--- title: "Bainitické a martenzitické kalení oceli | Steel Equivalents" description: "Zjistěte, jak při austemperingu vzniká v oceli bainit a při martemperingu popuštěný martenzit." canonical: https://steelequivalents.com/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/bainitick%C3%A9-a-martenzitick%C3%A9-kalen%C3%AD-oceli language: cs robots: index, follow og_type: article type: wiki-article language_alternates: en: https://steelequivalents.com/wiki/heat-treatment/austempering-and-martempering-of-steel.md cs: https://steelequivalents.com/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/bainitick%C3%A9-a-martenzitick%C3%A9-kalen%C3%AD-oceli.md de: https://steelequivalents.com/de/wiki/wärmebehandlung/austempern-und-martempern-von-stahl.md es: https://steelequivalents.com/es/wiki/tratamiento-térmico/austemplado-y-martemplado-del-acero.md fr: https://steelequivalents.com/fr/wiki/traitement-thermique/austrempe-et-martrempe-de-l-acier.md hu: https://steelequivalents.com/hu/wiki/hőkezelés/az-acél-ausztemperálása-és-martemperálása.md it: https://steelequivalents.com/it/wiki/trattamento-termico/austempering-e-martempering-dell-acciaio.md nl: https://steelequivalents.com/nl/wiki/warmtebehandeling/austemperen-en-martemperen-van-staal.md pl: https://steelequivalents.com/pl/wiki/obróbka-cieplna/hartowanie-bainityczne-i-martenzytyczne-stali.md pt: https://steelequivalents.com/pt/wiki/tratamento-térmico/austêmpera-e-martêmpera-do-aço.md ru: https://steelequivalents.com/ru/вики/термическая-обработка/изотермическая-и-ступенчатая-закалка-стали.md tr: https://steelequivalents.com/tr/wiki/ısıl-işlem/çeliğin-austemperleme-ve-martemperleme-işlemleri.md zh: https://steelequivalents.com/zh/维基/热处理/钢的等温淬火和马氏体分级淬火.md ja: https://steelequivalents.com/ja/ウィキ/熱処理/鋼のオーステンパ処理とマルテンパ処理.md ar: https://steelequivalents.com/ar/ويكي/المعالجة-الحرارية/المعالجة-الأوستيمبرية-والمارتيمبرية-للفولاذ.md ko: https://steelequivalents.com/ko/위키/열처리/강의-오스템퍼링-및-마템퍼링.md pt-br: https://steelequivalents.com/pt-br/wiki/tratamento-térmico/austêmpera-e-martêmpera-do-aço.md hi: https://steelequivalents.com/hi/विकी/ऊष्मा-उपचार/इस्पात-का-ऑस्टेम्परिंग-और-मार्टेम्परिंग.md content_hash: sha256:6116230a8e3d9484996dfc6d28c11f103ae74250c66beb40899a99f70bf4e2de generated: 2026-09-25 --- > **Machine-readable Markdown rendering.** This is a Markdown representation of a web page, > served for AI agents and crawlers as a token-efficient alternative to the full HTML. > Full interactive HTML version: https://steelequivalents.com/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/bainitick%C3%A9-a-martenzitick%C3%A9-kalen%C3%AD-oceli > Canonical URL: https://steelequivalents.com/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/bainitick%C3%A9-a-martenzitick%C3%A9-kalen%C3%AD-oceli > Available languages: en, cs, de, es, fr, hu, it, nl, pl, pt, ru, tr, zh, ja, ar, ko, pt-br, hi > Change detection: `content_hash` is the SHA-256 of this document's Markdown body — everything > below this block, whitespace-trimmed, excluding the front-matter. Compare it to detect a real > content change; `generated` moves on every render and is not a change signal. ![Bainitické a martenzitické kalení oceli](/images/uploads/66b8632f-3433-4248-8748-0ff670a4ac71/wiki-hero-a-side-by-side-editorial-comparison-of-austempering-and-martempering-of-steel-sh-1920x823.jpg) Tepelné zpracování # Bainitické a martenzitické kalení oceli Zjistěte, jak při austemperingu vzniká v oceli bainit a při martemperingu popuštěný martenzit. ![Portrét Anderse Bergströma, reportéra ocelářského průmyslu](/images/uploads/a7d8e5bc-7cdf-409b-913b-211e63e8c441/anders-bergstr-m-1920x1920.jpg) **[Anders Bergström](/cs/novinky/autor/anders-bergstrom "Anders Bergström")** Tepelné zpracování 60+ min čtení Aktualizováno 14. 8. 2026 Ověřeno odbornou literaturou Na této stránceNa této stránce - [Austempering a martempering: terminologie, kterou je nutné rozlišovat](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/bainitick%C3%A9-a-martenzitick%C3%A9-kalen%C3%AD-oceli#austempering-a-martempering-terminologie-kterou-je-nutné-rozlišovat "Austempering a martempering: terminologie, kterou je nutné rozlišovat") - [Metalurgický výchozí stav: austenit, diagramy TTT a Ms](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/bainitick%C3%A9-a-martenzitick%C3%A9-kalen%C3%AD-oceli#metalurgický-výchozí-stav-austenit-diagramy-ttt-a-ms "Metalurgický výchozí stav: austenit, diagramy TTT a Ms") - [Jak funguje austempering: kalení, výdrž a bainitická přeměna](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/bainitick%C3%A9-a-martenzitick%C3%A9-kalen%C3%AD-oceli#jak-funguje-austempering-kalení-výdrž-a-bainitická-přeměna "Jak funguje austempering: kalení, výdrž a bainitická přeměna") - [Jak funguje martemperování: vyrovnání teploty nad Ms a následný vznik martenzitu](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/bainitick%C3%A9-a-martenzitick%C3%A9-kalen%C3%AD-oceli#jak-funguje-martemperování-vyrovnání-teploty-nad-ms-a-následný-vznik-martenzitu "Jak funguje martemperování: vyrovnání teploty nad Ms a následný vznik martenzitu") - [Mikrostruktury a vlastnosti: bainit versus popuštěný martenzit](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/bainitick%C3%A9-a-martenzitick%C3%A9-kalen%C3%AD-oceli#mikrostruktury-a-vlastnosti-bainit-versus-popuštěný-martenzit "Mikrostruktury a vlastnosti: bainit versus popuštěný martenzit") - [Řízení deformace, praskání a zbytkového napětí](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/bainitick%C3%A9-a-martenzitick%C3%A9-kalen%C3%AD-oceli#řízení-deformace-praskání-a-zbytkového-napětí "Řízení deformace, praskání a zbytkového napětí") - [Lázně, přenos tepla a řízení procesu](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/bainitick%C3%A9-a-martenzitick%C3%A9-kalen%C3%AD-oceli#lázně-přenos-tepla-a-řízení-procesu "Lázně, přenos tepla a řízení procesu") - [Modifikované martemperování a jeho hranice s austemperováním](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/bainitick%C3%A9-a-martenzitick%C3%A9-kalen%C3%AD-oceli#modifikované-martemperování-a-jeho-hranice-s-austemperováním "Modifikované martemperování a jeho hranice s austemperováním") - [Jakosti oceli, prokalitelnost a velikost průřezu](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/bainitick%C3%A9-a-martenzitick%C3%A9-kalen%C3%AD-oceli#jakosti-oceli-prokalitelnost-a-velikost-průřezu "Jakosti oceli, prokalitelnost a velikost průřezu") - [Rámec specifikace: AMS-H-6875C a dokumentace procesu](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/bainitick%C3%A9-a-martenzitick%C3%A9-kalen%C3%AD-oceli#rámec-specifikace-ams-h-6875c-a-dokumentace-procesu "Rámec specifikace: AMS-H-6875C a dokumentace procesu") - [Návrh cyklu: od údajů o přeměnách k provozním parametrům](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/bainitick%C3%A9-a-martenzitick%C3%A9-kalen%C3%AD-oceli#návrh-cyklu-od-údajů-o-přeměnách-k-provozním-parametrům "Návrh cyklu: od údajů o přeměnách k provozním parametrům") - [Poruchové režimy a diagnostická metalografie](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/bainitick%C3%A9-a-martenzitick%C3%A9-kalen%C3%AD-oceli#poruchové-režimy-a-diagnostická-metalografie "Poruchové režimy a diagnostická metalografie") - [Srovnání izotermického kalení (austemperingu), martenzitického kalení (martemperingu) a konvenčního kalení a popouštění](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/bainitick%C3%A9-a-martenzitick%C3%A9-kalen%C3%AD-oceli#srovnání-izotermického-kalení-austemperingu-martenzitického-kalení-martemperingu-a-konvenčního-kalení-a-popouštění "Srovnání izotermického kalení (austemperingu), martenzitického kalení (martemperingu) a konvenčního kalení a popouštění") - [Praktický kontrolní seznam a terminologický slovník](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/bainitick%C3%A9-a-martenzitick%C3%A9-kalen%C3%AD-oceli#praktický-kontrolní-seznam-a-terminologický-slovník "Praktický kontrolní seznam a terminologický slovník") ## Austempering a martempering: terminologie, kterou je nutné rozlišovat Obě úpravy přerušují přímé kalení, nevytvářejí však stejnou mikrostrukturu. **Austempering je úprava založená na bainitické přeměně**: austenitizovaná ocel se rychle ochladí na teplotu, při níž může vznikat bainit, a udržuje se na ní, dokud se nepřemění požadovaný podíl austenitu. **Martempering je krok vyrovnání teploty před vznikem martenzitu**: ocel se zakalí na teplotu těsně nad teplotou začátku tvorby martenzitu, udržuje se na ní pouze tak dlouho, aby se teplota průřezu přiblížila rovnoměrnému rozložení, a poté se ochladí přes martenzitickou oblast. Ocel zpracovaná martemperingem obvykle před uvedením do provozu vyžaduje popouštění. Toto rozlišení je důležitější než název kalicí lázně. Solná lázeň, olejová lázeň ani jiné řízené médium samy o sobě proces neurčují. Chemické složení slitiny určuje polohu a tvar křivek přeměn; skutečnou dráhu určují teplota začátku tvorby martenzitu, rozměr průřezu, prokalitelnost, teplota lázně, doba prodlevy, míchání a rychlost ochlazování. Lázeň o teplotě 300 °C může u jedné oceli umožnit austempering, pokud během prodlevy vzniká bainit, ale u jiné oceli může sloužit jako pracoviště pro martempering, pokud je obrobek vyjmut před bainitickou přeměnou a následně ochlazen za účelem vzniku martenzitu. ### Proč se tyto názvy často zaměňují Záměna vychází ze skutečné podobnosti zařízení a způsobu manipulace. Při obou úpravách se obrobek austenitizuje, rychle se přenese do média s řízenou teplotou a zabrání se jeho nekontrolovanému přímému ochlazení z austenitizační teploty na teplotu místnosti. Oba režimy mohou ve srovnání s běžným kalením omezit teplotní gradienty a oba mohou být neformálně označovány jako „přerušované kalení“. Tyto společné rysy však neurčují stejný produkt přeměny. #### Termíny, které neurčují výslednou fázi Kalení v solné lázni Popisuje prostředek přenosu tepla, nikoli produkt přeměny. Kalení za vysoké teploty Popisuje kalení při řízené teplotě, nikoli však jednoznačný režim. Izotermické kalení Popisuje průběh teploty v čase, jehož výsledná fáze závisí na výdrži. Kalení metodou Ausbay Popisuje přerušovaný způsob kalení, který musí být spojen s přesně stanoveným postupem. Názvy lázní tento problém dále prohlubují. Výrazy jako kalení v solné lázni, kalení za tepla, izotermické kalení, kalení ausbay a přerušované kalení se často používají překrývajícím se způsobem, přestože popisují spíše zařízení, řízení teploty nebo režim než jedinou výslednou fázi. Norma SAE AMS-H-6875C: *Tepelné zpracování surovin z oceli* se vztahuje na čtyři třídy ocelí a připouští austempering, kalení ausbay a martempering, pokud jsou specifikovány. Znění této specifikace proto potvrzuje zásadní skutečnost: označení úpravy musí být spojeno s požadovaným postupem a výsledkem, nikoli odvozeno pouze ze skutečnosti, že byla použita sůl. Interpretaci mění také geometrie. Tenký díl se může během krátké prodlevy nad teplotou začátku tvorby martenzitu vyrovnat v celém průřezu. U tlustého dílu může být nutná delší prodleva a tento dodatečný čas může umožnit zahájení nebo pokračování tvorby bainitu, pokud se teplota nachází v oblasti bainitické přeměny. Naopak ocel s opožděným vznikem bainitu může během prodlevy zůstat převážně austenitická, přestože u jiné jakosti by již došlo k přeměně. Stejná jmenovitá teplota lázně proto může u ocelí AISI 52100, AISI 8620 a u slitiny s vysokou prokalitelností vést k odlišným strukturám. #### Omezení procesu Teplotu kalicí lázně nelze stanovit bez uvedení jakosti oceli, doby přenosu, vyrovnání teploty nebo kritéria přeměny, limitu výdrže, způsobu ochlazování a požadavku na popouštění. \[1\] \[1\] [**ASM Handbook Volume 4A: Martempering of Steels**](https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/18/chapter-abstract/278992/Martempering-of-Steels-1). ASM International. ASM Handbook, 2013. Publikace *ASM Handbook Volume 4A* vydaná organizací ASM International v roce 2013 označuje austenitizační teplotu, teplotu lázně, dobu prodlevy, míchání a rychlost ochlazování za řídicí proměnné martemperingu. Tyto proměnné jsou procesními údaji, nikoli nepodstatnými detaily. Výkres nebo postup, který uvádí pouze „kalení v solné lázni při 300 °C“, je neúplný, pokud současně nedefinuje ocel, dobu přenosu, kritérium vyrovnání teploty, limit prodlevy a následné operace ochlazování a popouštění. ![Bainitické a martenzitické kalení oceli](/images/uploads/097ae2f8-e4fa-4da5-bd28-15b4e9bd189a/wiki-inline-a-temperature-time-process-schematic-contrasting-austempering-and-martempering-p-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/097ae2f8-e4fa-4da5-bd28-15b4e9bd189a/wiki-inline-a-temperature-time-process-schematic-contrasting-austempering-and-martempering-p-1920x1094.avif "Zvětšit obrázek — Bainitické a martenzitické kalení oceli")The process designation follows the transformation that occurs during and after the interrupted quench. ### Proces určuje produkt přeměny Izotermické kalení na bainit a martenzitické kalení s vyrovnáním teploty se liší záměrem přeměny, nikoli názvem lázně. | Vlastnost | Izotermické kalení na bainit | Martenzitické kalení s vyrovnáním teploty | |---|---|---| | Primární cíl | Vytvořit bainit během izotermické výdrže | Vyrovnat teplotu před vznikem martenzitu | | Místo výdrže | Rozsah bainitické přeměny | Těsně nad Ms | | Přeměna během výdrže | Austenit se přeměňuje na bainit | Difuzní přeměně se předchází | | Konečná struktura | Bainit, případně s martenzitem nebo zbytkovým austenitem | Martenzit, případně se zbytkovým austenitem | | Popouštění | Jako určující krok není automaticky vyžadováno | Před uvedením do provozu je vyžadováno | Izotermické kalení na bainit je definováno záměrnou bainitickou přeměnou během izotermické výdrže. Strong evidence Austempering je definován záměrným vytvořením bainitu. Po austenitizaci se ocel zakalí do média udržovaného v teplotním rozmezí, v němž se austenit může izotermicky přeměnit na bainit. Studie oceli AISI 52100 z roku 2013 popisuje austempering jako zakalení do média udržovaného přibližně při teplotě 200 až 400 °C a prodlevu až do vzniku bainitu. Přesný použitelný rozsah závisí na jakosti; legující prvky posouvají kinetiku přeměny a produkty horního a dolního bainitu nemusí mít stejné vlastnosti. Doba prodlevy je proto metalurgickým požadavkem, nikoli pouze způsobem omezení teplotních rozdílů. Pokud je obrobek vyjmut před proběhnutím zamýšlené bainitické reakce, proces nevytvořil plně austemperovanou strukturu. V závislosti na režimu může výsledný materiál obsahovat bainit spolu s martenzitem, zbytkovým austenitem nebo nepřeměněnými oblastmi. Studie krátkodobého nízkoteplotního austemperingu ve středně uhlíkové nízkolegované oceli z roku 2020 uváděla nanobainit, martenzit a zbytkový austenit; její koeficienty opotřebení byly až o 50 % nižší než u kalené martenzitické oceli. Tento výsledek se vztahuje ke zkoumané oceli a použitému režimu, nikoli ke každé oceli zpracované austemperingem. Teplota začátku martenzitické přeměny (Ms) **Teplota začátku martenzitické přeměny (Ms)** Teplota, při níž během ochlazování začíná martenzitická přeměna při stanoveném složení a tepelné historii. Martempering má jiný cíl. Lázeň se volí těsně nad teplotou začátku tvorby martenzitu v dané oceli, běžně označovanou Ms. Obrobek v ní zůstává pouze do doby, než se teplota jeho povrchu a jádra dostatečně přiblíží. Poté se ochladí přes oblast tvorby martenzitu, obvykle na vzduchu nebo za jiných řízených podmínek ochlazování. Martenzit vzniká během tohoto následného ochlazování, nikoli během prodlevy v lázni. Příručka ASM *Heat Treating Subject Guide* z roku 2020 tento sled popisuje a uvádí, že ocel musí být následně před uvedením do provozu popuštěna. Účelem je zmenšit rozdíl teplot mezi povrchem a vnitřní částí před vznikem transformační deformace martenzitu. Tepelná kontrakce a transformační roztažnost se pak vyvíjejí s méně výrazným časovým nesouladem, což může ve srovnání s přímým kalením omezit deformace a praskání. Martempering neodstraňuje kalicí napětí a nenahrazuje popouštění. Nepopuštěný martenzit může mít vysokou tvrdost, ale nízkou houževnatost a nadměrná zbytková napětí. Rozdíl lze ověřit, nikoli pouze odhadovat. Metalografické zkoumání může identifikovat bainit, martenzit a zbytkový austenit, zatímco zkouška tvrdosti, kontrola rozměrů a v případě potřeby měření zbytkového austenitu ověřují, zda bylo dosaženo specifikovaného výsledku. Teplotní režim je třeba porovnat s údaji o kontinuálním ochlazování a izotermické přeměně pro danou jakost. Samotná teplota lázně není dostatečným důkazem. ### Stručné porovnání účelu procesů Při austemperingu se ocel udržuje na teplotě bainitické přeměny dostatečně dlouho, aby se austenit přeměnil na bainit. Rozhodující děj probíhá během izotermické prodlevy. V závislosti na jakosti a geometrii může výsledná struktura poskytnout vhodnou kombinaci tvrdosti, houževnatosti, únavových vlastností a rozměrové stability. U nauhličovaných ocelí AISI 8620, AISI 8822 a AISI 4320 použil výzkum SAE publikovaný v roce 2013 teploty austemperingu 260, 288 a 304 °C a zaznamenal výrazně menší deformace než u nauhličovaných, kalených a popuštěných vzorků. Tento výsledek podporuje volbu procesu za zkoumaných podmínek; nepředstavuje univerzální pořadí úprav. Vyrovnání teploty oceli těsně nad martenzitickou oblastí před pomalejším ochlazováním může omezit vznik trhlin při malé ztrátě tvrdosti. Strong evidence Při martemperingu se ocel udržuje nad Ms dostatečně dlouho k vyrovnání teploty a poté se během ochlazování umožní řízená martenzitická přeměna. Rozhodujícím dějem je vyrovnání teploty před vznikem martenzitu, po němž následuje popouštění. Studie teplotního rozsahu tvorby martenzitu z roku 1946 tento princip přímo popisuje: zakalení na teplotu těsně nad oblastí tvorby martenzitu a následné pomalejší ochlazování může omezit praskání při malé ztrátě tvrdosti. Austempering se ptá: „Může se tato ocel v dostupném časovém a teplotním rozsahu přeměnit na požadovanou bainitickou strukturu?