--- title: "Základy tepelného zpracování oceli | Steel Equivalents" description: "Zjistěte, jak složení, teplota, čas a chlazení ovlivňují výsledky tepelného zpracování oceli." canonical: https://steelequivalents.com/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%C3%AD-oceli language: cs robots: index, follow og_type: article type: wiki-article language_alternates: en: https://steelequivalents.com/wiki/heat-treatment/heat-treatment-fundamentals.md cs: https://steelequivalents.com/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%C3%AD-oceli.md de: https://steelequivalents.com/de/wiki/wärmebehandlung/grundlagen-der-wärmebehandlung-von-stahl.md es: https://steelequivalents.com/es/wiki/tratamiento-térmico/fundamentos-del-tratamiento-térmico-del-acero.md fr: https://steelequivalents.com/fr/wiki/traitement-thermique/principes-fondamentaux-du-traitement-thermique-de-l-acier.md hu: https://steelequivalents.com/hu/wiki/hőkezelés/az-acél-hőkezelésének-alapjai.md it: https://steelequivalents.com/it/wiki/trattamento-termico/fondamenti-del-trattamento-termico-dell-acciaio.md nl: https://steelequivalents.com/nl/wiki/warmtebehandeling/basisprincipes-van-warmtebehandeling-voor-staal.md pl: https://steelequivalents.com/pl/wiki/obróbka-cieplna/podstawy-obróbki-cieplnej-stali.md pt: https://steelequivalents.com/pt/wiki/tratamento-térmico/fundamentos-do-tratamento-térmico-do-aço.md ru: https://steelequivalents.com/ru/вики/термическая-обработка/основы-термической-обработки-стали.md tr: https://steelequivalents.com/tr/wiki/ısıl-işlem/çelik-için-isıl-işlemin-temelleri.md zh: https://steelequivalents.com/zh/维基/热处理/钢的热处理基础.md ja: https://steelequivalents.com/ja/ウィキ/熱処理/鋼の熱処理の基礎.md ar: https://steelequivalents.com/ar/ويكي/المعالجة-الحرارية/أساسيات-المعالجة-الحرارية-للفولاذ.md ko: https://steelequivalents.com/ko/위키/열처리/강철-열처리-기초.md pt-br: https://steelequivalents.com/pt-br/wiki/tratamento-térmico/fundamentos-do-tratamento-térmico-de-aço.md hi: https://steelequivalents.com/hi/विकी/ऊष्मा-उपचार/इस्पात-के-ऊष्मा-उपचार-की-मूलभूत-बातें.md content_hash: sha256:8dcce80feebaebe0f32dd33953d38a038ce79282865f58449587445f0266244c generated: 2026-09-26 --- > **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/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%C3%AD-oceli > Canonical URL: https://steelequivalents.com/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%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. ![Základy tepelného zpracování oceli](/images/uploads/7f161ea3-71e2-478b-8652-51080f41bb4b/wiki-hero-a-steel-gear-being-heat-treated-in-a-controlled-atmosphere-furnace-beside-a-quen-1920x823.jpg) Tepelné zpracování # Základy tepelného zpracování oceli Zjistěte, jak složení, teplota, čas a chlazení ovlivňují výsledky tepelného zpracování oceli. ![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 - [Co znamená tepelné zpracování oceli](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%C3%AD-oceli#co-znamená-tepelné-zpracování-oceli "Co znamená tepelné zpracování oceli") - [Složení oceli a systém železo–uhlík](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%C3%AD-oceli#složení-oceli-a-systém-železo-uhlík "Složení oceli a systém železo–uhlík") - [Hlavní fáze a mikrostrukturní složky](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%C3%AD-oceli#hlavní-fáze-a-mikrostrukturní-složky "Hlavní fáze a mikrostrukturní složky") - [Austenitizace: Výchozí bod mnoha tepelných úprav](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%C3%AD-oceli#austenitizace-výchozí-bod-mnoha-tepelných-úprav "Austenitizace: Výchozí bod mnoha tepelných úprav") - [Transformační diagramy a kinetika tepelného zpracování](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%C3%AD-oceli#transformační-diagramy-a-kinetika-tepelného-zpracování "Transformační diagramy a kinetika tepelného zpracování") - [Žíhací a normalizační postupy](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%C3%AD-oceli#žíhací-a-normalizační-postupy "Žíhací a normalizační postupy") - [Zakalení, kalení a prokalitelnost](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%C3%AD-oceli#zakalení-kalení-a-prokalitelnost "Zakalení, kalení a prokalitelnost") - [Popouštění a řízení vlastností zakalené oceli](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%C3%AD-oceli#popouštění-a-řízení-vlastností-zakalené-oceli "Popouštění a řízení vlastností zakalené oceli") - [Izotermické a přerušované