, výdrž na této teplotě a ochlazení takovou rychlostí, aby v oceli vznikla martenzitická struktura (martenzit je nestabilní, tj. ohřevem se rozpadající, tuhý roztok uhlíku v železe). U podeutektoidních ocelí je kalící teplota asi 30 až 60°C nad A3, u ocelí nadeutektoidních nad A1. Ohřev na vyšší teploty má za následek, že vzniklý martenzit je po zakalení hrubší a křehčí. Kalitelná je pouze taková ocel, u níž nastává překrystalizace. Kalením velmi měkké oceli, mající např. jen 0,1%C, se ovšem zvýší tvrdost jen velmi nepatrně. Při určitém chemickém složení jsou oceli nekalitelné, poněvadž u nich mezi teplotou tavení a normální teplotou nenastává překrystalizace. Lze je však zakalit zmrazením. Při kalení se přeměňuje měkký a houževnatý austenit v martenzit. Je to kalení martenzitické. Uhlík je v železe násilné uzavřen, deformuje krystalovou mřížku, působí velká pnutí a velkou tvrdost. Vnitřní pnutí, která mohou vést k deformacím, trhlinám nebo lomům, jsou kromě změn v krystalové mřížce působena také nestejnoměrným chladnutím různých částí průřezu (vnějšek chladne rychleji než vnitřek) a objemovými změnami při přeměně (martenzit má větší objem než austenit). Kromě tvrdosti se zakalením zvětšuje i pevnost v tahu, ale značně klesá tažnost a vrubová houževnatost. Na tvrdost oceli po zakalení má největší vliv obsah uhlíku rozpuštěného v austenitu v okamžiku zakalení. Přísada vhodných legujících prvků má na zvýšení tvrdostí již menší vliv. Snižují kritickou rychlost ochlazování, nezbytnou k dosažení martenzitické struktury. Podle účelu a podle druhu se oceli kalí do různého prostředí. Uhlíkové oceli se většinou kalí do vody, slitinové nejčastěji do oleje. Některé slitinové oceli, tzv. samokalitelné, se zakalí i ochlazením na vzduchu. Podle obsahu uhlíku a legovacích přísad, které stabilizují austenit, zůstává v ocelích při kalení větší nebo menší množství zbytkového austenitu. Tento austenit se může při nízkých teplotách přeměnit na martenzit, což se prakticky děje kalením se zmrazováním, např. u ocelí na valivá ložiska a přesné nástroje. Zmrazení má proběhnout v nejkratší možné době po zakalení, aby se zbytkový austenit nestabilizoval. Popouštění je ohřev zakalené oceli na určenou teplotu pod A1, výdrž na této teplotě k vytvoření struktur bližších rovnovážnému stavu u oceli s martenzitickou strukturou a následující ochlazení na teplotu okolí rychlostí vhodnou pro danou ocel. Popouští se na nízké nebo vyšší teploty. Účelem popouštění při nízkých teplotách, tj. asi do 250°C, je zmenšit vnitřní pnutí vzniklá při kalení a zlepšit houževnatost. Požaduje-li se velká tvrdost, např. u některých nástrojů, popouští se na teploty nejvýše 200° C po dobu asi l hodiny. Tím zůstane martenzit zachován, změní se jen jeho tetragonální mřížka s velkými vnitřními pnutími, vzniklými prudkým ochlazením, na mřížku krychlovou a vnitřní pnutí se značně zmenší. Popouštěním na teploty vyšší než 200° C se tvrdost již zmenšuje. Účelem popouštění při vyšších teplotách, zpravidla nad 450°C, je získat strukturu s příznivějšími mechanickými vlastnostmi, zejména s velkou houževnatostí při vysoké mezi kluzu a vysoké mezi únavy. Při kusové výrobě se někdy popouští též vnitřním teplem po neúplném ochlazení zakaleného předmětu. Teplota popouštění se při tom sleduje na očištěném povrchu podle náběhových barev. Jakmile předmět ve sledované části, např. na břitu sekáče, dosáhne požadované náběhové barvy, namočí se rychle do vody. Popouštět se má co nejdříve po zakalení, kdy je nebezpečí praskání největší.