“ Martempering se ptá: „Může se tento průřez před přeměnou na martenzit vyrovnat nad Ms?“ Odpovědi určují prokalitelnost oceli, rozměr průřezu, prodleva při přenosu, řízení lázně a doba prodlevy. Označovat obě úpravy jako „kalení za tepla“ zastírá podstatu procesu a může vést k nesprávné specifikaci, nesprávné mikrostruktuře nebo k vynechání operace popouštění. ## Metalurgický výchozí stav: austenit, diagramy TTT a Ms Austempering a martempering vycházejí ze stejného metalurgického stavu: austenitu. Rozdíl mezi těmito procesy se projeví později, kdy austenitizovaná ocel sleduje odlišný teplotně-časový průběh. Austenit má plošně centrovanou kubickou krystalovou strukturu a může rozpouštět podstatně více uhlíku než ferit. Ohřev do austenitické oblasti proto připravuje uhlík a legující prvky na řízenou přeměnu během ochlazování. Pokud není ocel plně nebo vhodně austenitizována, neproběhne žádné z těchto zpracování podle zamýšleného transformačního režimu. ### Austenitizace a rozpouštění předchozích fází Austenitizace znamená více než dosažení nastavené teploty pece. Obrobek musí být ohřát dostatečně nad příslušnou kritickou teplotu, udržován po dostatečně dlouhou dobu, aby se teplota v celém průřezu vyrovnala, a zpracován při teplotě, která rozpustí požadované předchozí fáze, aniž by došlo k nadměrnému růstu austenitických zrn. Vhodná teplota závisí na chemickém složení, velikosti průřezu, výchozí mikrostruktuře a požadovaných konečných vlastnostech. U podeutektoidní oceli vede ohřev nad horní kritickou teplotu k přeměně feritu a perlitu na austenit. U nadeutektoidní oceli se teplota zpracování obvykle volí tak, aby se rozpustil perlit a vhodný podíl proeutektoidního cementitu, přičemž úplné rozpuštění karbidů nemusí být žádoucí. Legující karbidy představují další komplikaci. Chrom, molybden, vanad a další prvky tvořící karbidy se mohou při běžných austenitizačních teplotách rozpouštět pomalu nebo zůstat částečně nerozpuštěné. Jejich rozpouštění mění obsah uhlíku a legujících prvků v austenitu, což následně mění prokalitelnost, kinetiku přeměn a teplotu začátku tvorby martenzitu. AISI 52100 ukazuje, proč je důležitá interpretace specifická pro danou jakost. Její podíl chromem bohatých karbidů a vysoký obsah uhlíku vedou k odlišnému austenitizačnímu režimu než u nelegované uhlíkové oceli. Režim, který vytvoří vhodný austenit v AISI 52100, nelze automaticky přenést na AISI 8620 nebo AISI 4320. Cementovaný povrch ocelí AISI 8620, 8822 nebo 4320 má rovněž gradient obsahu uhlíku, takže povrch a jádro nemusí mít stejné transformační teploty ani stejné podíly martenzitu. Doba výdrže má dva protichůdné účinky. Příliš krátká doba může zanechat nerozpuštěný perlit, ferit nebo karbidy a vést k nehomogennímu složení austenitu. Nadměrně dlouhá doba podporuje hrubnutí zrna, oxidaci, oduhličení a větší rozměrové změny. Velikost předchozího austenitického zrna ovlivňuje počet nukleačních míst dostupných pro difuzní přeměny a může měnit prokalitelnost. Austenit s hrubými zrny může během ochlazování oddálit vznik perlitu nebo bainitu, zatímco jemnozrnná struktura se často difuzně přeměňuje snáze. Velikost zrna může také posouvat naměřené transformační teploty včetně Ms, ačkoli její vliv bývá obvykle menší než vliv obsahu uhlíku a chemického složení slitiny. Austenitizace rovněž určuje výchozí stav pro diagram teplota–čas. Křivka TTT získaná po určité austenitizační teplotě, době výdrže a velikosti zrna nemusí popisovat ocel austenitizovanou podle jiného režimu. Tepelná historie je důležitá ještě před samotným zahájením kalení. ### Oblasti přeměny perlitu, bainitu a martenzitu Diagram čas–teplota–přeměna znázorňuje produkty vznikající tehdy, když se austenit rychle převede na zvolenou teplotu a při této teplotě se udržuje. Známé „C“ křivky znázorňují začátek a konec difuzních přeměn, avšak tyto křivky náležejí konkrétní oceli a konkrétním podmínkám austenitizace. Obecný diagram železo–uhlík může vysvětlit základní pojmy, nemůže však stanovit režim pro každou konstrukční jakost. Při vyšších transformačních teplotách může austenit vytvářet perlit. Uhlík difunduje na relativně velké vzdálenosti a vzniká střídavé uspořádání feritu a cementitu. Při nižších teplotách je difuze pomalejší a výsledný perlit je jemnější. Přeměna však stále vyžaduje čas. Pokud ochlazování prochází perlitickou oblastí příliš pomalu, může se část nebo celý austenit přeměnit ještě před dosažením bainitické nebo martenzitické oblasti. Bainit vzniká při teplotách nižších než perlitická oblast a vyšších než teplota, při níž začíná martenzitická přeměna, ačkoli přesné oblasti se u různých slitin překrývají odlišně. Jeho vznik zahrnuje redistribuci uhlíku a složku s posuvným mechanismem; vytváří se feritický bainit s vyloučenými karbidy nebo s charakterem jejich zadržení závislým na teplotě a chemickém složení oceli. Horní bainit a dolní bainit nejsou vzájemně zaměnitelné struktury. Jejich morfologii a vlastnosti ovlivňují teplota výdrže, aktivita uhlíku, legování a doba potřebná k dokončení přeměny. Oblast přeměny určuje produkt procesu. | Oblast přeměny | Typický produkt | Určující operace | |---|---|---| | Perlitická oblast | Perlit | Ochlazování nebo výdrž, při nichž difuzí vznikají ferit a cementit | | Bainitická oblast | Bainit | Izotermická výdrž až do přeměny požadovaného podílu austenitu | | Martenzitická oblast | Martenzit | Ochlazování pod Ms převážně bezdifuzní přeměnou | Austempering záměrně přivádí austenitizovanou ocel do oblasti bainitické přeměny a udržuje ji v této oblasti, dokud se nepřemění požadovaný podíl austenitu. Studie o AISI 52100 z roku 2013 popsala austempering jako kalení do média udržovaného přibližně na teplotě 200 až 400 °C s následnou výdrží do vytvoření bainitu. Tento interval je užitečným popisem uvedeného experimentu, nikoli univerzálním rozmezím pro všechny jakosti. Studie publikovaná v ACS Omega v roce 2024 popisuje rozdíl mezi procesy přímo: při austemperingu se austenitizovaná ocel udržuje na teplotě bainitické přeměny, zatímco při martemperingu se krátce udržuje těsně nad Ms a poté se ochlazuje na vzduchu. Martenzit je odlišný. Vzniká při ochlazení austenitu pod Ms převážně bezdifuzní smykovou přeměnou. Uhlík zůstává zachycen v přesycené tělesově centrované tetragonální mřížce martenzitu a přeměna způsobuje rychlou objemovou změnu. Množství martenzitu roste s pokračujícím ochlazováním v oblasti tvorby martenzitu, často popisované pomocí Mf, tedy teploty dokončení tvorby martenzitu. Část austenitu může zůstat nepřeměněná, pokud je Mf nižší než pokojová teplota nebo pokud legování snižuje teplotní rozsah přeměny. Křivku ochlazování je proto nutné porovnávat s kinetikou přeměn, nikoli pouze s názvy kalicích médií. Diagram kontinuálního ochlazování ukazuje, zda skutečná rychlost ochlazování míjí nosy perlitické a bainitické přeměny. Diagram TTT znázorňuje izotermické chování a je užitečný pro pochopení zpracování s výdrží, přímo však nereprodukuje teplotní průběh velkého dílu procházejícího olejem, solí, polymerem nebo vzduchem. Střed a povrch průřezu mohou rovněž sledovat odlišné křivky. Tvrdost a rozložení fází pak závisí na lokálních rychlostech ochlazování stejně jako na jmenovité teplotě kalicí lázně. ### Teplota začátku tvorby martenzitu a rozsah přeměny Ms je teplota, při níž během ochlazování za definovaných podmínek začíná martenzitická přeměna. Nejde o univerzální konstantu pro „ocel“. Uhlík obecně snižuje Ms, protože stabilizuje austenit; legující prvky, jako jsou mangan, nikl, chrom a molybden, mohou rovněž měnit stabilitu austenitu a posouvat rozsah přeměny. Koncentrace uhlíku se může lišit mezi cementovanou vrstvou a nízkouhlíkovým jádrem, takže obě oblasti mají odlišné hodnoty Ms. Naměřené teploty začátku a konce přeměny může ovlivnit také velikost předchozího austenitického zrna, austenitizační teplota, rozpuštěné karbidy, zbytková napětí a předchozí historie ohřevu a ochlazování. Praktická měření dále komplikují zadržený austenit, segregace a lokální změny chemického složení. Hodnota Ms vyznačená v diagramu je proto vázána na stanovené chemické složení a tepelnou historii, nikoli pouze na označení jakosti. Martempering tuto teplotní závislost využívá řízeným způsobem. ASM Handbook Volume 4A (2013) jej definuje jako přerušené kalení za použití oleje nebo soli a jako řídicí proměnné uvádí austenitizační teplotu, teplotu lázně, dobu výdrže, míchání a rychlost ochlazování. Lázeň se volí těsně nad Ms, aby se teplota v dílu mohla vnitřně vyrovnat před zahájením tvorby martenzitu. Poté se díl ochlazuje martenzitickou oblastí, obvykle na vzduchu, a před uvedením do provozu musí být popuštěn. Krátká výdrž za účelem vyrovnání teploty má omezit rozdíl teplot mezi povrchem a jádrem; nejde o bainitickou výdrž. Austempering sleduje opačný transformační cíl. Ocel se dostatečně dlouho udržuje v bainitické oblasti, aby se austenit přeměnil na bainit, nikoli pouze proto, aby se vyrovnala teplota nad Ms. Studie nízkoteplotního austemperingu z roku 2020 uváděla nanobainit, martenzit a zadržený austenit, přičemž koeficienty opotřebení byly za uvedených zkušebních podmínek až o 50 % nižší než u kalené martenzitické oceli. Tento výsledek nelze přisuzovat každé oceli, geometrii ani režimu. Ukazuje však, proč je nutné transformační oblast a dobu výdrže ověřit pro konkrétní jakost. SAE AMS-H-6875C (2020) zahrnuje požadavky na tepelné zpracování čtyř tříd ocelí a povoluje austempering, ausbay kalení a martempering, pokud jsou specifikovány. Takové povolení nečiní tyto procesy vzájemně zaměnitelnými. O tom, zda zamýšleným produktem bude bainit, martenzit po martemperingu, nebo nežádoucí směs, rozhoduje příslušná specifikace, diagram pro konkrétní jakost, velikost průřezu a naměřená tepelná historie. ## Jak funguje austempering: kalení, výdrž a bainitická přeměna Austempering je izotermický režim tepelného zpracování určený k přeměně austenitu na bainit. Nejde pouze o jiné označení pro martempering. Rozdíl spočívá v tom, co se děje během výdrže: při austemperingu se ocel udržuje při dané teplotě dostatečně dlouho, aby proběhla plánovaná bainitická přeměna, zatímco při martemperingu se udržuje jen tak dlouho, aby se teplota téměř vyrovnala v celém průřezu, a poté se ochlazuje přes teplotu začátku tvorby martenzitu, neboli Ms, aby vznikl martenzit. #### Postup izotermického kalení na bainit 1. **Austenitizace** Ohřát obrobek tak, aby se požadovaná část přeměnila na austenit. 2. **Přenos** Rychle jej přemístit do lázně s řízenou teplotou bez významného vzniku perlitu. 3. **Bainitická výdrž** Udržovat zvolenou teplotu, dokud neproběhne požadovaná přeměna austenitu na bainit. 4. **Konečné ochlazení** Ochladit na teplotu okolí a umožnit, aby zůstal přítomen případný stanovený martenzit nebo zbytkový austenit. Cyklus začíná ohřevem obrobku nad kritický rozsah přeměny tak, aby se požadovaná část struktury změnila na austenit. Austenitizační teplota a doba závisí na jakostním stupni oceli, velikosti průřezu, výchozí mikrostruktuře a požadovaném rozložení uhlíku. Nadměrný ohřev může zvětšit velikost austenitického zrna nebo rozpustit karbidy, které mají v materiálu zůstat, zatímco nedostatečný ohřev může zanechat ferit nebo nerozpuštěné strukturní složky, které změní průběh konečné přeměny. ![Bainitické a martenzitické kalení oceli](/images/uploads/6daadfb8-aba5-43ab-a051-e80de181fb04/wiki-inline-a-steel-gear-entering-a-controlled-molten-salt-bath-during-austempering-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/6daadfb8-aba5-43ab-a051-e80de181fb04/wiki-inline-a-steel-gear-entering-a-controlled-molten-salt-bath-during-austempering-2027x2560.avif "Zvětšit obrázek — Bainitické a martenzitické kalení oceli")Rapid transfer helps the workpiece reach the selected bainitic range without unwanted pearlite formation. ### Kalení do bainitické oblasti Po austenitizaci se ocel rychle přemístí do lázně udržované v oblasti bainitické přeměny. U mnoha ocelí leží tato oblast přibližně mezi 200 a 400 °C, přestože využitelný teplotní interval je specifický pro danou jakost a není pevně stanoven. Studie oceli AISI 52100 definuje austempering takto: kalení z austenitizační teploty do prostředí udržovaného přibližně mezi 200 a 400 °C, po němž následuje výdrž až do vzniku bainitu. Přenos musí být dostatečně rychlý, aby ocel prošla oblastí perlitu, aniž by se cestou dolů přeměnilo významné množství austenitu. Jde o problém závislý na čase a teplotě. Ocel musí projít „nosem“ perlitické přeměny na diagramu čas–teplota–přeměna dříve, než uplyne inkubační doba pro vznik perlitu. Prokalitelnost, tloušťka průřezu, uspořádání vsázky, míchání lázně a teplotní rozdíl mezi obrobkem a lázní ovlivňují, zda je tato podmínka splněna. Malý čep může do bainitické oblasti vstoupit rychle, zatímco mohutný zub ozubeného kola nebo silná deska se mohou ochlazovat nerovnoměrně, takže se uvnitř vytvoří perlit nebo ferit, i když povrch sleduje zamýšlený režim. Lázeň může obsahovat roztavenou sůl, olej nebo jiné řízené teplosměnné médium vhodné pro stanovenou teplotu. Název lázně proces nedefinuje. Solnou lázeň lze použít pro režim austemperingu i martemperingu v závislosti na její teplotě a délce výdrže. Studie publikovaná v roce 2024 v ACS Omega tento rozdíl přímo uvádí pro směsi roztavených solí Ca(NO₃)₂–KNO₃: při austemperingu se austenitizovaná ocel udržuje při teplotě bainitické přeměny, dokud se austenit nepřemění na bainit, zatímco při martemperingu se obrobek krátce udržuje těsně nad Ms a poté se ochlazuje na vzduchu. Regulace teploty musí zohledňovat teplo uvolňované a pohlcované během přeměny i množství materiálu vstupujícího do lázně. Míchání omezuje místní teplotní gradienty a pomáhá zabránit tomu, aby chladnější nebo teplejší mezní vrstva změnila skutečný průběh cyklu. K ověření, že jádro, povrch i různé polohy ve vsázce skutečně sledují zamýšlenou teplotní trajektorii, jsou často zapotřebí termočlánky, kalibrace lázně a zkoušky s reprezentativní vsázkou. Proces je citlivý na velikost průřezu, protože lázeň může vyrovnat teplotu povrchu dříve, než stejné teploty dosáhne střed. Austemperingová lázeň se obvykle volí nad efektivní teplotou Ms dané oceli, pokud je zamýšleným produktem konvenční bainit. Na této úrovni se austenit může přeměňovat mechanismem podporovaným difuzí a dominovaným smykem, aniž by okamžitě vznikal martenzit. Ochlazení pod Ms před dokončením plánované bainitické přeměny výsledek mění: nepřeměněný austenit se následně může změnit na martenzit, čímž vznikne smíšená struktura. ### Výdrž do požadované přeměny austenitu Jakmile obrobek dosáhne teploty lázně, udržuje se při ní izotermicky. Během této fáze bainit nukleuje na hranicích austenitických zrn nebo na jiných vhodných místech a roste do okolního austenitu. Uhlík je z bainitického feritu vytlačován do zbývajícího austenitu, čímž se mění stabilita a složení obou oblastí. Rychlost přeměny závisí na teplotě, chemickém složení slitiny, velikosti výchozího austenitického zrna a množství již vytvořeného bainitu. Doba výdrže se neurčuje univerzálním pravidlem, například „jedna hodina na jeden palec“. Musí vycházet z údajů o přeměně, ověřených procesních zkoušek nebo vhodného diagramu čas–teplota–přeměna. Krátká výdrž může záměrně ponechat část austenitu nepřeměněnou. Pokud se ocel poté ochladí pod Ms, může tento zbytkový austenit vytvořit martenzit. Delší výdrž může přeměnit většinu nebo téměř všechen přeměny schopný austenit na bainit, a tím snížit pozdější podíl martenzitu. Oba režimy mohou být správné, avšak vedou k odlišné tvrdosti, houževnatosti, rozměrovému chování a obsahu zbytkového austenitu. Neúplná přeměna **Neúplná přeměna** Stav, při němž bainitická reakce skončí před přeměnou veškerého přeměnitelného austenitu, takže může zůstat zbytkový austenit nebo se později vytvořit martenzit. Přeměna se může zastavit ještě předtím, než se každá poslední část austenitu přemění na bainit, protože obohacení uhlíkem stabilizuje zbývající austenit. Tento stav se často označuje jako neúplná přeměna nebo neúplná reakce. U některých legovaných ocelí je uhlíkem obohacený zbytkový austenit žádoucí, protože může absorbovat deformaci a zlepšit houževnatost; v jiných aplikacích může nadměrný obsah zbytkového austenitu způsobit rozměrové změny během provozu nebo při pozdějším ochlazování. Specifikace proto musí definovat nejen teplotu lázně, ale také přípustné fázové složení a metodu ověření. Teplota izotermického kalení na bainit (°C) Uvedené teploty izotermického kalení na bainit pro tři nauhličované nízkolegované oceli. Austempering může omezit deformace, protože se ocel vyhne náhlé, nerovnoměrné objemové změně spojené s přímým zakalením na martenzit. Studie SAE z roku 2013, která se zabývala nauhličenými ocelemi AISI 8620, AISI 8822 a AISI 4320, uvádí u nauhličených a austemperovaných vzorků výrazně menší deformace než u vzorků, které byly nauhličeny, zakaleny a popuštěny. Uvedené teploty austemperingu byly 260, 288 a 304 °C. Tyto výsledky platí pro zkoušená chemická složení, geometrie a podmínky cyklu; nestanovují stejnou míru snížení deformací pro každý nauhličený díl. Konec výdrže může být určen požadovaným minimálním podílem bainitu, rozsahem tvrdosti, rozměrovým limitem nebo metalografickým požadavkem. Bainitická ocel zpracovaná austemperingem automaticky nevyžaduje stejný krok popouštění jako martenzit. Naproti tomu martemperovaná ocel se ochlazuje přes Ms, aby vznikl martenzit, a před uvedením do provozu musí být následně popuštěna. U austemperované součásti může být předepsáno nízkoteplotní odstranění pnutí, jde však