Shrnutí na Tepelné a chemicko-tepelné zpracování oceli

## Úvod Tepelné zpracování ocelí je soubor postupů, při kterých se mění teplotou v tuhém stavu mikrostruktura a tím i mechanické vlastnosti ocelí (tvrdost, pevnost, houževnatost). Cílem je upravit vlastnosti materiálu tak, aby vyhovoval konkrétnímu použití: kalení pro zvýšení tvrdosti, popouštění pro obnovení houževnatosti nebo chemicko-tepelné zpracování pro lokální změnu složení povrchu. > **Definice:** Tepelné zpracování ocelí je proces, při kterém se ocel zahřeje na určitou teplotu, setrvá a následně se ochladí tak, aby se změnila její vnitřní struktura a vlastnosti. ## Základní pojmy a diagramy ### IRA a ARA diagramy - **IRA diagram** (izometrický rozpad austenitu): při konstantní teplotě dochází k izotermické přeměně austenitu na jiné fáze (perlit, bainit, martenzit). Výsledná struktura závisí na teplotě a čase setrvání. - **ARA diagram** (anizometrický rozpad austenitu): ochlazování není v krocích, ale plynule, výsledná struktura je směs fází podle průběhu křivky ochlazování (perlit, bainit, martenzit). > **Definice:** Austenit je pevná fáze železa s kubickou plošně centrovanou mřížkou označovanou \\($\gamma$\\). Ferrit má mřížku označovanou \\($\alpha$\\). ### Hlavní typy přeměn austenitu - Perlitická přeměna: \\($\gamma$\\) přeměna na \\($\alpha$\\) + vyloučený cementit; vzniká lamelární perlit (střídavé vrstvy feritu a cementitu). - Bainitická přeměna: vznikají feritové jehlice obklopené cementitem; dělí se na horní (nižší tvrdost) a dolní bainit (vyšší tvrdost). - Martenzitická přeměna: difúze potlačena, \\($\gamma$\\) se mění na přepsaný tuhý roztok uhlíku v \\($\alpha$\\) — martenzit; velmi tvrdý a křehký. Část austenitu může zůstat jako zbytkový austenit. > **Definice:** Martenzit je přesycený tuhý roztok uhlíku v železe \\($\alpha$\\), vzniklý přeměnou bez difúze. Did you know that dolní bainit má vyšší tvrdost než horní bainit díky jemnější mikrostruktuře a odlišnému rozmístění cementitu? ## Kalení (quenching) ### Účel a postup - Účelem kalení je zvýšit tvrdost oceli. - Postup: zahřátí na kalící teplotu (nad $727^{\circ}\mathrm{C}$) a po setrvání rychlé ochlazení tak, aby vznikla bainitická nebo martenzitická struktura. - Použití: čepy, ozubená kola, hřídele. - Typické kalící teploty: $727-1300^{\circ}\mathrm{C}$ (v závislosti na složení oceli). ### Faktory ovlivňující výslednou tvrdost - Obsah uhlíku - Rychlost ochlazování a následné popouštění - Legující prvky Tabulka: přibližné dosažitelné tvrdosti podle obsahu uhlíku | Skupina ocelí | Typická HRC | | --- | ---: | | Nízkouhlíkové | 20–45 | | Středně uhlíkové | 45–55 | | Vysokouhlíkové | 55–67 | | Legované | až 70 | ### Kalitelnost - Kalitelnost = schopnost oceli vytvořit martenzit při ochlazení - Závisí na chemickém složení, obsahu uhlíku a legujících prvcích - Oceli s obsahem uhlíku pod $0{,}2\%$ jsou obvykle nekalitelné - Oceli s obsahem uhlíku $\geq 0{,}35\%$ jsou dobře kalitelné Did you know that Jominyho zkouška umožňuje kvantitativně hodnotit kalitelnost tím, že měří tvrdost po délce vzorku ochlazeného z jedné strany? ## Kalící prostředí a metody - Kapaliny: voda, oleje (rychlé až střední chlazení) - Vzduch: pomalé chlazení, používá se u vysoce legovaných ocelí Metody: 1. Termální kalení: z kalící teploty se nejdříve chladí v olejové lázni na $200-300^{\circ}\mathrm{C}$, pak na vzduch 2. Izometrické kalení: z kalící teploty se chladí do solné lázně na cca $500^{\circ}\mathrm{C}$ až do přeměny austenitu na bainit; většinou není třeba popouštět 3. Patentování: používá se pro lana a pružiny, ochlazování v olovněné lázni při $450-500^{\circ}\mathrm{C}$ ## Povrchové kalení - Používá se pro zvýšení tvrdosti povrchu strojních součástí při zachování houževnatého jádra - Výsledek: tvrdý a křehký povrch, houževnaté jádro - Aplikace: ozubená kola, ložiska, nástroje Věděli jste, že povrchové kalení umožní snížit materiálovou hmotnost součásti při zachování odolnosti proti opotřebení? ## Popouštění (tempering) ### Účel a průběh - Provádí se po kal