kalenie

kalenie — spôsob tepelného spracovania kovov (najmä ocelí a výrobkov z nich) i nekovov (napr. sklo) spočívajúci v ohreve na kaliacu teplotu, v krátkej výdrži pri tejto teplote a v následnom rýchlom ochladení. Pri kalení ocele sa so zmenou teploty v závislosti od obsahu uhlíka mení jej štruktúra, a tým aj vlastnosti.

Voľný uhlík (grafit) sa v oceli takmer nenachádza, je v nej prítomný ako súčasť feritu a cementitu, ktoré môžu spolu vytvárať lamelárnu štruktúru, perlit. Pri nižšej teplote, než je kaliaca teplota, sa v štruktúre ocele s obsahom uhlíka menším než 0,8 hmotnostných % (presne 0,765 hmotnostných %; podeutektoidná oceľ) nachádzajú ferit a perlit, v štruktúre ocele s obsahom uhlíka rovnajúcim sa 0,8 % (eutektoidná oceľ) iba perlit a v štruktúre ocele s obsahom uhlíka 0,8 – 2,11 % (nadeutektoidná oceľ) perlit a cementit. Pri ohreve na teplotu nad 727 °C (jej hodnota však závisí od obsahu uhlíka v oceli) dochádza postupne k zmene štruktúry ocele tvorbou austenitu; v podeutektoidnej oceli vzniká zmes austenitu a feritu, v eutektoidnej oceli čistý austenit a v nadeutektoidnej oceli zmes austenitu a cementitu; pri ďalšom zvýšení teploty na kaliacu teplotu vzniká oceľ s čisto austenitickou štruktúrou. Rýchlym ochladením ocele sa zabraňuje opätovnému vytvoreniu pôvodnej štruktúry a v závislosti od podmienok ochladenia vzniká bezdifúznou premenou austenitu, pri ktorom atómy uhlíka zostávajú súčasťou kryštálovej mriežky železa, nová štruktúra martenzit alebo bainit; podľa toho sa rozlišuje martenzitické a bainitické kalenie. Rýchlosť ochladzovania musí byť rovnaká alebo väčšia ako kritická rýchlosť ochladzovania, pri ktorej vzniká výlučne štruktúra martenzitu alebo bainitu (nevytvoria sa spätne ferit a cementit). Pri príliš rýchlom ochladzovaní môžu v kalenom predmete vznikať nežiaduce napätia a z toho vyplývajúce deformácie (možno ich odstrániť dodatočným jemným lisovaním).

Pri martenzitickom kalení prudkým ochladením ocele prebehne premena austenitu na martenzit; uskutočňuje sa nepretržite a prerušovane. Pri nepretržitom (spojitom) martenzitickom kalení (najjednoduchší a najpoužívanejší spôsob kalenia) sa po ohreve predmetu na kaliacu teplotu ihneď uskutočňuje plynulé ochladzovanie v kaliacom prostredí až na teplotu blízku teplote prostredia. Prerušované martenzitické kalenie sa môže uskutočniť ako lomené kalenie (zakalený predmet sa ochladzuje vo dvoch prostrediach za sebou – v prvom prebieha rýchle ochladzovanie, v druhom pomalšie dochladenie), termálne kalenie (dovoľuje znížiť rozdiel medzi teplotou povrchu a teplotou jadra kaleného predmetu; je vhodné na kalenie menších súčiastok zložitejších tvarov a nástrojov z uhlíkových a nízkolegovaných ocelí) a kalenie so zmrazovaním (používa sa na získanie veľmi tvrdých štruktúr a na kalenie nástrojových ocelí). Po martenzitickom kalení zvyčajne nasleduje popúšťanie (proces kalenia ocele s následným popúšťaním sa nazýva zošľachťovanie ocele).

Pri bainitickom kalení sa austenit premieňa na bainit; uskutočňuje sa izotermicky alebo nepretržite. Izotermické bainitické kalenie sa môže uskutočniť ako izotermické zošľachťovanie (predmet sa po ohreve na kaliacu teplotu ochladzuje na teplotu premeny austenitu na bainit vyššou rýchlosťou, než je kritická rýchlosť ochladzovania, nasleduje výdrž na tejto teplote až do ukončenia bainitickej premeny, potom ochladenie; zakalená oceľ sa nepopúšťa) alebo ako izotermické kalenie (premena austenitu na bainit sa uskutočňuje tesne pod teplotou začatia martenzitickej premeny, oceľ po ochladení obsahuje aj martenzit a následne sa popúšťa). Pri nepretržitom bainitickom kalení sa predmet po ohreve na kaliacu teplotu dostatočne rýchlo ochladzuje na zabezpečenie premeny austenitu na bainit alebo na zmes bainitu a martenzitu (vtedy nasleduje popúšťanie); dochladzovanie prebieha v samotnom chladiacom prostredí.

Ohrev predmetov na kaliacu teplotu sa uskutočňuje v kaliacich peciach, pri povrchovom kalení sa môže použiť plameň, laserový lúč, indukčný ohrev ap. Ochladzovanie sa uskutočňuje v kvapalnom (kaliaci kúpeľ) alebo v plynnom kaliacom prostredí vhodnou rýchlosťou, aby sa v kalenom predmete predišlo vzniku nežiaduceho vysokého vnútorného napätia a prípadne následných trhlín. Najrýchlejšie ochladenie sa dosahuje vo vode (používa sa pri kalení uhlíkových ocelí), pomalšie v oleji (najčastejšie v minerálnom s teplotou vzplanutia okolo 1 700 °C; využíva sa pri kalení legovaných ocelí a drobných súčiastok z nízkouhlíkových ocelí), plynulo v soľnom kúpeli (napr. zmes dusitanu sodného NaNO₂ a dusičnanu draselného KNO₃ alebo chloridu sodného NaCl a chloridu bárnatého BaCl₂), najpomalšie na vzduchu (urýchľuje sa ofukovaním). Ocele schopné podliehať procesu kalenia a dosiahnuť požadované vlastnosti sa nazývajú kaliteľné (→ kaliteľnosť ocele).