o samostatný požadavek, nikoli o určující krok přeměny. ![Bainitické a martenzitické kalení oceli](/images/uploads/4ebd67e1-7258-4046-8ce3-01cbf4ec6311/wiki-inline-a-steel-bar-during-martempering-showing-surface-and-core-temperature-equalizatio-1920x1434.jpg)[](/images/uploads/4ebd67e1-7258-4046-8ce3-01cbf4ec6311/wiki-inline-a-steel-bar-during-martempering-showing-surface-and-core-temperature-equalizatio-1920x1434.avif "Zvětšit obrázek — Bainitické a martenzitické kalení oceli")Martempering reduces the surface-to-core temperature difference before martensitic transformation begins. ### Horní bainit, dolní bainit a smíšené produkty Teplota lázně výrazně ovlivňuje formu bainitu. Horní bainit obecně vzniká ve vyšší části bainitické oblasti. Skládá se ze svazků nebo lamel bainitického feritu s oblastmi obohacenými uhlíkem mezi nimi, v nichž se mohou vylučovat karbidy. Jeho morfologie a rozložení karbidů se liší od dolního bainitu, který vzniká při nižších teplotách. Dolní bainit se vyvíjí při teplotách blíže k Ms. Uhlík má méně času a menší pohyblivost k rozdělení do okolního austenitu a karbidy se mohou vylučovat uvnitř destiček nebo lamel bainitického feritu. Tato jemnější struktura může ve srovnání s horním bainitem poskytovat odlišnou rovnováhu tvrdosti, pevnosti a houževnatosti. Přechod mezi horním a dolním bainitem není charakterizován jedinou univerzální teplotou, protože legující prvky posouvají rozsahy přeměny a mění vylučování karbidů. Krátkodobé izotermické kalení na bainit při nízké teplotě vedlo v uvedené studii ke koeficientům opotřebení až o 50 % nižším než u kalené martenzitické oceli. Limited evidence Austempering při velmi nízkých teplotách může vytvářet struktury, které nelze dostatečně popsat jako jediný, plně přeměněný bainitický produkt. Studie z roku 2020 zabývající se krátkodobým nízkoteplotním austemperingem středně uhlíkové nízkolegované oceli uvádí nanobainit společně s martenzitem a zbytkovým austenitem. Uvedené koeficienty opotřebení byly za podmínek zkoušek této studie až o 50 % nižší než u kalené martenzitické oceli. Toto číslo představuje důkaz pro zkoušenou ocel a použitou metodu opotřebení, nikoli obecnou záruku vlastností. Smíšené produkty vznikají, když se výdrž záměrně ukončí před dokončením bainitické reakce, když se zvolená teplota nachází blízko dolní meze přeměny nebo když se průřez nemůže ochlazovat rovnoměrně. Při následném ochlazování se nepřeměněný austenit může změnit na martenzit; část austenitu může zůstat jako zbytkový austenit, pokud obohacení uhlíkem sníží jeho efektivní Ms. Konečná struktura proto může obsahovat horní bainit, dolní bainit, martenzit, zbytkový austenit a v případě příliš pomalého přenosu také perlit. Kvalifikace procesu by měla podle potřeby zahrnovat zkoumání tvrdosti, rozměrových změn, metalograficky stanovených podílů fází a zbytkového austenitu. Rentgenová difrakce, mikroskopie, dilatometrie a zkoumání průřezů vzorků odebraných ze vsázky mohou potvrdit, zda skutečný produkt odpovídá zamýšlenému režimu. Norma SAE AMS-H-6875C, vydaná v roce 2020, stanovuje požadavky na tepelné zpracování čtyř tříd ocelí a při předepsání umožňuje austempering, ausbay kalení a martempering. Takové povolení nenahrazuje vývoj cyklu specifického pro danou jakost. O tom, zda je zvolený režim austemperingu metalurgicky úspěšný, stále rozhodují označení oceli, prokalitelnost, velikost průřezu, kapacita lázně a přejímací kritéria. ## Jak funguje martemperování: vyrovnání teploty nad Ms a následný vznik martenzitu Martemperování je přerušované kalení navržené tak, aby řídilo, kdy a kde vzniká martenzit. Nejde o austemperování pod jiným názvem. Při austemperování se austenit udržuje v oblasti bainitické přeměny, dokud se jeho významná nebo požadovaná část nepřemění na bainit. Při martemperování probíhá výdrž těsně nad teplotou počátku vzniku martenzitu, označovanou **Ms**, a je dostatečně krátká na to, aby zabránila nežádoucí difuzní přeměně. Po vyrovnání teploty v celém průřezu oceli se obrobek ochladí přes martenzitickou oblast. Výsledná struktura je proto martenzitická, nikoli bainitická, a zůstává ve stavu po kalení bez popouštění až do samostatného popouštěcího procesu. ### Přerušované kalení nad teplotou počátku vzniku martenzitu ASM Handbook, Volume 4A, popisuje martemperování jako přerušované kalení s použitím oleje nebo soli. Ocel se nejprve ohřeje na stanovenou austenitizační teplotu, při níž se vytvoří požadovaná austenitická struktura a rozložení uhlíku. Poté se rychle přemístí do lázně udržované na teplotě těsně nad Ms. Lázeň musí odebírat teplo dostatečně rychle, aby se zabránilo perlitu nebo jiným vysokoteplotním transformačním produktům, přerušení však brání tomu, aby se povrch před začátkem tvorby martenzitu ochladil výrazně více než jádro. Ms není univerzální teplota platná pro všechny oceli. Závisí na obsahu uhlíku, legujících prvcích, stavu austenitického zrna, předchozí tepelné historii a v některých případech také na množství zbytkového austenitu očekávaného po ochlazení. U nelegované uhlíkové oceli a nízkolegované oceli určené k cementování proto mohou být zapotřebí různé teploty martemperovací lázně. Teplota lázně se volí s dostatečnou rezervou nad příslušnou hodnotou Ms, nikoli použitím jediné pevné teploty pro každý druh oceli. Řídicí proměnné a rizika selhání při martenzitickém kalení s vyrovnáním teploty. | Proměnná | Standardní požadavek na martenzitické kalení s vyrovnáním teploty | Riziko při nekontrolovaném průběhu | |---|---|---| | Teplota lázně | Těsně nad Ms | Předčasný vznik martenzitu nebo bainitu | | Doba výdrže | Pouze do okamžiku, kdy se teploty v průřezu přiblíží rovnoměrnosti | Nežádoucí difuzní přeměna | | Ochlazování po výdrži | Řízené ochlazování martenzitickou oblastí | Nadměrný teplotní gradient nebo neúplné vytvrzení | | Popouštění | Samostatná operace před uvedením do provozu | Vysoké napětí a křehký nepopuštěný martenzit | Výdrž je rozhodujícím přerušením procesu. Musí trvat dostatečně dlouho, aby se zmenšil teplotní rozdíl mezi povrchem a středem, a současně dostatečně krátce, aby se nevytvořil bainit, perlit nebo jiný difuzní produkt. Tento požadavek odlišuje martemperování od austemperování spolehlivěji než název lázně. Lázeň z roztavené soli lze použít pro oba procesy; o tom, který proces probíhá, rozhoduje transformační dráha a režim výdrže. ASM International ve vydání *ASM Handbook Volume 4A* z roku 2013 uvádí jako řídicí proměnné austenitizační teplotu, teplotu lázně, dobu výdrže, intenzitu míchání a rychlost ochlazování. Tyto proměnné se vzájemně ovlivňují. Nadměrné míchání může zvýšit odvod tepla na povrchu, zatímco nedostatečné míchání může v lázni vytvářet místní teplotní rozdíly. Lázeň, která má jmenovitě teplotu nad Ms, ale je nedostatečně regulovaná, může i přesto vést k nerovnoměrnému průběhu přeměny v celém objemném nákladu. #### Upozornění k martenzitickému kalení s vyrovnáním teploty Pokud obrobek během vyrovnávací výdrže dosáhne Ms, může martenzit vzniknout dříve, než se teplota v průřezu vyrovná. Je-li výdrž příliš dlouhá nebo teplota příliš nízká, může místo toho vzniknout bainit. Teplota musí během výdrže zůstat dostatečně vysoká, aby potlačila vznik martenzitu. Pokud obrobek v lázni dosáhne teploty Ms, může se martenzit začít tvořit ještě před vyrovnáním teploty v průřezu. Je-li výdrž příliš dlouhá nebo teplota příliš nízká, může vzniknout bainit. Pokud specifikace požaduje martenzit, jde o selhání procesu. ![Bainitické a martenzitické kalení oceli](/images/uploads/ff02ac68-e924-4981-b958-2d45f2f45df9/wiki-inline-metallographic-style-close-up-comparison-of-upper-bainite-lower-bainite-martensi-1920x1920.jpg)[](/images/uploads/ff02ac68-e924-4981-b958-2d45f2f45df9/wiki-inline-metallographic-style-close-up-comparison-of-upper-bainite-lower-bainite-martensi-1920x1920.avif "Zvětšit obrázek — Bainitické a martenzitické kalení oceli")Austempering and martempering are distinguished by the structures formed during their different temperature holds and cooling stages. ### Vyrovnání teploty v celém průřezu Konvenční kalení vytváří strmý teplotní gradient. Povrch se ochlazuje jako první, zatímco vnitřní část zůstává teplejší a dále se tepelně rozpíná. Jakmile povrch překročí teplotu Ms, začne se přeměňovat na martenzit a při změně krystalové struktury austenitu se rozpíná. Jádro může být stále austenitické a mít jinou teplotu. Později, když se přemění jádro, je jeho rozpínání omezeno již přeměněným vnějším materiálem. Tyto protichůdné deformace vytvářejí vnitřní napětí, deformace a někdy také trhliny po kalení. Martemperování mění načasování jednotlivých kroků. Horký obrobek se zakalí do lázně, ale udržuje se nad Ms, dokud se teplota od povrchu směrem ke středu více nevyrovná. Tvorba martenzitu se pak zahájí během následného ochlazování, nikoli v okamžiku, kdy mají povrch a jádro výrazně odlišné teploty. Zmenšení teplotního gradientu v okamžiku přeměny snižuje rozdíl mezi tepelným smrštěním a deformačními účinky přeměny. Přínosem je nižší riziko deformací a trhlin, nikoli úplné odstranění jednoho či druhého jevu. Tenká deska, zub ozubeného kola a masivní hřídel se teplotně vyrovnávají různou rychlostí. Přenos tepla ovlivňuje tloušťka průřezu, geometrie, otvory, ostré změny průřezu i vzájemný kontakt součástí. Důležitá je také prokalitelnost oceli: pokud je požadována převážně martenzitická struktura, musí se střed ochladit přes transformační oblast dostatečně rychle, aby se zabránilo perlitu nebo bainitu. Ocel s vysokou prokalitelností může po vyrovnání teploty umožnit pomalejší rychlost ochlazování, zatímco ocel s nízkou prokalitelností může vyžadovat kratší přerušení a rychlejší ochlazování. Obsah uhlíku a legujících prvků také mění Ms a kinetiku přeměny. Z tohoto důvodu by se teplota lázně a doba výdrže měly stanovit na základě druhu oceli, rozměru průřezu, uspořádání nákladu a změřené teplotní odezvy, nikoli převzít z obecné tabulky. \[2\] \[2\] **The Temperature Range of Martensite Formation**. Study on martensite formation, 1946. Source details supplied in the article; no URL provided Studie z roku 1946 o teplotním rozsahu vzniku martenzitu popsala základní princip jako ochlazení těsně nad oblast vzniku martenzitu a následné pomalejší ochlazování. Tato metoda může omezit vznik trhlin při malém snížení tvrdosti, pokud ocel zůstane bez nežádoucí difuzní přeměny. „Pomaleji“ neznamená libovolně pomalu; znamená to dostatečně pomalu ke snížení tepelného šoku, avšak současně tak, aby průchod transformační oblastí proběhl rychlostí vhodnou pro danou ocel. ### Ochlazování na vzduchu a povinný krok popouštění Po vyrovnání teploty se obrobek vyjme z olejové nebo solné lázně a ochladí se přes martenzitickou oblast, obvykle na vzduchu. *Heat Treating Subject Guide* společnosti ASM z roku 2020 popisuje tento sled jako udržování oceli těsně nad Ms až do vyrovnání její teploty, po němž následuje ochlazování na vzduchu za vzniku martenzitu. Během této fáze se austenit přeměňuje bez výrazného rozdílu teplot mezi povrchem a jádrem, který je spojen s přímým kalením. #### Požadavek pro provoz Martenzitické kalení s vyrovnáním teploty není dokončeno, když díl opustí fázi ochlazování na vzduchu. Martenzit musí před uvedením do provozu podstoupit stanovené samostatné popouštění. Výsledný martenzit není popuštěný. Tento bod je zásadní. Martemperování nezahrnuje popouštění jen proto, že součást byla ochlazována v několika etapách. Martenzit vzniklý během ochlazování na vzduchu je tvrdý a obsahuje vysoké vnitřní napětí; v závislosti na druhu oceli a průběhu ochlazování může obsahovat také zbytkový austenit. Před uvedením do provozu musí součást projít samostatným popouštěcím tepelným zpracováním. Popouštění snižuje napětí a křehkost a upravuje tvrdost, pevnost, houževnatost a rozměrovou stabilitu podle požadavků specifikace. Teplota a doba popouštění závisí na druhu oceli a požadovaných vlastnostech. [Ložiskové oceli](/cs/kategorie/ložiskové-oceli "Ložiskové oceli") s vysokým obsahem uhlíku, jako je AISI 52100, nelze podrobit stejnému režimu popouštění jako ocel určenou k cementování, například AISI 8620. Cementovaná vrstva a nízkouhlíkové jádro také reagují odlišně, takže tam, kde je to relevantní, je nutné požadované vlastnosti kontrolovat v obou oblastech. SAE AMS-H-6875C: *Heat Treatment of Steel Raw Materials* zahrnuje čtyři třídy oceli a povoluje austemperování, kalení do oblasti bainitické přeměny a martemperování, pokud jsou tyto procesy specifikovány. Samotné označení procesu nestanovuje kritéria přejímky. Řízení výroby může vyžadovat záznamy o austenitizační teplotě a teplotě lázně, době přemístění, době přerušení, podmínkách míchání, záznamy o popouštění, zkoušky tvrdosti, metalografické hodnocení a měření rozměrů. Ověřování by se mělo zaměřit také na poruchové mechanismy, kterým má daný režim zabránit. Průběhy tvrdosti mohou odhalit měkké jádro způsobené nedostatečnou prokalitelností nebo příliš dlouhým přerušením. Metalografie může rozlišit martenzit od bainitu a identifikovat perlit nebo nadměrné množství zbytkového austenitu. Kontrola rozměrů před tepelným zpracováním a po něm ukazuje, zda snížení transformačního napětí přineslo u skutečné geometrie očekávané zlepšení. Uspořádané fáze standardního cyklu martenzitického kalení s vyrovnáním teploty. Proces má tedy přesně stanovený sled: austenitizace, rychlé zakalení do olejové nebo solné lázně udržované těsně nad Ms, výdrž pouze do vyrovnání teploty v průřezu bez difuzní přeměny, ochlazení přes martenzitickou oblast a popouštění. Změna výdrže na ošetření s bainitickou přeměnou mění proces na austemperování. Změna následného kroku popouštění po kalení není volitelná; bez něj je martemperovaná ocel jednoduše nepouštěná martenzitická ocel s řízeným postupem vzniku. ## Mikrostruktury a vlastnosti: bainit versus popuštěný martenzit Izotermické zušlechťování a martenzitické kalení mohou snížit pnutí vznikající při kalení, nevytvářejí však stejnou výslednou strukturu. Při izotermickém zušlechťování se austenitizovaná ocel rychle ochladí na teplotu, při níž se může tvořit bainit, a na této teplotě se udržuje dostatečně dlouho, aby proběhla požadovaná přeměna. Výsledkem může být horní bainit, dolní bainit nebo směs, která stále obsahuje nepřeměněný austenit a po závěrečném ochlazení také martenzit. Studie o oceli AISI 52100 z roku 2013 uvádí rozsah teplot izotermického zušlechťování přibližně 200–400 °C, přičemž výdrž pokračuje do vytvoření bainitu. Martenzitické kalení probíhá odlišně. Výrobek se krátce udržuje v oleji nebo v solné lázni těsně nad teplotou začátku tvorby martenzitu, čímž se průřez může přiblížit rovnoměrnější teplotě, a poté se ochlazuje přes martenzitickou oblast. Výsledný martenzit není stavem připraveným pro provoz: následně musí být popuštěn. Publikace ASM International *Heat Treating Subject Guide* (2020) tuto sekvenci uvádí přímo. ASM Handbook, svazek 4A (2013), označuje za řídicí proměnné austenitizační teplotu, teplotu lázně, dobu výdrže, intenzitu míchání a rychlost ochlazování. Toto rozlišení je důležité, protože bainit a popuštěný martenzit získávají pevnost prostřednictvím odlišného uspořádání feritu, uhlíku a karbidů. Jejich tvrdost se může překrývat, avšak překrývající se tvrdost neznamená, že jejich mechanické chování je vzájemně zaměnitelné. ### Pevnost, tvrdost, houževnatost a tažnost Strukturní složky významné pro obě zpracování. | Složka struktury | Mechanismus vzniku | Vlastnosti | |---|---|---| | Horní bainit | Bainitická přeměna při vyšší teplotě, při níž se karbidy běžně nacházejí mezi feritickými oblastmi | Tvrdost a tažnost se mohou lišit od dolního bainitu | | Dolní bainit | Přeměna při nižší teplotě s jemnějšími uspořádáními karbidů | Může poskytnout odlišný poměr pevnosti a houževnatosti | | Popuštěný martenzit | Redistribuce uhlíku a vznik karbidů během popouštění | Tvrdost a houževnatost silně závisí na teplotě a době popouštění | | Zbytkový austenit | Austenit, který po ochlazení zůstává nepřeměněný | Během provozu, broušení nebo pozdějšího ochlazování se může přeměnit | Bainit se skládá z feritických oblastí vzniklých displacivní přeměnou, přičemž uhlík je v závislosti na teplotě přeměny a chemickém složení slitiny vytlačován do austenitu nebo se vylučuje ve formě karbidů. Horní bainit obecně obsahuje feritické latě nebo destičky s karbidy mezi nimi. Dolní bainit vzniká při nižších teplotách a obsahuje jemnější karbidy uvnitř feritických destiček nebo v jejich těsné vazbě. Přesná morfologie se mění s obsahem uhlíku, legujícími přísadami, rychlostí ochlazování a dobou výdrže. Popuštěný martenzit začíná jako přesycená, silně deformovaná tetragonální prostorově centrovaná fáze. Během popouštění uhlík martenzit opouští, vytvářejí se přechodné karbidy a následně stabilnější karbidy a matrice ztrácí velkou část své tetragonality i vnitřního pnutí. Teplota a doba popouštění určují, jak daleko tato sekvence pokročí. Nízká teplota popouštění může zachovat vysokou tvrdost při současném zachování značného zbytkového pnutí; vyšší teplota popouštění obvykle tvrdost snižuje, ale zlepšuje houževnatost a rozměrovou stabilitu. Dlouhodobé působení může vést k dalšímu měknutí nebo k sekundárnímu vytvrzení u ocelí obsahujících prvky, jako jsou chrom, molybden nebo vanad. Ani bainit, ani popuštěný martenzit nemá univerzální výhodu z hlediska tvrdosti. Jemný dolní bainit může být velmi tvrdý, zatímco horní bainit může být měkčí a tažnější. Struktura martenzitu popuštěného při nízké teplotě může překonat tvrdost konkrétní bainitické struktury, avšak vyšší stupeň popouštění může martenzitické oceli propůjčit nižší tvrdost a vyšší odolnost proti lomu. Před smysluplným porovnáním je nutné specifikovat obsah uhlíku, velikost zrna původního austenitu, prokalitelnost slitiny, teplotu přeměny a množství jednotlivých