kalení](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%C3%AD-oceli#izotermické-a-přerušované-kalení "Izotermické a přerušované kalení") - [Povrchové kalení a návrh vlastností vrstvy](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%C3%AD-oceli#povrchové-kalení-a-návrh-vlastností-vrstvy "Povrchové kalení a návrh vlastností vrstvy") - [Deformace, zbytková napětí a praskání](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%C3%AD-oceli#deformace-zbytková-napětí-a-praskání "Deformace, zbytková napětí a praskání") - [Tepelné zpracování při svařování a výrobě](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%C3%AD-oceli#tepelné-zpracování-při-svařování-a-výrobě "Tepelné zpracování při svařování a výrobě") - [Označování jakostí oceli, specifikace a terminologie norem](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%C3%AD-oceli#označování-jakostí-oceli-specifikace-a-terminologie-norem "Označování jakostí oceli, specifikace a terminologie norem") - [Řízení procesu, ověřování a analýza poruch](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%C3%AD-oceli#řízení-procesu-ověřování-a-analýza-poruch "Řízení procesu, ověřování a analýza poruch") - [Jednotný rámec pro volbu tepelného zpracování](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%C3%AD-oceli#jednotný-rámec-pro-volbu-tepelného-zpracování "Jednotný rámec pro volbu tepelného zpracování") ## Co znamená tepelné zpracování oceli Tepelné zpracování je plánovaná posloupnost ohřevu, setrvání na teplotě a ochlazování, která se uplatňuje na ocel tak, aby se její vnitřní struktura a výsledné vlastnosti měnily řízeným způsobem. Teplota v peci je pouze jednou částí této posloupnosti. Úplné tepelné zpracování zahrnuje výchozí stav materiálu, rychlost, jakou dosahuje požadované teploty, dobu setrvání na této teplotě, okolní atmosféru, způsob prostupu tepla průřezem a průběh ochlazování oceli. #### Co může tepelné zpracování změnit - **Struktura** Fázové složení, morfologie fází, struktura defektů a zrnitost - **Mechanická odezva** Tvrdost, pevnost, houževnatost a tažnost - **Odezva při výrobě** Obrobitelnost, zbytkové napětí a rozměrová stabilita - **Vlastnosti povrchu** Tvrdý povrch odolný proti opotřebení nad houževnatějším jádrem Toto rozlišení odděluje metalurgické tepelné zpracování od pouhého ohřátí oceli a jejího následného ochlazení. Zpracování může být navrženo tak, aby změnilo fázové složení, morfologii fází, strukturu defektů, tvrdost, pevnost, houževnatost, tažnost, obrobitelnost, rozměrovou stabilitu nebo povrchové vlastnosti. Může také odstranit zbytková napětí, zjemnit zrna, připravit ocel k obrábění nebo vytvořit tvrdý povrch odolný proti opotřebení na houževnatějším jádru. \[1\] \[1\] [**Steel Heat Treating—Fundamentals and Processes**](https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/18/Steel-Heat-Treating-Fundamentals-and-Processes). ASM International. ASM Handbook Volume 4A, 2024. Příručka ASM Handbook, svazek 4A, *Steel Heat Treating—Fundamentals and Processes*, pojednává o austenitizaci, kalení, žíhání, popouštění, izotermickém zušlechťování, martemperingu, povrchovém kalení, tvrdosti, prokalitelnosti, deformacích a souvisejících procesech (ASM International, 2024). Tato témata spojuje jedna zásada: reakce oceli závisí současně na jejím chemickém složení a tepelné historii. ![Základy tepelného zpracování oceli](/images/uploads/8141482c-ecb8-4b7f-8440-1696c9ef5f8c/wiki-inline-austenite-transforming-into-ferrite-pearlite-bainite-and-martensite-along-differ-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/8141482c-ecb8-4b7f-8440-1696c9ef5f8c/wiki-inline-austenite-transforming-into-ferrite-pearlite-bainite-and-martensite-along-differ-2027x2560.avif "Zvětšit obrázek — Základy tepelného zpracování oceli")Cooling rate selects which transformation products form from austenite. ### Tepelné cykly a metalurgické změny \[2\] \[2\] [**Steel Metallurgy & Heat Treatment course outline**](https://store.astm.org/astm-tpt-727.html). ASTM International. ASTM International course outline, 2024. Ocel obsahuje fáze, jejichž stabilita se mění s teplotou a chemickým složením. Ferit je relativně měkká, prostorově centrovaná kubická fáze železa s omezenou rozpustností uhlíku. Austenit má plošně centrovanou kubickou strukturu a může rozpouštět mnohem více uhlíku. Cementit neboli karbid železa je tvrdý a křehký. V závislosti na obsahu uhlíku, rychlosti ochlazování a přísadách