strukturních složek. Stejné pravidlo platí pro houževnatost. Bainitický ferit může poskytovat příznivou kombinaci pevnosti a odolnosti proti iniciaci trhlin, pokud jsou jeho destičky jemné a karbidové filmy jsou pod kontrolou. Hrubý bainit, nepřeměněný austenit nebo čerstvý vysokouhlíkový martenzit vzniklý během závěrečného ochlazení mohou tuto výhodu snížit. Popuštěný martenzit může poskytovat vysokou houževnatost, pokud popouštění uvolní pnutí a zjemní rozložení karbidů, avšak nedostatečné popouštění zanechává křehkou strukturu. Nadměrné popouštění může vést ke ztrátě pevnosti. Tažnost není jednoduše důsledkem volby jednoho procesu. Závisí na objemovém podílu a morfologii bainitu, martenzitu, zbytkového austenitu, karbidů, vměstků a případných oblastí obohacených uhlíkem. Smíšená struktura může vykazovat užitečné prodloužení, přestože stále obsahuje lokálně křehké složky. Tahová pevnost, mez kluzu, rázová energie, lomová houževnatost, únavové vlastnosti a odolnost proti opotřebení by proto měly být měřeny samostatně, nikoli odvozovány pouze z tvrdosti. Odlišovat se může také deformace. Výzkum nauhličených ocelí AISI 8620, AISI 8822 a AISI 4320 používal teploty izotermického zušlechťování 260, 288 a 304 °C a uváděl výrazně menší deformaci než u nauhličených, zakalených a popuštěných vzorků. Tento výsledek se vztahuje na zkoušené nauhličené geometrie a režimy, nikoli na obecnou záruku. Martenzitické kalení snižuje teplotní gradienty před vznikem martenzitu, a může proto ve srovnání s přímým kalením také omezit praskání a deformaci, přestože martenzitická přeměna stále způsobuje objemovou změnu. ### Zbytkový austenit a směsi vzniklé přeměnou Izotermické zušlechťování se často popisuje jako proces vedoucí ke vzniku bainitu, avšak označení „bainitická“ struktura nemusí znamenat 100% bainit. Pokud výdrž skončí před úplnou přeměnou austenitu, může zbývající austenit přetrvat jako zbytkový austenit nebo se během následného ochlazování přeměnit na martenzit. Obohacení zbývajícího austenitu uhlíkem může jeho část stabilizovat při pokojové teplotě. Výsledkem může být bainit se zbytkovým austenitem, bainit s martenzitem nebo bainit obsahující obě tyto složky. Tato směs výrazně ovlivňuje vlastnosti. Zbytkový austenit může zlepšit zdánlivou tažnost a absorbovat deformační přetvoření spojené s přeměnou, může se však také přeměňovat při zatížení, během broušení nebo za provozu. Tato přeměna může způsobit rozměrovou změnu, lokální zvýšení tvrdosti nebo zbytkové pnutí. Martenzit vzniklý z nepřeměněného austenitu po izotermické výdrži může být tvrdší a křehčí než bainit vzniklý v lázni. K identifikaci těchto složek mohou pomoci rentgenová difrakce, metalografie, dilatometrie a mapování tvrdosti; jediná hodnota objemové tvrdosti k tomu nestačí. \[3\] \[3\] [**Short-term low-temperature austempering in medium-carbon low-alloy steel**](https://doi.org/10.1007/s12540-020-00957-6). Metal and Materials International, 2020. Studie z roku 2020 o krátkodobém izotermickém zušlechťování při nízké teplotě u středně uhlíkové nízkolegované oceli ilustruje toto omezení. Uváděná struktura obsahovala nanobainit, martenzit a zbytkový austenit, nikoli jedinou fázi. Za zkušebních podmínek byly její součinitele opotřebení až o 50 % nižší než u zakalené martenzitické oceli. Jde o vymezené srovnání: vztahuje se na zkoumanou ocel, přípravu vzorků, režim izotermického zušlechťování, protilehlý povrch, zatížení a zkoušku opotřebení. Nedokládá, že každá izotermicky zušlechtěná ocel bude mít poloviční rychlost opotřebení ve srovnání s každou zakalenou a popuštěnou ocelí. Směsi vzniklé přeměnou mohou vznikat také při martenzitickém kalení, avšak zamýšlená sekvence je odlišná. Vyrovnávací výdrž nad teplotou začátku tvorby martenzitu by měla být dostatečně krátká, aby se zabránilo významnému vzniku bainitu. Po ochlazení vzduchem přes martenzitickou oblast obsahuje ocel martenzit, často s určitým množstvím zbytkového austenitu a případně nerozpuštěných karbidů. Popouštění následně mění stav martenzitické matrice a karbidů. Pokud austenitizační zpracování rozpustilo příliš mnoho uhlíku nebo pokud má ocel vysokou prokalitelnost a nevhodný průběh závěrečného ochlazování, může zbytkový austenit zůstat ve značném množství. Publikace SAE o modifikovaném martenzitickém kalení tento proces odlišuje umístěním kalicí lázně pod teplotu začátku tvorby martenzitu, aby se zabránilo vzniku bainitu. Tento detail ukazuje, proč samotná teplota lázně není dostatečným označením procesu: fáze, které skutečně vzniknou, jsou řízeny vztahem mezi teplotou lázně, teplotou začátku tvorby martenzitu, dobou výdrže a průběhem ochlazování. ### Proč musí být tvrzení o vlastnostech specifická pro danou jakost Jakost oceli určuje kinetiku přeměn. Ložisková ocel AISI 52100, nauhličovací ocel AISI 8620, AISI 8822, AISI 4320 a středně uhlíková nízkolegovaná ocel nemají stejný obsah uhlíku, obsah legujících prvků, prokalitelnost, teplotu začátku tvorby martenzitu, stabilitu karbidů ani odezvu na popouštění. Dokonce i v rámci jednoho označení může velikost průřezu a způsob austenitizace změnit rychlost ochlazování ve středu natolik, že vzniknou odlišné struktury. Specifikace rovněž stanovuje přípustný proces a přejímací kritéria. SAE AMS-H-6875C: *Tepelné zpracování surových ocelových materiálů* zahrnuje čtyři třídy ocelí a povoluje izotermické zušlechťování, ausbay kalení a martenzitické kalení, pokud jsou předepsány. Toto povolení nepřiřazuje jedné tvrdosti, houževnatosti ani limitu zbytkového austenitu pro každou jakost. Tyto limity musí stanovit příslušná materiálová specifikace, výkres, postup tepelného zpracování a kontrolní metoda. Platné srovnání proto uvádí jakost nebo chemické složení oceli, austenitizační teplotu, dobu přenosu, teplotu lázně, dobu výdrže, způsob ochlazování, teplotu a dobu popouštění, velikost průřezu a zkušební metodu. Tvrdost by měla být doplněna metalografickým vyhodnocením a tam, kde je to relevantní, měřením zbytkového austenitu a kontrolou rozměrů. Bez těchto údajů jsou tvrzení jako „izotermické zušlechťování poskytuje vyšší houževnatost“ nebo „martenzitické kalení vede k vyšší tvrdosti“ příliš obecná na to, aby byla technicky spolehlivá. ## Řízení deformace, praskání a zbytkového napětí ### Proč přímé kalení vytváří tepelné a transformační napětí Přímé kalení vystavuje austenitizovanou ocel strmému teplotnímu gradientu. Povrch se dostane do styku s chladicím médiem jako první, smršťuje se, zatímco jádro zůstává horké a roztažené, a proto je omezováno teplejším vnitřkem. Povrch může v počáteční fázi ochlazování přejít do tlaku, zatímco jádro nese tahové napětí. Jak ochlazování pokračuje, jádro se smršťuje a rozložení napětí se může obrátit. Tenké průřezy, ostré rohy, otvory a změny tloušťky průřezu tyto rozdíly zesilují, protože se ochlazují různou rychlostí. Po tepelném smrštění následuje druhá událost: transformace austenitu. U nelegovaných uhlíkových a nízkolegovaných ocelí má martenzit větší měrný objem než výchozí austenit. Teplota, při níž tato transformace začíná, se označuje jako počáteční teplota tvorby martenzitu neboli Ms. Pokud povrchová vrstva dosáhne teploty Ms, zatímco jádro je stále austenitické, povrch se v důsledku martenzitické transformace roztáhne, zatímco jádro se dále tepelně smršťuje. Transformační roztažení není v průřezu rovnoměrné, takže se přičítá k již existujícímu tepelnému napětí, místo aby je nahrazovalo. Výsledný stav napětí závisí na časovém průběhu. Například u cementovaného ozubeného kola se může nejprve transformovat uhlíkem obohacená povrchová vrstva, zatímco jádro s nižším obsahem uhlíku se transformuje později nebo zůstane částečně austenitické. Tvrdá, relativně křehká martenzitická povrchová vrstva pak může obsahovat tahové zbytkové napětí, zejména v blízkosti geometrických nespojitostí. Tato kombinace podporuje vznik kalicích trhlin. I když k praskání nedojde, nerovnoměrné smrštění kolem otvoru nebo napříč zubem může způsobit ovalitu, házení, ohyb nebo změnu rozteče zubů. Intenzita ochlazování je pouze jednou částí problému. Austenitizační teplota řídí velikost zrna a množství uhlíku a legujících prvků rozpuštěných v austenitu; míchání mění součinitel přestupu tepla a prokalitelnost určuje, zda se jádro transformuje na martenzit, nebo na měkčí produkty, jako jsou bainit či perlit. ASM Handbook, Volume 4A (2013), uvádí austenitizační teplotu, teplotu lázně, dobu výdrže, míchání a rychlost ochlazování jako důležité proměnné martemperingu. Tyto proměnné ovlivňují také deformaci při přímém kalení spolu s geometrií, způsobem uložení, přípravky a stavem cementované vrstvy. ### Jak přerušované kalení mění průběh napětí Martempering mění sled událostí, nikoli pouze volbu jiné lázně. Horký austenitizovaný obrobek se rychle zakalí do oleje nebo roztavené soli udržované těsně nad teplotou Ms. V této lázni se ponechá dostatečně dlouho, aby se povrch a jádro přiblížily rovnoměrnější teplotě, avšak ne tak dlouho, aby se vytvořil bainit nebo perlit. Obrobek se poté ochlazuje přes oblast tvorby martenzitu, obvykle na vzduchu nebo za jiných řízených podmínek s nízkou intenzitou ochlazování, a před uvedením do provozu se popustí. Toto vyrovnání teploty snižuje tepelný rozdíl přítomný při začátku tvorby martenzitu. Povrch a jádro se stále netransformují přesně ve stejném okamžiku a martenzitická transformace stále způsobuje roztažení, avšak teplotní gradient a s ním spojené omezení jsou menší. Martempering proto snižuje deformaci a pravděpodobnost vzniku kalicích trhlin; neodstraňuje však ani jedno z toho. Složitá součást se může stále zkroutit, pokud mají její části různou dobu ochlazování, pokud je lázeň nedostatečně řízena nebo pokud její prokalitelnost vede k nerovnoměrnému průběhu transformace. ASM Heat Treating Subject Guide z roku 2020 popisuje tento postup přímo: ocel se udržuje těsně nad teplotou Ms, dokud se teplota nevyrovná, poté se ochladí na vzduchu, aby vznikl martenzit, a následně se popustí. Popouštění není při běžném použití volitelné, protože martenzit po zakalení má vysoké vnitřní napětí a omezenou odolnost proti lomu. Konečná teplota a doba popouštění musí odpovídat jakosti oceli, rozměrům, požadované tvrdosti a stavu zbytkového austenitu. Austempering má jiný účel. Austenitizovaná ocel se zakalí do lázně udržované v oblasti bainitické transformace — podle definice uvedené pro AISI 52100 přibližně při 200 až 400 °C — a ponechá se v ní, dokud se požadovaný podíl austenitu netransformuje na bainit. Následné ochlazení vede k vytvoření bainitické struktury, případně se zbytkovým austenitem nebo martenzitem, pokud je výdrž neúplná. Studie publikovaná v ACS Omega v roce 2024 tento postup odlišuje od martemperingu: při austemperingu se obrobek udržuje, dokud se austenit nepřemění na bainit, zatímco při martemperingu se teplota krátce vyrovnává nad Ms a poté se během ochlazování nechá vzniknout martenzit. Protože bainit vzniká izotermicky poté, co obrobek dosáhne relativně rovnoměrné teploty lázně, austempering zabraňuje výraznému tepelnému průběhu od povrchu k jádru typickému pro přímé kalení. Bainitická transformace také rozkládá deformaci v průběhu výdrže, místo aby soustředila martenzitické roztažení do pohybujícího se teplotního gradientu. Deformace a zbytkové napětí proto mohou být nižší, avšak pouze tehdy, pokud prokalitelnost oceli, velikost průřezu a kinetika transformace umožní celému průřezu dosáhnout teploty lázně a dokončit zamýšlenou reakci dříve, než vznikne perlit nebo nežádoucí martenzit. Martempering a austempering proto nejsou zaměnitelné názvy pro kalení se sníženou deformací. Při martemperingu stále vzniká martenzit a je nutné následné popouštění. Austempering je zaměřen na vznik bainitu a využívá izotermickou výdrž dostatečně dlouhou k jeho vytvoření. Specifikace mohou připouštět oba postupy: SAE AMS-H-6875C (2020), která se vztahuje na tepelné zpracování čtyř tříd ocelí, uvádí austempering, ausbay kalení a martempering, pokud je příslušný požadavek stanoví. Záznam o procesu by měl identifikovat skutečný průběh teploty a času, nikoli pouze uvádět, že součást byla „kalená v solné lázni“. ### Důkazy z cementovaných nízkolegovaných ocelí Izotermické kalení na bainit způsobilo u zkoušených vzorků AISI 8620, AISI 8822 a AISI 4320 menší deformaci než nauhličování následované konvenčním kalením a popouštěním. Limited evidence Práce SAE „Austempering Process for Carburized Low-Alloy Steels“, SAE 2013-01-0949, zkoumala cementované oceli AISI 8620, AISI 8822 a AISI 4320. Porovnávány byly vzorky po cementaci a austemperingu se vzorky, které byly cementovány, konvenčně kaleny a popouštěny. Při austemperingu byly použity teploty lázně 260, 288 a 304 °C. U vzorků po cementaci a austemperingu byla zaznamenána výrazně menší deformace. Toto zjištění odpovídá mechanismu vzniku napětí. Cementování vytváří gradient obsahu uhlíku: povrchová vrstva má vyšší obsah uhlíku, větší prokalitelnost a jinou teplotu Ms než jádro. Při přímém kalení se proto povrchová vrstva a jádro ochlazují a transformují podle odlišných časových průběhů. Austempering nahrazuje tuto rychlou, prostorově nerovnoměrnou martenzitickou sekvenci řízenou bainitickou výdrží poté, co se součást přiblíží teplotě lázně. Nižší deformace je věrohodná a metalurgicky opodstatněná, nejde však o univerzální korekční faktor pro každé ozubené kolo, hřídel nebo ložiskový kroužek. Přenos tohoto výsledku na jinou součást závisí především na geometrii. Tenký kroužek se může rychle vyrovnat, zatímco tlustý náboj ozubeného kola může po dosažení teploty lázně povrchovou vrstvou stále obsahovat horké jádro. Oceli AISI 8620, AISI 8822 a AISI 4320 se rovněž liší obsahem legujících prvků a prokalitelností, takže stejná teplota lázně nezaručuje stejné podíly fází. Hloubka cementované vrstvy, obsah uhlíku na povrchu, zbytkový austenit, stav karbidů, velikost zrna původního austenitu a rovnoměrnost cementování ovlivňují jak transformační deformaci, tak citlivost k praskání. Důležité jsou také přípravky a způsob uložení. Součást omezená během ochlazování může vykazovat menší volný pohyb, ale získat vyšší zbytkové napětí; volněji podepřená součást se může deformovat více a současně uvolnit část tohoto napětí. Je nutné ověřit složení lázně, její cirkulaci, rozestupy mezi součástmi v nákladu, dobu přenosu a rovnoměrnost teploty. Kontroly rozměrů před tepelným zpracováním a po něm, měření tvrdosti od povrchové vrstvy k jádru, metalografické zkoumání a v případě potřeby měření zbytkového napětí poskytují více informací než předpoklad, že pojmenovaný proces automaticky zaručuje určitý výsledek. ## Lázně, přenos tepla a řízení procesu Volba lázně sama o sobě proces neurčuje. Austempering i martempering mohou využívat solnou nebo olejovou lázeň, jejich teplotní průběhy a cílové transformace se však liší. Při austemperingu se austenitizovaná ocel přenese do lázně udržované na teplotě bainitické transformace — přibližně 200 až 400 °C podle popisu oceli AISI 52100 od G. A. H. D. et al. (2013) — a udržuje se v ní, dokud se nevytvoří bainit. Při martemperingu se ocel přenese do lázně těsně nad teplotou začátku tvorby martenzitu, teplota se v celém průřezu vyrovná a poté se ocel ochladí na vzduchu, aby se martenzit vytvořil rovnoměrněji. Následně je nutné popouštění. ASM Handbook Volume 4A (2013) poskytuje užitečný rámec pro řízení martemperingu: austenitizační teplotu, teplotu lázně, dobu prodlevy, míchání a rychlost ochlazování. Tyto proměnné také ukazují, proč může lázeňský proces poskytovat odlišné výsledky při použití zdánlivě podobných cyklů v peci. Jakost oceli, tloušťka průřezu, prokalitelnost, hmotnost vsázky, prodleva při přenosu a stav lázně určují, zda je předepsaného tepelného průběhu skutečně dosaženo. ### Olej, dusičnanové-dusitanové soli a směsi roztavených solí Olej je běžný a praktický, jeho charakteristiky přenosu tepla se však během kalení mění. Když horká ocel vstoupí do oleje, může se na jejím povrchu vytvořit parní obal. Tato filmová fáze přenáší teplo relativně pomalu a nerovnoměrně; po zhroucení filmu může nukleační var odvádět teplo mnohem rychleji, po němž následuje pomalejší konvekční ochlazování. Míchání narušuje parní obal a přivádí chladnější olej k obrobku. Teplota oleje, viskozita, oxidace, kontaminace vodou, kal a poměr hmotnosti vsázky k objemu lázně tento sled procesů ovlivňují. Dvě nádrže obsahující stejný nominální olej proto mohou vytvářet odlišné ochlazovací křivky. Zestárlý olej může mít vyšší viskozitu nebo změněné smáčecí vlastnosti. Kontaminace vodou může způsobit lokální var a v závažných případech požár nebo nebezpečí vymrštění způsobeného párou. Přeplněný koš brání cirkulaci u povrchů, zatímco velká horká vsázka zvyšuje teplotu oleje a zpomaluje další část kalení. Relevantní proměnnou tedy není pouze „kalení v oleji“, ale naměřená odezva ochlazování při skutečné hmotnosti vsázky a za skutečných podmínek míchání. Dusičnanové-dusitanové solné lázně obecně přenášejí teplo rychle, protože kapalina přímo smáčí ocel a na rozdíl od kalení v oleji nezávisí stejným způsobem na trvalém parním obalu. Konvekce uvnitř roztavené soli může udržovat lázeň relativně homogenní a povrch oceli může rychle dosáhnout teploty lázně. Tento rychlý přenos je cenný, když martemperovaný díl musí projít oblastí perlitu nebo bainitu bez nadměrných teplotních rozdílů mezi povrchem a jádrem. Pomáhá také tomu, aby díly zpracovávané austemperingem dosáhly zvolené bainitické teploty dříve, než bude transformace probíhat nerovnoměrně. Sůl nevyžaduje nulovou údržbu. Složení soli, oxidace, vlhkost, odnos soli, kal a kontaminace ovlivňují chování při tavení, viskozitu, elektrickou vodivost a přenos tepla. Dusičnanové-dusitanové směsi rovněž vyžadují řízení provozní teploty a chemického stavu, protože rozklad a kontaminace mohou lázeň změnit a vytvořit bezpečnostní rizika. Obrobky musí být před ponořením suché; voda vnesená do roztavené soli se může prudce odpařit. Studie v ACS Omega od Sun et al. (2024) zkoumala směsi roztavených solí Ca(NO3)2–KNO3 a měření přenosu tepla považovala za zásadní otázku. Její význam pro procesní inženýrství nespočívá v prohlášení jednoho poměru dusičnanu vápenatého a dusičnanu draselného za univerzální recepturu pro austempering. Různá složení solí mají rozdílné teploty likvidu, tepelné vlastnosti, viskozitu a použitelné rozsahy. Měření ve studii pomáhají dávat do souvislosti složení a teplotu lázně s charakteristikami přenosu tepla, výrobní cyklus však stále vyžaduje validovanou ochlazovací křivku, údaje o transformaci specifické pro danou ocel a řízení skutečné lázně. ### Vliv teploty lázně, míchání a vsázky Teplota lázně je transformační proměnnou, nikoli pouze nastavením pece. Při austemperingu musí lázeň zůstat v rozsahu, v němž může zvolená ocel transformovat na bainit přijatelnou rychlostí. Výdrž pokračuje, dokud neproběhne požadovaná reakce austenitu na bainit, jak vyplývá z diagramů čas–teplota–transformace nebo z metalografického ověření. Při martemperingu se lázeň obvykle udržuje těsně nad teplotou začátku tvorby martenzitu, často označovanou jako Ms, dostatečně dlouho, aby rozdíl teplot mezi povrchem a jádrem klesl na přijatelnou úroveň. Příliš dlouhá výdrž nebo příliš nízká teplota mohou umožnit vznik bainitu, čímž se zamýšlený martenzitický režim zmaří. Míchání musí být specifikováno metodou a intenzitou, nikoli neurčitě popsáno jako „dobrá cirkulace“. Průtok čerpadla, poloha oběžného kola, pohyb obrobků a konstrukce koše určují, zda budou všechny povrchy vystaveny srovnatelnému proudění kapaliny. Nadměrný pohyb může poškodit choulostivé díly nebo strhávat vzduch; nedostatečný pohyb ponechává stagnující oblasti a zvyšuje místní rozdíly v ochlazování. Solné lázně obvykle vyžadují cirkulaci k odvodu tepla ze vsázky a k obnovení rovnoměrnosti teploty, přestože díky přímému kontaktu přenášejí teplo rychleji než olej. Vliv vsázky je často podceňován. Jeden malý vzorek může být vystaven téměř konstantní teplotě lázně, zatímco výrobní koš může po ponoření snížit teplotu lázně a vyvolat dobu zotavení. Vnější díly hustě uspořádané vsázky se mohou ochlazovat jinak než vnitřní díly, protože rozestupy omezují přístup kapaliny. Díly musí být dostatečně oddělené, aby byl zajištěn kontakt s lázní a cirkulace; přípravky musí být navrženy tak, aby bránily vzájemnému zapadání, otlakům a zachycení soli. Uspořádání vsázky použité při kvalifikaci procesu musí odpovídat uspořádání používanému ve výrobě. Také měření teploty vytváří odchylky. Termočlánek v peci měří atmosféru pece nebo teplotu blízkého přípravku, nikoli nutně teplotu jádra oceli. Regulátor lázně může snímat teplotu v místě blízko topného tělesa, zatímco nejchladnější oblast se nachází jinde. Nezávislé snímače by měly zmapovat pracovní zónu a termočlánky připevněné k reprezentativním dílům mohou stanovit skutečné tepelné zpoždění. U tlustých průřezů může povrchový termočlánek signalizovat vstup do lázně, zatímco střed zůstává podstatně teplejší. Právě tento rozdíl má martempering před vznikem martenzitu zmenšit. ### Intenzita kalení a doba přenosu Intenzita kalení popisuje, jak rychle se z oceli odvádí teplo, užitečnou veličinou je však úplná ochlazovací křivka procházející rozsahem kritických transformací. Přispívají k ní míchání oleje, cirkulace soli, teplota lázně, geometrie dílu a prokalitelnost oceli. Ocel s vysokou prokalitelností může vytvořit martenzit v celém rozsáhlém průřezu za podmínek, při nichž ocel s nižší prokalitelností zůstane částečně bainitická nebo perlitická. Rohy průřezu se ochlazují rychle, těžké středy pomalu. Stejná lázeň nemůže zaručit stejnou strukturu u tenkého čepu a silného ozubeného kola. Doba přenosu začíná okamžikem, kdy díl opustí austenitizační pec, a končí ponořením pracovních povrchů. Během tohoto intervalu může povrch na vzduchu chladnout, zatímco jádro zůstává blízko austenitizační teploty. Prodleva rovněž umožňuje nežádoucí transformaci u náchylných jakostí a způsobuje, že první díl v dávce je z hlediska teploty odlišný od posledního. Tuto odchylku omezují krátké a opakovatelné přenosové trasy, zakryté přenosové přípravky a synchronizovaná manipulace. Po ponoření následuje obnova teploty lázně. Vstupující vsázka odvádí z lázně teplo a kolem přeplněného koše mohou vznikat lokální chladné zóny. Regulátor může zobrazovat nastavenou hodnotu, zatímco pracovní zóna se stále zotavuje. Okamžik vstupu další vsázky by měl být řízen stanoveným limitem obnovy založeným na naměřené teplotě lázně v místě vsázky. Bez tohoto limitu mohou po sobě jdoucí dávky dostávat rozdílné rychlosti ochlazování navzdory totožným nominálním recepturám. Práce z roku 1946 o teplotním rozsahu tvorby martenzitu vysvětluje účel martemperingu: ochladit ocel těsně nad rozsah tvorby martenzitu, nechat teploty vyrovnat a poté chladit pomaleji. Tím se snižují tepelné a transformační napětí, což omezuje riziko trhlin a deformací, při malém snížení tvrdosti, pokud jsou ocel a průřez vhodné. Austempering vyžaduje něco jiného: lázeň musí zůstat stabilní po celou dobu bainitické výdrže. Studie z roku 2020 o krátkodobém austemperingu při nízké teplotě uváděla nanobainit, martenzit a zbytkový austenit s koeficienty opotřebení až o 50 % nižšími než u kalené martenzitické oceli, tento výsledek se však automaticky nepřenáší na jinou jakost oceli nebo jiný cyklus. \[4\] \[4\] [**Heat Treatment of Steel Raw Materials**](https://www.normsplash.com/Samples/SAE/165267379/SAE-AMSH-6875C-2020-en.pdf). SAE International. SAE AMS-H-6875C, 2020. SAE AMS-H-6875C (2020) zahrnuje čtyři třídy oceli a povoluje austempering, ausbay kalení a martempering, pokud jsou předepsány. Shoda proto závisí na specifikované jakosti, režimu, zařízení a ověření — nikoli pouze na názvu lázně. K prokázání, že skutečně proběhla zamýšlená transformace, jsou zapotřebí záznamy teplot, záznamy dob přenosu, konfigurace vsázky, průzkumy lázně, měření tvrdosti, kontrola rozměrů a metalografie. ## Modifikované martemperování a jeho hranice s austemperováním ### Standardní versus modifikované martemperování Martemperování i austemperování přerušují přímý pokles teploty z austenitizační teploty na pokojovou teplotu, avšak z odlišných metalurgických důvodů. Austemperování je určeno k vytvoření bainitu. Martemperování má omezit teplotní rozdíly před vznikem martenzitu, a tím snížit deformace a praskání při kalení. Při standardním martemperování se austenitizovaná ocel kalí do oleje nebo roztavené soli udržované těsně nad teplotou počátku tvorby martenzitu v oceli, označovanou **Ms**. Obrobek zůstává v lázni pouze tak dlouho, aby se jeho povrch a jádro přiblížily stejné teplotě. Poté se ochlazuje přes oblast martenzitické přeměny, obvykle ochlazováním na vzduchu. Protože martenzit vzniká během tohoto závěrečného ochlazování, musí po procesu před uvedením do provozu následovat popouštění. *Heat Treating Subject Guide* (2020) vydaná organizací ASM International popisuje tuto sekvenci jako výdrž těsně nad **Ms**, vyrovnání teploty, ochlazení na vzduchu za vzniku martenzitu a následné popouštění. Teplota se neurčuje podle univerzální tabulky. **Ms** se mění v závislosti na obsahu uhlíku, legujících prvcích, předchozí velikosti austenitického zrna a stavu austenitu. Nauhličený povrch může mít například podstatně nižší **Ms** než jádro s nižším obsahem uhlíku. Důležitá je také tloušťka průřezu, protože teplo opouští povrch rychleji než střed. Lázeň je proto nutné volit podle údajů o přeměnách pro konkrétní ocel a součást, nikoli pouze podle nominálního označení jakosti. ASM Handbook, Volume 4A (2013), uvádí austenitizační teplotu, teplotu lázně, dobu výdrže, intenzitu míchání a rychlost ochlazování jako řídicí proměnné při martemperování. Tyto proměnné určují, zda se součást bezpečně teplotně vyrovná, začne tvořit bainit, částečně se v lázni přemění na martenzit nebo se v ní vyvinou nadměrná tepelná a transformační napětí. Krátká, přesně řízená výdrž je pro standardní proces zásadní. Modifikované martemperování mění místo, v němž dochází k přerušení ochlazování. Podle popisu SAE je při modifikovaném martemperování kalicí lázeň pod **Ms**, zatímco při standardním martemperování se používá lázeň nad **Ms**. Tento rozdíl není pouze drobnou úpravou jinak totožné operace. Mění okamžik začátku tvorby martenzitu i tepelnou a transformační dráhu, kterou součást prochází. Lázeň pod **Ms** může způsobit, že se martenzit začne tvořit ještě během ponoření oceli. Součást se pouze neochlazuje na nižší teplotu pro vyrovnání před pozdější přeměnou. Část austenitu se může přeměnit během výdrže v lázni a zbývající část při následném ochlazování. Výsledné podíly závisí na prokalitelnosti oceli, skutečné teplotě lázně, době výdrže v lázni a rozložení teploty v průřezu. SAE AMS-H-6875C (2020), *Heat Treatment of Steel Raw Materials*, zahrnuje čtyři třídy ocelí a připouští austemperování, ausbay kalení a martemperování, pokud jsou předepsány. Toto povolení neznamená, že jsou tyto procesy zaměnitelné. Technologický předpis, výkres nebo požadavek odběratele musí stále určovat zamýšlený režim a kontrolní kritéria. Samotné označení „martempered“ může být nedostatečné, pokud je zamýšleno modifikované martemperování. ### Proč lázeň pod Ms mění transformační dráhu **Ms** označuje přibližný začátek bezdifuzní přeměny austenitu na martenzit během ochlazování. Neznamená to, že se veškerý austenit při jediné pevně stanovené teplotě okamžitě změní na martenzit. Přeměna probíhá v určitém teplotním intervalu a množství vzniklého martenzitu závisí především na tom, o kolik se ocel ochladí pod **Ms**. Doba výdrže může mít také nepřímý význam: umožňuje součásti teplotně se vyrovnat, zatímco přeměna pokračuje podle místní teploty. Umístění lázně pod **Ms** proto umožňuje, aby součást vstoupila do martenzitické oblasti ještě před úplným vyrovnáním její teploty. V pozdější fázi to může snížit teplotní rozdíl mezi povrchem a jádrem, avšak současně se rozvíjí transformační deformace. Standardní martemperování odkládá většinu tvorby martenzitu až po vyrovnání teploty; modifikované martemperování připouští dřívější začátek přeměny, aby dosáhlo odlišné rovnováhy mezi teplotními gradienty, transformačními napětími a zbytkovým austenitem. Hranice vůči austemperování je určena fázovou přeměnou, která má během výdrže proběhnout. Při austemperování se austenitizovaná ocel kalí do teplotního rozmezí, v němž může vznikat bainit, a udržuje se v něm, dokud se požadované množství austenitu nepřemění. Studie AISI 52100 z roku 2013 popisuje austemperování jako kalení do média udržovaného přibližně při teplotě 200 až 400 °C a výdrž do vytvoření bainitu. Studie publikovaná v ACS Omega v roce 2024 rovněž rozlišuje austemperování, při němž se výdrž provádí při teplotě bainitické přeměny, od martemperování, při němž následuje krátká výdrž těsně nad **Ms** a poté ochlazení na vzduchu za vzniku martenzitu. Teplotní rozsahy se u některých ocelí mohou překrývat, takže samotná teplota lázně nemůže určit název procesu. Lázeň o teplotě 300 °C může u jedné jakosti vytvořit bainit, u jiné martenzit nebo při příliš krátké výdrži či překrytí transformačních křivek smíšenou strukturu. Rozhodující důkazy poskytuje chování oceli podle diagramu čas–teplota–přeměna nebo diagramu kontinuálního ochlazování a také metalografické ověření. Studie z roku 2020, která se zabývala krátkodobým nízkoteplotním austemperováním středně uhlíkové nízkolegované oceli, uváděla nanobainit, martenzit a zbytkový austenit. Její koeficienty opotřebení byly až o 50 % nižší než u kalené martenzitické oceli, avšak tento výsledek se vztahuje ke zkoušenému chemickému složení, geometrii a režimu. Nelze jej automaticky přenést na martemperovanou součást. Austemperování může omezit deformace, protože bainit vzniká při poměrně konstantní teplotě, nikoli během nekontrolovaného teplotního gradientu. U nauhličených ocelí AISI 8620, AISI 8822 a AISI 4320 zjistila studie SAE publikovaná v roce 2013 výrazně menší deformace u vzorků po nauhličení a austemperování než u vzorků po nauhličení, kalení a popouštění; uvedené teploty austemperování činily 260, 288 a 304 °C. Jde o důkaz pro konkrétní skupinu nauhličených ocelí, nikoli o potvrzení, že každá austemperovaná součást bude vykazovat menší deformace. ### Zabránění náhodné tvorbě bainitu Modifikované martemperování se volí mimo jiné proto, aby se součást během přerušení ochlazování udržela mimo oblast tvorby bainitu. Lázeň musí být pod **Ms**, ale zároveň musí být umístěna tak, aby výdrž neposkytla dostatek času pro vznik bainitu. Pokud se lázeň nachází v teplotním rozsahu, v němž má ocel významnou bainitickou kinetiku, nebo pokud je přenos a výdrž pomalá, může struktura obsahovat bainit, přestože byla operace označena jako martemperování. Proto „modifikované“ neznamená pouze „použít chladnější lázeň“. Režim musí specifikovat austenitizační podmínky, dobu přenosu, teplotu lázně, intenzitu míchání, přípustnou dobu výdrže, způsob ochlazování a popouštěcí úpravu. Teplota lázně se musí měřit v místě součásti, nikoli odvozovat od nastavení pece nebo solné lázně. Velikost vsázky a cirkulace soli mohou vytvářet místní odchylky dostatečně velké na to, aby změnily transformační dráhu. Obsluha rovněž potřebuje znát prokalitelnost oceli a limity dané velikostí průřezu. Ocel s nízkou prokalitelností může v jádře vytvořit perlit nebo bainit dříve, než součást dosáhne zamýšlené martenzitické dráhy. Ocel s vysokou prokalitelností může po ochlazení obsahovat značné množství austenitu, zejména v místech, kde obohacení uhlíkem nebo nauhličení snížilo **Ms**. Popouštění následně snižuje křehkost martenzitu a uvolňuje transformační napětí, neodstraní však bainit, který vznikl během nevhodné výdrže. Ověřování by mělo kombinovat mapování tvrdosti s metalografií, kontrolou rozměrů a podle potřeby také měřením zbytkového austenitu. Samotná hodnota tvrdosti povrchu nedokáže u každé součásti rozlišit plně martenzitickou strukturu od smíšené struktury martenzitu a bainitu. Praktická hranice je proto stanovena předepsaným tepelným režimem a skutečně vzniklými fázemi, nikoli označením lázně. ## Jakosti oceli, prokalitelnost a velikost průřezu Jakost oceli určuje, zda navržený režim izotermického bainitického kalení nebo martenzitického kalení může v celém objemu součásti vytvořit požadovanou strukturu. Obsah uhlíku řídí množství martenzitu, které může vzniknout, zatímco chrom, mangan, nikl, molybden a další legující prvky posouvají transformační křivky a zvyšují prokalitelnost. Velikost průřezu následně určuje, jak přesně teplota ve středu obrobku sleduje teplotu lázně. Režim, který funguje na malém zkušebním vzorku, může uprostřed větší součásti umožnit vznik perlitu, feritu nebo horního bainitu dříve, než se dokončí požadovaná transformace. Rozdíl mezi oběma způsoby zpracování zůstává zásadní. Při izotermickém bainitickém kalení se austenitizovaná ocel udržuje v oblasti bainitické transformace, dokud se stanovený podíl austenitu nezmění na bainit. Při martenzitickém kalení se ochlazování přeruší těsně nad teplotou začátku tvorby martenzitu, průřez se nechá tepelně vyrovnat a poté se ochladí přes oblast tvorby martenzitu. Martenzitický produkt musí být před uvedením do provozu následně popuštěn. Samotná teplota lázně proces neidentifikuje; rozhodující jsou průběh transformace a výsledné fáze. ### AISI 52100 a hlediska týkající se ložiskových ocelí Faktory specifické pro jakost, které ovlivňují izotermické kalení na bainit a martenzitické kalení s vyrovnáním teploty. | Ocel | Primární použití nebo stav | Procesní problém uvedený v článku | |---|---|---| | AISI 52100 | Ložisková ocel s vysokým obsahem uhlíku a chromu | Rozpouštění karbidů, zbytkový austenit, kalicí napětí a rozměrové změny | | AISI 8620 | Nauhličovací ocel | Gradient obsahu uhlíku mezi povrchovou vrstvou a jádrem a prokalitelnost | | AISI 8822 | Nauhličovací ocel | Odlišná odezva povrchové vrstvy a jádra oproti oceli 8620 | | AISI 4320 | Nikl-chrom-molybdenová nauhličovací ocel | Geometrie, hloubka povrchové vrstvy a průběh přeměny | AISI 52100 je vysokouhlíková chromová ložisková ocel běžně specifikovaná jako UNS G52986. Její nominální složení je přibližně 1,00 % hmotnostního uhlíku a 1,5 % hmotnostního chromu, avšak příslušná materiálová specifikace stanovuje přípustný rozsah i požadavky na čistotu. Toto složení poskytuje oceli 52100 po kalení vysokou dosažitelnou tvrdost a vysokou odolnost proti opotřebení, zároveň však činí důležitými otázkami zbytkový austenit, rozpouštění karbidů, kalicí napětí a rozměrové změny. Studie o oceli AISI 52100 popisuje izotermické bainitické kalení jako ochlazení z austenitizační teploty do média udržovaného přibližně na 200 až 400 °C a výdrž do vzniku bainitu. Tento rozsah je definicí zkoumané praxe izotermického bainitického kalení, nikoli univerzálním teplotním intervalem pro každý ložiskový průřez nebo každou požadovanou morfologii bainitu. V dolní části tohoto rozsahu je transformace pomalejší a výsledný produkt může být jemnější; při vyšších teplotách může transformace probíhat rychleji, ale může vznikat hrubší bainit. Zvolená teplota musí zohledňovat také chování oceli podle diagramu čas–teplota–transformace, velikost původních austenitických zrn, stav karbidů a tloušťku průřezu. Ložiskové aplikace kladou požadavky přesahující nominální tvrdost. Únavu při valivém kontaktu ovlivňují nekovové vměstky, rozložení karbidů, zbytkový austenit, zbytková napětí, jakost povrchu a lokální rozdíly v transformaci. Povrch, který dosáhne požadované bainitické struktury, zatímco jádro obsahuje perlit, nepředstavuje úspěšně izotermicky bainiticky kalenou ložiskovou součást. Stejně tak může mít součást z oceli 52100 zpracovaná martenzitickým kalením menší deformaci než při přímém kalení v oleji, bezprostředně po ochlazení však stále obsahuje nepopuštěný martenzit a vyžaduje popouštění. Popouštění rovněž snižuje křehkost a stabilizuje rozměry, zvolená teplota však musí zachovat požadovanou tvrdost a odolnost proti kontaktní únavě. Malý kroužek z oceli 52100 se může v solné lázni rychle tepelně vyrovnat, takže celý průřez vstoupí do bainitické oblasti dříve, než dojde k podstatné transformaci. Větší kroužek, váleček nebo ložiskový kroužek může mít mnohem pomalejší odezvu ve středu. Povrch se může začít transformovat, zatímco jádro se stále ochlazuje jiným teplotním intervalem. Doba výdrže proto nemůže být stanovena pouze podle průměru; musí být vztažena k nejpomaleji reagujícímu relevantnímu místu a ověřena měřením tvrdosti, metalografickým rozborem, měřením rozměrů a v případě potřeby analýzou zbytkového austenitu. ### Cementované AISI 8620, 8822 a 4320 Cementované nízkolegované oceli představují problém se dvěma zónami. Cementování zvyšuje obsah uhlíku na povrchu, zatímco jádro zůstává na nižší úrovni obsahu uhlíku. Cementovaná vrstva má proto vyšší prokalitelnost a větší potenciál pro tvorbu martenzitu než jádro, avšak obě oblasti musí podstoupit vzájemně kompatibilní tepelný cyklus. Koncentrační gradienty uhlíku rovněž mění teplotu začátku tvorby martenzitu: vysokouhlíková cementovaná vrstva obecně začíná martenzitickou transformaci při nižší teplotě než nízkouhlíkové jádro. Transformace tedy neprobíhá v celém průřezu současně. Výzkum provedený na cementovaných ocelích AISI 8620, AISI 8822 a AISI 4320 používal teploty izotermického bainitického kalení 260, 288 a 304 °C. Cementované a izotermicky bainiticky kalené vzorky vykazovaly v těchto experimentech výrazně menší deformaci než vzorky, které byly cementovány, kaleny a popouštěny. Tento výsledek podporuje vysvětlení mechanismu, nikoli paušální tvrzení. Izotermické bainitické kalení nahrazuje prudký a nerovnoměrný tepelný a transformační ráz při přímém kalení řízenou izotermickou transformací, čímž snižuje rozdíl v rozpínání a smršťování mezi cementovanou vrstvou a jádrem. Deformaci však neodstraňuje a uvedený výsledek nelze automaticky přenést na jinou geometrii ozubeného kola, hloubku cementované vrstvy, cementační potenciál nebo tavbu oceli. AISI 8620, označovaná jako UNS G86200, obsahuje nikl, chrom a molybden v množstvích podporujících prokalitelnost jádra po cementování. AISI 8822, označovaná jako UNS G88220, má ve srovnání s ocelí 8620 vyšší podíl niklu v legujícím systému a volí se pro jinou rovnováhu odezvy cementované vrstvy a jádra. AISI 4320, označovaná jako UNS G43200, je rovněž nikl-chrom-molybdenová cementační ocel. Přesné chemické složení musí být převzato z příslušné specifikace, protože i malé rozdíly v obsahu uhlíku, manganu, niklu, chromu a molybdenu mohou posunout časy začátku a konce transformace. Rozhodující je vztah mezi cementovanou vrstvou a jádrem. Pokud jádro nemá dostatečnou prokalitelnost, může během přesunu nebo výdrže vytvořit perlit či ferit, i když cementovaná vrstva vytváří bainit nebo později martenzit. Pokud je výdrž při izotermickém bainitickém kalení dostatečně dlouhá pro jádro, ale příliš dlouhá pro zvolený stav cementované vrstvy, může se v ní vytvořit nežádoucí morfologie nebo nadměrné množství zbytkového austenitu. Při martenzitickém kalení musí lázeň během tepelného vyrovnávání zůstat nad příslušným rozsahem teplot začátku tvorby martenzitu; po ochlazení na vzduchu se cementovaná vrstva a jádro transformují v různých teplotních intervalech a obě části musí být popuštěny. ### Tloušťka, gradienty uhlíku a odezva legování Ochlazování skutečné součásti není popsáno jedinou křivkou. Tenký zub, malý čep nebo úzký ložiskový kroužek se může teplotě lázně přiblížit rychle, zatímco střed tlustého polotovaru ozubeného kola nebo hřídele zůstává podstatně teplejší. Rychlost přenosu tepla ovlivňují také intenzita míchání, uspořádání vsázky, cirkulace lázně, stav povrchu a kontakt s přípravky. ASM Handbook Volume 4A uvádí austenitizační teplotu, teplotu lázně, dobu výdrže, intenzitu míchání a rychlost ochlazování jako řídicí proměnné martenzitického kalení. Tyto proměnné se týkají řízení procesu, nikoli pouze laboratorní opakovatelnosti. Prokalitelnost **Prokalitelnost** Schopnost oceli vytvořit a udržet martenzitickou strukturu do určité hloubky při stanovených podmínkách ochlazování; není totožná s tvrdostí. Prokalitelnost určuje, zda se jádro může během ochlazování vyhnout nežádoucím transformačním produktům. Liší se od tvrdosti. Tvrdost popisuje odpor naměřený v určitém místě; prokalitelnost popisuje hloubku nebo rozsah průřezu, v němž může ocel při daných podmínkách ochlazování vytvořit martenzitickou strukturu. Legující prvky, jako jsou mangan, chrom, nikl a molybden, obecně zpomalují perlitickou a bainitickou reakci, čímž poskytují středu více času k dosažení požadované transformační oblasti. Nezaručují však rovnoměrný výsledek, protože kinetiku ovlivňuje také velikost austenitických zrn, předchozí zpracování a gradienty uhlíku. Při izotermickém bainitickém kalení musí nejpomaleji se ochlazující oblast dosáhnout bainitického rozsahu, aniž by na své ochlazovací křivce nejprve překročila perlitické „nose“. Lázeň pak musí odvádět teplo dostatečně rychle, aby potlačila nežádoucí transformace, zároveň však musí být proces natolik řízený, aby se zabránilo velkým teplotním rozdílům uvnitř součásti. Při martenzitickém kalení se musí celý průřez přiblížit teplotě těsně nad teplotou začátku tvorby martenzitu, než se obrobek ochladí přes martenzitickou oblast. Tlustý průřez, který se tepelně nevyrovnal, se může na povrchu transformovat, zatímco jádro se stále tepelně smršťuje, čímž rostou vnitřní napětí a deformace. Normy tuto analýzu nenahrazují. SAE AMS-H-6875C, Heat Treatment of Steel Raw Materials, zahrnuje čtyři třídy oceli a povoluje izotermické bainitické kalení, ausbay kalení a martenzitické kalení, pokud jsou stanoveny. Specifikaci, výkres, jakost oceli, velikost průřezu a schválený postup je proto nutné posuzovat společně. Ověření by mělo zahrnovat měření hloubky cementované vrstvy u cementovaných součástí, tvrdost jádra a povrchu, zkoumání mikrostruktury na více místech, kontrolu rozměrů a podle požadavků aplikace také kontrolu zbytkového austenitu nebo trhlin po kalení. Označení lázně nemůže prokázat, že střed součásti sledoval požadovaný transformační režim. ## Rámec specifikace: AMS-H-6875C a dokumentace procesu SAE AMS-H-6875C, *Tepelné zpracování surových ocelových materiálů*, stanovuje požadavky na tepelné zpracování pro čtyři třídy oceli. Jeho význam je procesní: dokument povoluje austempering, ausbay kalení a martempering, pokud příslušná specifikace materiálu nebo součásti vyžaduje jeden z těchto režimů. Toto povolení neschvaluje každou teplotu solné lázně, prodlevu při přenosu, dobu výdrže ani způsob chlazení. Zákazník, konstrukční autorita nebo řídicí specifikace materiálu musí stále určit požadovaný cyklus a kritéria přijatelnosti. Toto rozlišení je důležité, protože uvedené procesy nevytvářejí stejné transformační produkty. Při austemperingu se austenitizovaná ocel rychle ochladí na teplotní rozsah, v němž může vznikat bainit, a poté se udržuje, dokud není požadovaná přeměna austenitu na bainit v podstatné míře dokončena. Studie AISI 52100 z roku 2013 popsala austemperingové médium jako médium udržované přibližně při 200 až 400 °C, dokud se nevytvořil bainit. Přesný rozsah závisí na chemickém složení oceli, velikosti průřezu, prokalitelnosti a požadované morfologii bainitu. Martempering má jiný účel. Obrobek se kalí do oleje nebo roztavené soli udržované těsně nad teplotou začátku tvorby martenzitu, běžně označovanou jako Ms, a zůstává v ní pouze tak dlouho, aby se teplota v celém průřezu vyrovnala. Poté se ochlazuje přes martenzitický rozsah, často na vzduchu. Martenzit vzniká až během tohoto následného chlazení, nikoli během výdrže potřebné k vyrovnání teploty. Před uvedením do provozu je nutné popouštění, protože martenzit po kalení obsahuje vysoká zbytková napětí a může být nadměrně křehký. *ASM Handbook Volume 4A* vydaná organizací ASM International v roce 2013 uvádí jako řídicí proměnné martemperingu austenitizační teplotu, teplotu lázně, dobu výdrže, míchaní a rychlost chlazení. Ausbay kalení je rovněž specifikovaným způsobem přerušovaného kalení, jeho povolené použití však nelze považovat za synonymum austemperingu. Název popisuje dráhu kalení a uspořádání lázně; výsledné fáze závisí na kinetice přeměn dané oceli a na skutečném průběhu teploty v čase. Procesní dokument proto musí uvádět, zda je zamýšlenou strukturou bainit, martenzit vzniklý po tepelném vyrovnání, nebo jiný výsledek povolený řídicí specifikací. ### Co zahrnuje AMS-H-6875C AMS-H-6875C poskytuje obecný rámec pro tepelné zpracování surových ocelových materiálů, nikoli univerzální recept pro každý druh oceli a každou geometrii. Zabývá se požadavky souvisejícími s operacemi, jako jsou ohřev, austenitizace, kalení, chlazení, popouštění a kontrola. Dokument zahrnuje čtyři třídy oceli a povoluje tři alternativní režimy — austempering, ausbay kalení a martempering — pokud jsou stanoveny příslušným konstrukčním nebo materiálovým požadavkem. Toto znění je důležité. Norma může určitý proces uznat, aniž by jej učinila přijatelným pro konkrétní součást. Například nízkolegovaná nauhličovací ocel může mít dostatečnou prokalitelnost pro bainitické jádro při určité tloušťce průřezu, zatímco větší průřez jiné oceli se během stejné výdrže v lázni nemusí zcela přeměnit. Nauhličované vzorky AISI 8620, AISI 8822 a AISI 4320 vykázaly ve studii SAE 2013-01-0949 po austemperingu výrazně menší deformaci než po konvenčním nauhličování, kalení a popouštění. Pokusy používaly austemperingové teploty 260, 288 a 304 °C. Tyto výsledky podporují volbu procesu pro zkoušené podmínky; nestanovují však tyto teploty pro každou součást. Specifikace odkazující na AMS-H-6875C by proto měla uvádět označení a stav materiálu, povolený režim tepelného zpracování a veškeré doplňující požadavky. Chemické složení oceli řídí začátek a konec bainitické přeměny, teplotu Ms, prokalitelnost, chování zbytkového austenitu a odezvu na popouštění. Tloušťka a tvar průřezu řídí teplotní gradient a dobu potřebnou k tomu, aby teplota jádra následovala povrch při ponoření do lázně. ### Kdy je povolen austempering, ausbay kalení nebo martempering Austempering je povolen pouze tehdy, pokud jej příslušná specifikace výslovně volí nebo připouští jako alternativní postup. Výdrž musí být dostatečně dlouhá pro požadovanou bainitickou přeměnu, jak vyplývá z kvalifikace nebo validovaného časově-teplotního postupu. Předčasné ukončení může zanechat směs martenzitu a zbytkového austenitu spolu s bainitem. Studie krátkodobého nízkoteplotního austemperingu ve středně uhlíkové nízkolegované oceli z roku 2020 popsala současný výskyt nanobainitu, martenzitu a zbytkového austenitu; součinitele opotřebení byly za zkušebních podmínek této studie až o 50 % nižší než u kalené martenzitické oceli. Tato smíšená struktura ukazuje, proč samotné označení „austempered“ nepředstavuje dostatečné kritérium přijatelnosti. Martempering je povolen tehdy, když řídicí požadavek stanoví přerušované kalení za účelem snížení tepelného a transformačního napětí. Během fáze vyrovnání musí lázeň zůstat nad teplotou Ms a výdrž nesmí zasahovat do nezamýšleného rozsahu bainitické přeměny, pokud není taková struktura povolena. Práce z roku 1946 zabývající se teplotním rozsahem tvorby martenzitu popsala základní účel tohoto postupu: ochladit materiál těsně nad rozsah tvorby martenzitu, vyrovnat teplotu a poté jej přes tento rozsah ochlazovat pomaleji. Lze tak snížit vznik trhlin a deformace, tvrdost však stále závisí na úplné martenzitické přeměně, prokalitelnosti oceli a následném popouštění. Ausbay kalení musí být obdobně spojeno s konkrétní specifikací a řízenými podmínkami lázně. Samotný název nedefinuje fázové složení. Lázeň pod teplotou Ms může například zahájit tvorbu martenzitu již během ponořování, zatímco lázeň nad teplotou Ms podporuje princip vyrovnání teploty spojený s konvenčním martemperingem. Specifikace musí tento rozdíl jednoznačně vyřešit. ### Co musí definovat procesní specifikace Použitelná procesní specifikace začíná přesným označením druhu oceli a normy včetně formy výrobku, předchozího stavu a případného nauhličeného nebo oduhličeného stavu. Poté určuje zvolený postup: austempering, ausbay kalení, martempering nebo konvenční kalení a popouštění. Pokyn pro austenitizaci by měl uvádět typ pece nebo atmosféru, pokud jsou řízeny, cílovou teplotu, přípustný rozsah, způsob ohřevu a dobu prodlevy nebo vyrovnání teploty. Pokyn „ohřát na austenitizační teplotu“ není pro řízení výroby dostatečný. Dokument by měl uvádět, zda se doba měří po obnovení teploty v peci, po vyrovnání teploty vsázky, nebo od okamžiku vložení. Požadavky na lázeň musí být stejně přesné. Měly by určovat médium — olej, dusičnanovou/dusitanovou sůl, polymer na vodní bázi nebo jiné schválené médium — a také provozní teplotu, přípustné odchylky, objem lázně nebo poměr vsázky, pokud je relevantní, směr a intenzitu míchání a četnost monitorování. Studie ACS Omega z roku 2024 využívající směsi roztavených solí Ca(NO₃)₂–KNO₃ zdůraznila rozdílné transformační dráhy vznikající při bainitické výdrži a při krátké výdrži nad Ms. Chemické složení soli je proto procesní proměnnou, nikoli pouze detailem nádoby. Doba přenosu z pece do lázně musí mít stanovenou maximální hodnotu a musí být definována místa měření. Specifikace by měla rovněž uvádět orientaci při ponořování, míchání během vstupu do lázně, dobu výdrže v lázni a kritérium pro ukončení této výdrže. U austemperingu může jít o kvalifikovanou dobu dostatečnou k dosažení požadovaného podílu bainitu. U martemperingu jde obvykle o dobu potřebnou k vyrovnání teploty bez umožnění nepřijatelné tvorby bainitu. Chlazení po výdrži musí být definováno: chlazení na vzduchu, v klidném vzduchu, nuceným prouděním vzduchu nebo jiným schváleným způsobem, včetně teploty, při níž součást opouští lázeň. Požadavky na popouštění by měly uvádět minimální prodlevu po kalení, popouštěcí teplotu, dobu na teplotě, počet cyklů, teplotní homogenitu pece a způsob chlazení. Martemperovaná ocel nesmí být uvedena do provozu bez předepsaného popouštění. Konečně musí být přijatelnost měřitelná. Dokument by měl definovat místa a meze měření tvrdosti, přípustné odchylky tvrdosti, požadovanou mikrostrukturu a zakázané složky, případné limity zbytkového austenitu, stav povrchu a rozměrovou přijatelnost. Měření deformace musí mít stanovené vztažné základny, přístroje, četnost odběru vzorků a maximální povolenou změnu. Záznamy o kvalifikaci by měly propojovat záznamy z pecí, záznamy teploty lázně, protokoly dob přenosu, výsledky měření tvrdosti, metalografická vyšetření a rozměrové protokoly s konkrétní výrobní šarží a přesně určeným druhem oceli. Bez takového záznamu zůstává nominálně povolený režim nekontrolovaným procesem, nikoli důkazem shody. ## Návrh cyklu: od údajů o přeměnách k provozním parametrům Správně navržený cyklus začíná ocelí a součástí, nikoli známou teplotou lázně. Zaznamenejte jakost oceli, chemické složení, předchozí tepelné zpracování, tloušťku průřezu, tvar, stav povrchu a požadované vlastnosti. Ložisková ocel AISI 52100, cementovaná ocel AISI 8620 a nízkolegovaná ocel se středním obsahem uhlíku nemají stejnou kinetiku přeměn, i když se jejich součásti vejdou do stejné solné nádrže. Důležitý je také výchozí stav: hrubá zrna předchozího austenitu, nerozpuštěné karbidy, hloubka cementované vrstvy a segregace mohou měnit prokalitelnost, dobu přeměny i rozměrovou odezvu. Požadovaný fázový produkt určuje směr. Při izotermickém zušlechťování (austemperingu) musí být ocel umístěna do teplotního rozmezí, v němž vzniká bainit, a poté se musí udržovat, dokud se nepřemění zvolený objem austenitu. Při martemperingu se chlazení naopak přeruší těsně nad teplotou začátku tvorby martenzitu, teplota se v průřezu vyrovná a poté se umožní vznik martenzitu během řízeného ochlazování. U tohoto postupu je před uvedením do provozu nutné popouštění. Samotný název lázně proces neurčuje. Údaje o přeměnách by měly stanovit teplotu začátku tvorby martenzitu, rozsah teplot dokončení tvorby martenzitu, teplotu začátku tvorby bainitu a dobu potřebnou k zabránění vzniku perlitu nebo feritu. Diagramy kontinuálního ochlazování a diagramy čas–teplota–přeměna poskytují první odhad, nemohou však nahradit zkoušky na skutečné jakosti a ve skutečném výchozím stavu. Obsah uhlíku, legující prvky, velikost austenitického zrna a chemické složení cementované vrstvy posouvají tyto křivky. Technolog poté přizpůsobí interval přeměny lázni, vsázce, době přenosu a geometrii součásti. ASM Handbook Volume 4A (2013) uvádí austenitizační teplotu, teplotu lázně, dobu výdrže, pohyb lázně a rychlost ochlazování jako řídicí proměnné při martemperingu. Tyto proměnné se vzájemně ovlivňují. Teplota lázně, která funguje pro malý vzorek, může selhat při vložení těžké vsázky, protože vsázka odebírá teplo rychleji, než je ohřívače lázně dokážou obnovit. Předpis proto musí obsahovat naměřené teploty součásti a limity obnovy teploty, nikoli pouze nastavené hodnoty pece a lázně. ### Volba austenitizačních podmínek Austenitizační teplotu zvolte podle specifikace oceli, informací o fázové rovnováze a požadované mikrostruktury. Teplota musí rozpustit dostatečné množství uhlíku a legujících prvků, aby byla zajištěna požadovaná prokalitelnost, avšak nadměrná teplota nebo doba mohou zvětšit zrna předchozího austenitu, zvýšit množství zbytkového austenitu, podpořit oxidaci a zhoršit deformace. U cementovaných součástí je nutné posuzovat jádro a vrstvu odděleně. Vrstva může obsahovat podstatně více uhlíku než jádro, takže její teplota začátku tvorby martenzitu a její odezva z hlediska zbytkového austenitu se mohou výrazně lišit. Doba austenitizace by měla vycházet z velikosti průřezu a průběhu ohřevu v peci; doba výdrže začíná okamžikem, kdy specifikované teploty dosáhne nejchladnější relevantní místo, nikoli údaj na displeji pece. Nastavená teplota pece je teplota vzduchu nebo řídicího snímače v jednom místě. Teplota oceli při zakládání za touto hodnotou zaostává a během obnovy teploty ji může překročit nebo za ní naopak zaostávat. Další rozdíly způsobuje záření, kontakt s přípravky, rozmístění součástí a cirkulace v peci. Termočlánek připevněný k reprezentativní součásti obvykle ukáže opožděný nárůst teploty, po němž po přenosu následuje přechodné překmitnutí nebo pokles. Výchozí stav určuje potřebnou dobu. Sferoidizačně žíhaná ocel AISI 52100, normalizovaná nízkolegovaná ocel a cementovaná ocel AISI 8620 mohou vyžadovat odlišné doby rozpouštění i při stejné jmenovité teplotě. Nadměrná výdrž může rozpustit karbidy, které měly zůstat zachovány, zatímco nedostatečná výdrž zanechá v průřezu chemickou nehomogenitu. Metalografie austenitizovaných vzorků může před stanovením výrobního cyklu potvrdit rozpuštění karbidů a velikost zrna. Při martemperingu musí austenitizační podmínky vytvořit dostatek austenitu pro dosažení specifikované tvrdosti po přeměně a popouštění. Při austemperingu je také nutné zabránit takovému chemickému složení austenitu a velikosti zrna, které by posunuly teplotu začátku tvorby bainitu nebo inkubační dobu mimo provozní rozsah lázně. Jde o kompromis, který však musí vycházet z údajů o přeměnách, nikoli z obecné hodnoty typu „ohřát na“. ### Volba teploty lázně a doby výdrže Teplotu lázně pro austempering zvolte v bainitickém rozmezí přeměny stanoveném pro danou ocel. Ocel AISI 52100 byla ve studiích podrobena austemperingu v médiích udržovaných přibližně mezi 200 a 400 °C, přičemž výdrž pokračovala až do vzniku bainitu; toto rozmezí je širokou referencí, nikoli univerzálním výrobním intervalem. Studie v časopise ACS Omega z roku 2024 rovněž popisuje austempering jako udržování austenitizované oceli při teplotě bainitické přeměny, dokud se austenit nepřemění na bainit. Potřebnou dobu výdrže lze odečíst z diagramu izotermické přeměny, poté je však nutné ji ověřit měřením tvrdosti a metalografií, protože velikost vzorku a jeho výchozí stav se mohou od součásti lišit. Teplota austemperingu mění rovnováhu mezi rychlostí přeměny, morfologií bainitu, tvrdostí a množstvím zbytkového austenitu. Nižší teploty obecně prodlužují inkubační dobu i dobu přeměny a mohou vést k jemnější bainitické struktuře; vyšší teploty cyklus zkracují, ale mohou vytvořit hrubší bainit a odlišnou odezvu tvrdosti. Studie krátkodobého austemperingu při nízké teplotě z roku 2020 uváděla nanobainit, martenzit a zbytkový austenit, přičemž koeficienty opotřebení byly až o 50 % nižší než u kalené martenzitické oceli. Tento výsledek se vztahuje ke studované oceli a cyklu; nelze jej přenášet na každou jakost. Teplota lázně pro martempering se nastavuje těsně nad teplotou začátku tvorby martenzitu, s dostatečnou rezervou, aby se zabránilo předčasnému vzniku martenzitu během vyrovnávání teploty. Součást zůstává v lázni pouze do doby, než se teploty v průřezu přiblíží jedna druhé. Poté se vyjme a ochlazuje na vzduchu přes martenzitické rozmezí a následně se popustí. Příliš dlouhá výdrž při této teplotě může v závislosti na oceli umožnit vznik bainitu nebo jiných přeměn. Modifikovaný martempering záměrně umisťuje lázeň pod teplotu začátku tvorby martenzitu a představuje odlišný režim, takže tento rozdíl musí být uveden v písemné specifikaci procesu. Kapacita lázně zahrnuje více než jen objem nádrže. Změřte rovnoměrnost teploty, pohyb lázně, cirkulaci, tepelnou obnovu a přípustný poměr hmotnosti vsázky k hmotnosti lázně. Solná lázeň na bázi Ca(NO₃)₂–KNO₃, olejová lázeň nebo jiné médium přenáší teplo v závislosti na své viskozitě, tepelné vodivosti, pohybu a provozní teplotě. Po vložení velké nebo hustě uspořádané vsázky může teplota lázně klesnout a její obnova může být pomalá. Pokud ocel před obnovením teploty v lázni projde oblastí začátku tvorby perlitu, zamýšlený fázový poměr se ztratí. Zaznamenejte minimální teplotu lázně po vložení vsázky a dobu potřebnou k návratu do regulačního pásma. Čas výdrže by měl začít běžet v okamžiku, kdy součást dosáhne cílové teploty, nikoli nutně v okamžiku, kdy rošt vstoupí do lázně. U tlustých průřezů to vyžaduje termočlánek v jádře nebo ověřený časový vztah. Tenké okraje se mohou již přeměňovat, zatímco se jádro stále ohřívá, proto musí být součástí postupu limity velikosti průřezu a doby přenosu. ### Použití termočlánků, vzorků a přerušovaných zkoušek Termočlánky umístěte na místa rozhodující pro přeměnu: do středu nejtlustšího průřezu, na tenký okraj, na povrch vystavený lázni a u cementovaných součástí, pokud je to praktické, do vrstvy i jádra. Použijte vodiče a způsoby upevnění, které odolají podmínkám v peci a lázni, a ověřte kalibraci v celém provozním rozsahu. Zaznamenaný průběh by měl zobrazovat ohřev v peci, austenitizaci, přenos, vstup do lázně, vyrovnání teploty, vyjmutí, ochlazování na vzduchu a popouštění. Cyklus potvrzuje průběh teploty součásti, nikoli nastavená hodnota pece. Vzorky by měly odpovídat výrobnímu materiálu, výchozímu stavu, tloušťce průřezu a chemickému složení povrchu. Jednoduchý tenký vzorek může reagovat příliš rychle a falešně naznačit dostatečnou kapacitu lázně. Stupňovitý vzorek nebo svědečná součást ve tvaru výrobku může odhalit teplotní zpoždění mezi povrchem a jádrem. Během kvalifikace umístěte vzorky do nejchladnějších, nejvíce zaplněných a nejreprezentativnějších míst vsázky. Přerušované zkoušky poskytují údaje o přeměně. Vzorky vyjměte po několika dobách výdrže, zakalte nebo ochlaďte definovaným způsobem a zkoumejte jejich naleštěné řezy z hlediska bainitu, martenzitu, perlitu, karbidů a zbytkového austenitu. Změřte tvrdost od povrchu ke středu a v různých směrech. Mapování tvrdosti může odhalit měkké jádro, nadměrně přeměněný okraj nebo změny hloubky vrstvy, které jediné měření podle Rockwella nepostihne. Tyto zkoušky musí doprovázet rozměrová měření, která je však nemohou nahradit. Před tepelným zpracováním a po něm při řízených teplotách zaznamenejte průměr, rovinnost, házení, délku a deformace. Vzorky cementovaných ocelí AISI 8620, 8822 a 4320 ve studii SAE z roku 2013 vykazovaly po austemperingu výrazně menší deformace než po cementování následovaném konvenčním kalením a popouštěním; použité teploty austemperingu byly 260, 288 a 304 °C. Výsledek potvrzuje logiku procesu, nikoli paušální záruku pro každou geometrii. Nakonec porovnejte metalografii, mapování tvrdosti, měření zbytkového austenitu tam, kde je požadováno, a rozměrové údaje s příslušnou specifikací. SAE AMS-H-6875C (2020) se vztahuje na čtyři třídy oceli a umožňuje austempering, ausbay kalení a martempering, pokud jsou specifikovány. Schválený cyklus musí uvádět jakost a stav materiálu, rozsah austenitizace, limit přenosu, teplotu lázně a požadavek na obnovu teploty, kritérium vyrovnání nebo přeměny, způsob ochlazování, popouštěcí režim a doklady o kontrole. Taková úroveň definice mění údaje o přeměnách na opakovatelné provozní parametry. ## Poruchové režimy a diagnostická metalografie Vadný tepelně zpracovaný díl je třeba diagnostikovat podle průběhu jeho transformace, nikoli pouze podle názvu lázně. Austempering je určen k udržování austenitizované oceli na teplotě bainitické transformace až do vytvoření bainitu. Martempering se liší: součást se kalí na teplotu těsně nad počáteční teplotou tvorby martenzitu, udržuje se pouze po dobu potřebnou k přiblížení teploty celého průřezu k jednotné hodnotě a poté se ochladí tak, aby se před popouštěním vytvořil martenzit. Fáze nalezená na nesprávném místě nebo v nesprávném množství obvykle ukazuje na problém s režimem, přenosem tepla nebo prokalitelností. ### Perlit nebo bainit vzniklý během nezamýšlené fáze procesu Perlit v austemperovaném dílu obecně ukazuje, že část austenitu vstoupila do oblasti perlitické transformace před plánovaným bainitickým izotermickým držením. Obvyklou příčinou je nedostatečná rychlost přenosu z austenitizační pece do solné nebo olejové lázně. Dlouhý přenos vzduchem, přeplněné uspořádání vsázky nebo prodleva při ponořování součásti do lázně mohou umožnit transformaci na povrchu. Teplota v peci může být správná, přesto součást selže, protože povrch již překročil křivku počátku tvorby perlitu. Stejný výsledek může způsobit nedostatečná kontrola lázně. Solná lázeň s nedostatečnou cirkulací, nadměrným množstvím vsázky nebo nesprávně kalibrovaným termočlánkem může obsahovat místní oblasti s teplotou nižší, než je předepsaná hodnota. První součásti vložené do studené zóny mohou vytvořit perlit ještě před dosažením zamýšlené teploty austemperingu. Studie AISI 52100 z roku 2013 popisuje austempering přibližně mezi 200 a 400 °C, přičemž součást byla udržována, dokud se nevytvořil bainit; toto rozmezí neznamená, že lze bez ověření kinetiky transformace dané oceli zvolit libovolnou teplotu v jeho rozsahu. Obsah uhlíku, legující přísady, velikost austenitického zrna a tloušťka průřezu mění dobu, která je k dispozici před zahájením tvorby perlitu. Z metalografického hlediska se perlit jeví jako kolonie feritu a cementitu, často s lamelární morfologií při vhodném zvětšení. Hrubý perlit v blízkosti povrchu naznačuje pomalé ponořování nebo ochlazování povrchu, zatímco pás nebo izolovaná oblast procházející průřezem ukazuje na nerovnoměrnou teplotu lázně nebo kontakt s přípravky. Důsledek může odhalit mapování tvrdosti: perlitické oblasti jsou výrazně měkčí než plně bainitické nebo martenzitické oblasti. Prozkoumejte příčný řez od povrchu ke středu a porovnejte několik míst po obvodu součásti, místo abyste se spoléhali na jediné vyleštěné zorné pole. Bainit se může objevit také během režimu, jehož účelem je vytvořit martenzit. Při standardním martemperingu slouží doba držení nad počáteční teplotou tvorby martenzitu neboli Ms k vyrovnání teploty; nejde o dobu určenou k bainitické transformaci. Nadměrně dlouhé držení, teplota lázně ležící v oblasti tvorby bainitu nebo pomalé ochlazování touto oblastí umožní vznik bainitu před vytvořením martenzitu. Výsledná struktura může v sousedních oblastech vykazovat horní bainit, dolní bainit a martenzit. Studie v ACS Omega z roku 2024 tento rozdíl mezi procesy výslovně uvádí: při austemperingu se ocel udržuje na teplotě bainitické transformace, dokud se austenit nepřemění, zatímco při martemperingu se krátce udržuje těsně nad Ms a poté se ochlazuje na vzduchu. Před připsáním příčiny chemickému složení oceli je třeba zkontrolovat záznamy o lázni. ASM Handbook, svazek 4A, označuje austenitizační teplotu, teplotu lázně, dobu držení, míchání a rychlost ochlazování za řídicí proměnné při martemperingu. Tyto proměnné rovněž ovlivňují, zda austempering dosáhne zamýšlené fázové oblasti. Vadný termočlánek, přeplněná nádrž nebo nedostatečné míchání mohou mikrostrukturu vysvětlit přímočařeji než malá odchylka v chemickém složení. ### Neúplná transformace a zbytkový austenit Zbytkový austenit vzniká tehdy, když austenit během ochlazování nebo držení nedokončí zamýšlenou transformaci. U martemperované součásti by se měl austenit během následného řízeného ochlazování z velké části transformovat na martenzit, avšak množství transformované fáze závisí na obsahu uhlíku, legování, rychlosti ochlazování a konečné teplotě. Oblasti s vysokým obsahem uhlíku, zejména u nauhličovaných ocelí, mají obvykle nižší Ms a Mf než jádro s nízkým obsahem uhlíku. Po stejném ochlazovacím cyklu v nich proto může zůstat více austenitu. Austempering má jiný typ poruchy. Pokud držení skončí před dokončením bainitické reakce, zůstane nepřeměněný austenit a během ochlazování, provozu nebo broušení se může později transformovat na martenzit. Vzniká tak smíšená struktura bainit–martenzit–zbytkový austenit namísto plánované převážně bainitické struktury. Studie z roku 2020 věnovaná krátkodobému nízkoteplotnímu austemperingu středně uhlíkové nízkolegované oceli uváděla současný výskyt nanobainitu, martenzitu a zbytkového austenitu; uváděné snížení koeficientu opotřebení až o 50 % ve srovnání s kalenou martenzitickou ocelí se vztahuje na zkoumaný materiál a režim, nikoli na každý částečně transformovaný díl. Zbytkový austenit nelze spolehlivě identifikovat pouze podle tvrdosti. Může být natolik měkký, že sníží naměřenou hodnotu, avšak transformace vyvolaná deformací během vtisku může zdánlivou hodnotu zvýšit. Jako první kontrolu použijte optickou metalografii po leptání nitalem a významná množství následně podle potřeby potvrďte rentgenovou difrakcí, magnetickými metodami nebo kvantitativní obrazovou analýzou. Sledujte změny rozměrů, opožděné praskání nebo růst během provozu, protože zbytkový austenit se může transformovat na čerstvý, nepopuštěný martenzit. U nauhličovaných součástí zkoumejte povrchovou vrstvu a jádro odděleně. Průběh tvrdosti od povrchu do jádra by měl být vynesen spolu s pozorovanými fázemi. Tvrdá povrchová vrstva se zbytkovým austenitem a měkčí bainitické nebo perlitické jádro ukazují na odlišné místní reakce při transformaci, nikoli nutně na vadnou tavbu oceli. Naopak rovnoměrně nízká tvrdost, při níž martenzit chybí v obou oblastech, poukazuje na nedostatečnou austenitizaci, nadměrnou prodlevu při přenosu, nedostatečnou intenzitu kalení nebo chybu teploty lázně. ### Trhliny, měkké zóny, deformace a smíšené mikrostruktury Trhliny obvykle vznikají kombinovaným účinkem transformačního napětí, tepelného napětí, ostré geometrie, zbytkového napětí a nadměrné tvrdosti. Martempering snižuje před vznikem martenzitu teplotní rozdíl mezi povrchem a jádrem, což může ve srovnání s přímým kalením omezit praskání a deformace, neodstraňuje však nutnost popouštění. ASM’s 2020 Heat Treating Subject Guide uvádí, že martemperovaná ocel musí být před použitím popuštěna. Nepopuštěný martenzit, zejména v nauhličené povrchové vrstvě, zůstává náchylný k praskání při broušení nebo působení zatížení. Povrchy trhlin a vyleštěné příčné řezy kontrolujte odděleně. Kalicí trhliny často sledují hranice předchozích austenitických zrn nebo se šíří dovnitř z rohů, drážek pro pera a náhlých změn průřezu. Brusné trhliny jsou obvykle mělké a orientované ve směru broušení. Zkoušení kapilární metodou může lokalizovat trhliny ústící na povrch, zatímco metalografie ukáže, zda trhlina obsahuje oxid, oduhličení nebo čerstvý martenzit na svých okrajích. Měkké zóny mohou být důsledkem nedostatečného míchání, zastínění přípravky, nedostatečné cirkulace lázně, oduhličení nebo nedostatečné prokalitelnosti vzhledem k velikosti průřezu. Deformace může odrážet nerovnoměrný ohřev, asymetrické nauhličení, nerovnoměrné ochlazování nebo opožděnou transformaci mezi tenkými a tlustými oblastmi. Studie SAE z roku 2013 zaměřená na nauhličované oceli AISI 8620, AISI 8822 a AISI 4320 používala teploty austemperingu 260, 288 a 304 °C a zjistila výrazně menší deformace než u nauhličovaných, kalených a popouštěných vzorků; tyto výsledky však nevylučují deformace závislé na geometrii nebo zatížení. Smíšené mikrostruktury vyžadují prostorovou diagnostiku. Podle potřeby porovnejte okraj, střední poloměr, střed, patu zubu a špičku zubu. Každý metalografický snímek korelujte s profilem tvrdosti a záznamem teploty v čase. Teprve po ověření doby přenosu, teploty lázně, míchání, uspořádání vsázky, austenitizace a popouštění by se chemické složení, prokalitelnost nebo záměna materiálu měly stát hlavním vysvětlením. ## Srovnání izotermického kalení (austemperingu), martenzitického kalení (martemperingu) a konvenčního kalení a popouštění Tyto tři postupy mohou vést ke značně odlišným vlastnostem, i když vycházejí ze stejné austenitizované oceli. Jejich názvy popisují průběh transformačního režimu, nikoli pouze kapalinu použitou ke kalení. Olej, dusičnano-dusitanová sůl a další média se mohou objevit ve více než jednom režimu; rozhodujícími proměnnými jsou teplotní průběh, doba setrvání při jednotlivých teplotách a transformace, které je umožněno proběhnout. ### Transformační dráha a výsledná mikrostruktura Při konvenčním kalení a popouštění se austenitizovaná ocel ochlazuje dostatečně rychle, aby se zabránilo převážné části tvorby perlitu a bainitu. Austenit prochází teplotou začátku tvorby martenzitu, Ms, a při pokračujícím ochlazování se postupně transformuje na martenzit. Výsledný martenzit je tvrdý, ale silně napjatý, proto před uvedením do provozu následuje popouštění. Při popouštění se vylučují sloučeniny obsahující uhlík, snižuje se vnitřní napětí a mění se rovnováha mezi tvrdostí, pevností, houževnatostí a rozměrovou stabilitou. Martenzitické kalení mění načasování této posloupnosti, nikoli její hlavní produkt. Obrobek se z austenitizační teploty kalí do oleje nebo lázně roztavené soli udržované těsně nad teplotou Ms. Setrvá v ní pouze tak dlouho, aby se povrch a jádro přiblížily stejné teplotě. Poté se díl, obvykle na vzduchu, ochlazuje přes oblast tvorby martenzitu. Martenzit se tedy tvoří až poté, co se většina průřezu teplotně vyrovná, nikoli v době, kdy je stále přítomen výrazný teplotní gradient mezi povrchem a jádrem. Martenzitické kalení neodstraňuje potřebu popouštění. Publikace ASM International *Heat Treating Subject Guide* (2020) uvádí, že martenziticky zakalená ocel musí být před uvedením do provozu následně popuštěna. Izotermické kalení (austempering) probíhá odlišnou transformační dráhou. Austenitizovaná ocel se kalí do lázně udržované v oblasti bainitické transformace a setrvává v ní, dokud se požadovaná část austenitu nepřemění na bainit. Studie z roku 2013 zabývající se ocelí AISI 52100 uvádí pro izotermické kalení rozmezí přibližně 200 až 400 °C, přičemž doba setrvání pokračuje až do vytvoření bainitu. V závislosti na obsahu uhlíku, legování, teplotě a době setrvání může být výsledným produktem horní bainit, dolní bainit nebo směs obsahující martenzit a zbytkový austenit. Tento proces není pouze „martenzitickým kalením s delší dobou setrvání“. Studie z roku 2024 publikovaná v časopise *ACS Omega* výslovně rozlišuje izotermické kalení, při němž se setrvává až do bainitické transformace, od martenzitického kalení, při němž se teplota krátce vyrovnává nad Ms před ochlazením na vzduchu. Izotermicky zakalená ocel může stále vyžadovat následné tepelné zpracování nebo stabilizační krok, není však automaticky podrobena stejnému popouštění jako plně martenzitická kalená ocel. Požadovaný režim závisí na předepsané mikrostruktuře a provozních podmínkách. Krátkodobé izotermické kalení při nízké teplotě může vytvořit nanobainit spolu s martenzitem a zbytkovým austenitem. Ve studii z roku 2020 zaměřené na středně uhlíkovou nízkolegovanou ocel vedla tato struktura ke koeficientům opotřebení až o 50 % nižším než u kalené martenzitické oceli. Tento výsledek potvrzuje výhodu daného procesu v rámci tohoto testu; nestanovuje však univerzální pořadí odolnosti proti opotřebení. ### Cíle týkající se deformace a praskání Konvenční kalení vystavuje díl dvěma hlavním zdrojům rozměrových změn: tepelné kontrakci a transformační deformaci. Povrch se ochlazuje a transformuje před jádrem, takže v průřezu vznikají proměnlivá napětí v závislosti na teplotě a podílu jednotlivých fází. Zvláště citlivé jsou složité tvary, ostré rohy, otvory, přechody mezi tenkými a tlustými částmi a nauhličené vrstvy. Pokud napětí překročí místní pevnost horkého nebo transformujícího se materiálu, může dojít k praskání. Martenzitické kalení řeší složku způsobenou teplotním gradientem tím, že se ocel před začátkem tvorby martenzitu udržuje v blízkosti teploty Ms, avšak nad ní. Povrch a jádro se pak transformují v podobnějším teplotním intervalu. Článek z roku 1946 o teplotním rozmezí tvorby martenzitu popsal tento princip jako kalení těsně nad martenzitickou oblast a následné pomalé ochlazování, které omezuje praskání při malé ztrátě tvrdosti. Tento proces snižuje deformaci, nezaručuje však rozměrovou kontrolu, protože martenzitická transformace stále způsobuje změnu objemu a vznik zbytkového napětí. Izotermické kalení může deformaci omezit z jiného důvodu. Velká část transformace probíhá izotermicky jako bainit, nikoli prostřednictvím postupující martenzitické fronty při trvale klesající teplotě. Také bainit má vlastní transformační deformaci a zbytkový austenit se může později transformovat během obrábění nebo provozu. Izotermické kalení proto může omezit jednu skupinu deformací, zároveň však může vést k jiným problémům s rozměrovou stabilitou, pokud je transformace neúplná nebo nedostatečně řízená. \[5\] \[5\] [**Austempering Process for Carburized Low-Alloy Steels**](https://saemobilus.sae.org/papers/austempering-process-carburized-low-alloy-steels-2013-01-0949). SAE International. SAE Technical Paper 2013-01-0949, 2013. Důkazy z nauhličených nízkolegovaných ocelí ilustrují závislost na geometrii a materiálu. Studie SAE 2013-01-0949 zkoumala nauhličené oceli AISI 8620, AISI 8822 a AISI 4320 při teplotách izotermického kalení 260, 288 a 304 °C. Nauhličené a izotermicky zakalené vzorky vykazovaly v těchto experimentech výrazně menší deformaci než vzorky nauhličené, zakalené a popuštěné. Tento výsledek nelze automaticky přenést na každou hloubku nauhličení, velikost průřezu ani uspořádání pece a lázně. Prokalitelnost určuje, zda střed dosáhne zamýšleného transformačního rozmezí dříve, než se vytvoří perlit, zatímco skutečný tepelný cyklus ovlivňují míchání lázně, její teplota, vsázka a doba přenosu. ### Kdy není srovnání technicky korektní Tvrzení, že izotermické kalení poskytuje větší tvrdost, houževnatost, odolnost proti opotřebení nebo rozměrovou stabilitu než martenzitické kalení či konvenční kalení a popouštění, je neúplné, pokud srovnání nekontroluje proměnné určující transformaci. Vzorky musí být vyrobeny ze stejné jakosti oceli, včetně stejné tavby a stejného chemického stavu; musí mít stejnou geometrii a tloušťku průřezu; musí být austenitizovány při stejné teplotě, po stejnou dobu a ve stejné atmosféře a musí mít srovnatelný výchozí stav mikrostruktury, povrchu, drsnosti, oduhličení a nauhličené vrstvy. Kritéria hodnocení musí rovněž odpovídat zamýšlené funkci. Samotné srovnání tvrdosti podle Rockwella může zvýhodnit martenzitickou strukturu, přičemž pomine citlivost k praskání, nestabilitu zbytkového austenitu, rázovou houževnatost nebo deformaci. Zkouška opotřebení při jediném zatížení, s jediným protilehlým povrchem a za jedněch mazacích podmínek nemůže stanovit pořadí struktur pro všechny kontaktní aplikace. U rozměrových měření musí být uvedeno, kdy byla provedena, protože zbytkový austenit se může transformovat po kalení, izotermickém kalení, obrábění nebo během provozu. Významná je také příslušná specifikace. Norma SAE AMS-H-6875C (2020) stanovuje požadavky na tepelné zpracování čtyř tříd oceli a připouští izotermické kalení, ausbay kalení a martenzitické kalení, pokud je postup předepsán. Ověření by proto mělo zahrnovat požadovaný profil tvrdosti, mikrostrukturu, případnou hloubku nauhličené vrstvy, meze deformace a důkazy o nepřítomnosti prasklin a nepřijatelného oduhličení. ASM Handbook, svazek 4A (2013), uvádí austenitizační teplotu, teplotu lázně, dobu setrvání, míchání a rychlost ochlazování jako řídicí proměnné martenzitického kalení. Změna kterékoli z nich může znehodnotit přímé srovnání procesů. | Konvenční kalení a popouštění | Martenzitické kalení | Izotermické kalení | |---|---|---| | Ochlazuje se přes Ms bez vyrovnávacího setrvání, přímo se vytvoří martenzit a ten se následně popouští. | Ochlazování se přeruší těsně nad Ms, aby se průřez před řízenou martenzitickou transformací teplotně vyrovnal; poté je nutné popouštění. | Ocel se kalí do bainitické oblasti a setrvává v ní, dokud se austenit nepřemění na bainit; výsledný režim se stanoví podle zamýšlené bainitické struktury. | ## Praktický kontrolní seznam a terminologický slovník ### Otázky, na které je třeba odpovědět před stanovením cyklu Začněte požadovanou mikrostrukturou, nikoli názvem lázně. Austempering i martempering mohou využívat roztavenou sůl nebo olej, jejich transformační dráhy a výsledné produkty se však liší. Austempering se stanovuje tehdy, když je zamýšlenou strukturou bainit. Martempering se stanovuje tehdy, když má součást po přerušení za účelem vyrovnání teploty vytvořit martenzit a následně být popuštěna. Přesně identifikujte označení oceli tak, jak bylo dodáno: například AISI 52100, AISI 8620, AISI 8822, AISI 4320 nebo příslušné označení SAE, ASTM, EN či AMS. Chemické složení ovlivňuje prokalitelnost, rozpouštění karbidů, kinetiku tvorby bainitu, teplotu začátku tvorby martenzitu a množství zbytkového austenitu. Cyklus ověřený pro AISI 52100 nelze automaticky převést na cementovanou ocel AISI 8620. Zaznamenejte rozměr a tvar průřezu včetně změn tloušťky, otvorů, drážek pro pera, ostrých rohů a hmotnosti vsázky. Tenký kroužek a tlustý zub ozubeného kola se neochlazují stejnou rychlostí, i když jsou umístěny ve stejné lázni. Zjistěte, zda je materiál cementovaný, nebo necemen­tovaný. U cementovaných součástí uveďte hloubku vrstvy, požadovaný obsah uhlíku na povrchu, složení jádra a to, zda se zamýšlená bainitická nebo martenzitická struktura týká vrstvy, jádra, nebo obou. Austenitizační teplotu je nutné zvolit podle jakosti a stavu materiálu. Musí umožnit vytvoření požadovaného austenitu bez nadměrného růstu zrna, nežádoucího rozpouštění karbidů nebo abnormálního množství zbytkového austenitu. Specifikace by měla rovněž uvádět atmosféru pece, rychlost ohřevu tam, kde je důležitá deformace, dobu prodlevy, uspořádání vsázky a to, zda teplota znamená nastavenou teplotu pece, teplotu součásti, nebo změřenou efektivní teplotu. Definujte dobu přenosu z pece do kalicí lázně. Dlouhý nebo proměnlivý přenos může způsobit ochlazení povrchu, vznik feritu nebo perlitu u oceli s nízkou prokalitelností nebo nerovnoměrné tepelné podmínky uvnitř vsázky. Uveďte složení a provozní teplotu lázně, místo pouhého označení „solná lázeň“. Dusičnanová-dusitanová sůl, olej nebo jiné médium mají odlišné charakteristiky přenosu tepla a bezpečné provozní limity. Do cyklu patří také míchání, cirkulace, zatížení lázně a obnova její teploty. U austemperingu určete rozsah bainitické transformace a dobu potřebnou k tomu, aby vybraný průřez dosáhl téměř rovnoměrné teploty a aby byla dokončena zamýšlená transformace. U martemperingu stanovte teplotu začátku tvorby martenzitu, neboli **Ms**, a nastavte přerušení nad touto teplotou. Prodleva slouží k vyrovnání teploty; jejím účelem není vytvořit bainit. Následná rychlost ochlazování musí umožnit vznik martenzitu bez nadměrných teplotních gradientů. Zjistěte, zda je samostatné popouštění povinné, a uveďte jeho teplotu, dobu, atmosféru a počet cyklů. Nakonec před zahájením zpracování definujte podklady pro hodnocení shody. Samotná tvrdost nemůže prokázat, že při austemperingu vznikl bainit nebo že při martemperingu vznikla zamýšlená martenzitická struktura. Pokud je zbytkový austenit významný vzhledem k jakosti, obsahu uhlíku, cementované vrstvě nebo požadavkům na provoz, vyžadujte metalografii, kontrolu rozměrů a měření zbytkového austenitu. ### Základní pojmy: Ms, bainit, martenzit, austempering, martempering **Ms**, neboli teplota začátku tvorby martenzitu, je teplota, při níž se za příslušných podmínek během ochlazování začíná tvořit martenzit. Nejde o univerzální konstantu pro „ocel“; ovlivňuje ji obsah legujících prvků, obsah uhlíku v austenitu, předchozí tepelné zpracování a stav napětí. Při martemperingu se ochlazování přerušuje těsně nad teplotou Ms, aby se před zahájením martenzitické transformace mohly zmenšit teplotní rozdíly uvnitř součásti. **Martenzit** je bezdifuzní produkt vznikající tehdy, když se austenit ochlazuje dostatečně rychle na potlačení difuzních produktů. Jeho laťková nebo deskovitá morfologie a vysoká tvrdost vyplývají z bezdifuzní transformace a přesycení uhlíkem. Po kalení se martenzit obvykle popouští, protože napětí po kalení, křehkost a rozměrová nestabilita mohou být při provozu nepřijatelné. **Bainit** vzniká z austenitu v teplotním intervalu pod oblastí perlitu a nad spodním rozsahem martenzitické transformace, ačkoli přesný rozsah transformace závisí na složení a předchozím stavu austenitu. Obsahuje feritické oblasti s vyloučenými karbidy nebo obohacením uhlíkem a jeho morfologie se mění s transformační teplotou. Austemperovaná součást může obsahovat také martenzit nebo zbytkový austenit, pokud je prodleva příliš krátká, teplota lázně nevhodná nebo kinetika transformace není úplně stanovena. **Austempering** znamená zakalení austenitizované oceli na teplotu, při níž vzniká bainit, výdrž do dosažení stanovené transformace austenitu na bainit a následné ochlazení na teplotu okolí. Studie z roku 2013 týkající se AISI 52100 popsala austemperovací médium udržované přibližně v rozmezí 200 až 400 °C s výdrží do vzniku bainitu. U cementovaných ocelí AISI 8620, AISI 8822 a AISI 4320 byly v experimentech použity austemperovací teploty 260, 288 a 304 °C a za těchto zkoušených podmínek byla zaznamenána menší deformace než při konvenčním cementování, kalení a popouštění. Tyto hodnoty jsou procesními údaji, nikoli univerzálními nastaveními. **Martempering** je přerušované kalení. ASM Handbook Volume 4A (2013) označuje za řídicí proměnné austenitizační teplotu, teplotu lázně, dobu výdrže, míchání a rychlost ochlazování. Obrobek se krátce udržuje v oleji nebo soli těsně nad teplotou Ms, dokud se jeho teplota nevyrovná, a poté se ochlazuje martenzitickým rozsahem. Zamýšleným výsledkem je martenzit, nikoli bainit, a součást musí být před uvedením do provozu následně popuštěna. Zpracování tvorby martenzitu z roku 1946 stanovilo logiku snižování rizika trhlin: před transformací snížit teplotní gradienty a současně ztratit jen malou část dosažitelné tvrdosti. Názvy tedy popisují záměr transformace. Solná lázeň sama o sobě z cyklu nečiní austempering a krátká prodleva z něj nečiní martempering. O tom, zda zamýšlený proces skutečně proběhl, rozhoduje pozorovaná mikrostruktura. SAE AMS-H-6875C (2020) se vztahuje na čtyři třídy ocelí a při specifikaci povoluje austempering, ausbay kalení a martempering; rozhodující však nadále zůstávají požadavky platné pro příslušný materiál a výrobek. ### Minimální záznamy pro opakovatelné tepelné zpracování #### Minimální záznamy o procesu - **Materiál** Označení oceli, číslo tavby nebo šarže, velikost průřezu a stav po nauhličení. - **Ohřev** Austenitizační teplota, atmosféra, doba ohřevu a doba prodlevy. - **Přenos a lázeň** Doba přenosu, složení lázně, teplota, míchání, vsázka a obnovení teploty. - **Přeměna** Kritérium a doba vyrovnání teploty nebo bainitické výdrže. - **Ochlazování a popouštění** Konečný způsob ochlazování, teplota popouštění, doba, atmosféra a počet cyklů. - **Ověření** Tvrdost, metalografie, posouzení zbytkového austenitu a kontrola rozměrů. Opakovatelný záznam propojuje materiál, tepelný průběh, stav lázně a výsledky kontroly. Minimálně zaznamenejte: - označení oceli, číslo tavby nebo šarže, rozměr průřezu, geometrii součásti, hmotnost vsázky a stav cementování nebo bez cementování; - hloubku vrstvy a údaje o obsahu uhlíku na povrchu nebo v jádře, pokud bylo použito cementování; - austenitizační teplotu, atmosféru pece, dobu ohřevu a prodlevy a změřenou teplotu vsázky; - dobu přenosu z pece do lázně, složení lázně, její teplotu, míchání nebo cirkulaci, rozestupy mezi součástmi a obnovu teploty lázně; - u austemperingu dobu vyrovnání teploty, teplotu a dobu transformační prodlevy a důkaz, že bainitická reakce dosáhla stanoveného stavu; - u martemperingu teplotu Ms, pokud byla stanovena, teplotu lázně nad Ms, prodlevu pro vyrovnání teploty, způsob a rychlost konečného ochlazování a okamžik, od kterého bylo umožněno pokračování martenzitické transformace; - teplotu popouštění, dobu, atmosféru, způsob ochlazování a počet cyklů popouštění; - místo měření tvrdosti, zkušební metodu, stupnici a výsledky; způsob metalografické přípravy a reprezentativní snímky; metodu stanovení zbytkového austenitu a jeho procentní podíl, je-li relevantní; a rozměry před zpracováním a po něm. Záznam cyklu by měl uvádět kalibraci přístrojů a skutečné teplotní průběhy, nikoli pouze jmenovité nastavené hodnoty. Pokud je přítomna cementovaná vrstva, měla by být mikrostruktura kontrolována na povrchu, v jádře a v přechodové oblasti. Kontrola rozměrů by měla zahrnovat prvky s nejvyšší pravděpodobností změny: vnější průměr, otvor, tvar zubu, rovinnost, házivost a deformaci v místech změn průřezu. **Rychlá orientační pomůcka:** uveďte označení oceli; rozměr průřezu; stav cementování nebo bez cementování; austenitizační teplotu; dobu přenosu; složení a teplotu lázně; míchání; prodlevu pro vyrovnání teploty nebo transformační prodlevu; konečné ochlazování; popouštění; tvrdost; metalografii; posouzení zbytkového austenitu, je-li relevantní; a kontrolu rozměrů. Poté ověřte strukturu. Bainit potvrzuje záměr austemperingu; martenzit vzniklý po vyrovnání teploty a následně popuštěný potvrzuje záměr martemperingu. ## Zdroje 1. \[1\] ASM International. [ASM Handbook Volume 4A: Martempering of Steels](https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/18/chapter-abstract/278992/Martempering-of-Steels-1). ASM Handbook, 2013. [](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/bainitick%C3%A9-a-martenzitick%C3%A9-kalen%C3%AD-oceli#wiki-cite-ref-1) https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/18/chapter-abstract/278992/Martempering-of-Steels-1 2. \[2\] The Temperature Range of Martensite Formation. Study on martensite formation, 1946. [](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/bainitick%C3%A9-a-martenzitick%C3%A9-kalen%C3%AD-oceli#wiki-cite-ref-2) Source details supplied in the article; no URL provided 3. \[3\] [Short-term low-temperature austempering in medium-carbon low-alloy steel](https://doi.org/10.1007/s12540-020-00957-6). Metal and Materials International, 2020. [](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/bainitick%C3%A9-a-martenzitick%C3%A9-kalen%C3%AD-oceli#wiki-cite-ref-3) https://doi.org/10.1007/s12540-020-00957-6 4. \[4\] SAE International. [Heat Treatment of Steel Raw Materials](https://www.normsplash.com/Samples/SAE/165267379/SAE-AMSH-6875C-2020-en.pdf). SAE AMS-H-6875C, 2020. [](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/bainitick%C3%A9-a-martenzitick%C3%A9-kalen%C3%AD-oceli#wiki-cite-ref-4) https://www.normsplash.com/Samples/SAE/165267379/SAE-AMSH-6875C-2020-en.pdf 5. \[5\] SAE International. [Austempering Process for Carburized Low-Alloy Steels](https://saemobilus.sae.org/papers/austempering-process-carburized-low-alloy-steels-2013-01-0949). SAE Technical Paper 2013-01-0949, 2013. [](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/bainitick%C3%A9-a-martenzitick%C3%A9-kalen%C3%AD-oceli#wiki-cite-ref-5) https://saemobilus.sae.org/papers/austempering-process-carburized-low-alloy-steels-2013-01-0949 **Na první pohled** Produkt izotermického kalení na bainit Bainit Produkt martenzitického kalení s vyrovnáním teploty Martenzit po řízeném ochlazení Výdrž při izotermickém kalení na bainit Teplota bainitické přeměny Výdrž při martenzitickém kalení s vyrovnáním teploty Těsně nad Ms Poprocesní popouštění Vyžadováno u oceli zpracované martenzitickým kalením s vyrovnáním teploty [Zpět na Tepelné zpracování](/cs/wiki/tepelné-zpracování "Tepelné zpracování — Steel Wiki")