legujících prvků mohou tyto složky vytvářet perlit, bainit nebo martenzit. Osnova kurzu ASTM International Steel Metallurgy & Heat Treatment uvádí ferit, austenit, cementit, perlit, martenzit a bainit jako klíčové fáze a struktury při zpracování oceli (ASTM International, 2024). #### Mez zpracování Neprodlužujte dobu ani teplotu austenitizace bez metalurgického důvodu. Nadměrná expozice může zvětšit austenitická zrna, zvýšit oxidaci a oduhličení a zhoršit houževnatost nebo deformaci. Při austenitizaci se ocel ohřívá do teplotního rozsahu, v němž se část nebo veškerý původní ferit, perlit či cementit transformuje na austenit. Setrvání na teplotě umožňuje rozpuštění uhlíku a vyrovnání teplotních rozdílů, avšak příliš dlouhé setrvání může vést k růstu austenitických zrn, zvýšené oxidaci a zhoršení následné houževnatosti nebo vzniku deformací. Požadovaná teplota a doba závisí na jakosti oceli, předchozí mikrostruktuře, tloušťce průřezu, cirkulaci v peci a požadované transformaci. Ochlazování následně určuje, v co se austenit přemění. Pomalé ochlazování může umožnit difuzně řízený vznik feritu a perlitu. Při střední rychlosti ochlazování může vzniknout bainit. Rychlé ochlazování může potlačit difuzi natolik dlouho, aby se austenit transformoval na martenzit, přesycenou a silně deformovanou strukturu. Martenzit poskytuje vysokou tvrdost, avšak nepopuštěný martenzit může obsahovat značná zbytková napětí a pro provoz může být příliš křehký. Popouštění znovu ohřívá zakalenou ocel na teplotu pod rozsahem austenitické transformace, čímž umožňuje řízenou redistribuci uhlíku a snižuje napětí, přičemž mění tvrdost a houževnatost. Hlavní způsoby tepelného zpracování oceli a jejich obvyklé cíle. | Zpracování | Typická cesta ochlazování nebo přeměny | Hlavní účel | |---|---|---| | Žíhání | Pomalé ochlazování v peci | Změkčení, zvýšení tažnosti, snížení napětí nebo zlepšení obrobitelnosti | | Normalizační žíhání | Ochladnutí na vzduchu z austenitické oblasti | Jemnější a pevnější struktura než při úplném žíhání | | Kalení a popouštění | Rychlé ochlazení následované ohřevem pod austenitickou oblast | Vyvážení pevnosti, tvrdosti a houževnatosti | | Izotermické zušlechťování | Izotermická tvorba bainitu | Řízená bainitická struktura | | Martemperování | Vyrovnání teploty před vznikem martenzitu | Snížení rizika deformace | Hlavní způsoby tepelného zpracování proto představují různé tepelné dráhy, nikoli vzájemně zaměnitelné receptury. Žíhání obecně využívá pomalé ochlazování ke změkčení oceli, zlepšení tažnosti, snížení zbytkových napětí nebo zlepšení obrobitelnosti. Normalizace využívá ochlazování na vzduchu z austenitického rozsahu a často vytváří jemnější a pevnější strukturu než úplné žíhání. Kalení následované popouštěním usiluje o dosažení zvoleného kompromisu mezi pevností, tvrdostí a houževnatostí. Izotermické zušlechťování vytváří bainit transformací při střední teplotě, zatímco martempering snižuje rozdíl teplot mezi povrchem a jádrem před vznikem martenzitu, čímž omezuje riziko deformací, aniž by odpadla nutnost popouštění. Plamenové kalení a indukční kalení rychle ohřívají pouze povrchovou vrstvu a následně ji kalí. Výsledkem může být martenzitická povrchová vrstva s relativně houževnatým vnitřkem, avšak musí být řízena hloubka zakalení, obsah uhlíku, geometrie, příkon i načasování kalení. Norma ISO 683-1:2016 stanovuje dodací požadavky pro nelegované oceli určené především ke kalení a popouštění, izotermickému zušlechťování, plamenovému kalení, indukčnímu kalení a v některých případech k normalizovanému stavu. Norma neznamená, že jeden cyklus je vhodný pro každou jakost oceli nebo součást. ### Vlastnosti versus mikrostruktura Vlastnosti oceli závisí spíše na mikrostruktuře a tepelné historii než pouze na teplotě pece. Strong evidence Mechanické vlastnosti jsou důsledkem struktury, nikoli přímým důsledkem teploty v peci. Dvě oceli při stejné jmenovité teplotě mohou mít odlišnou tvrdost nebo houževnatost, protože obsahují různá množství uhlíku, odlišné legující prvky, velikost zrn, precipitáty, množství vměstků nebo zbytková napětí. Dokonce ani v rámci jedné jakosti nezačínají kované tyče, za studena tvářené plechy a součásti, které byly dříve zakaleny a popuštěny, tepelné zpracování ze stejného metalurgického stavu. Prokalitelnost **Prokalitelnost** Schopnost průřezu oceli vytvořit v určených podmínkách austenitizace a ochlazování zakalenou strukturu v celé své hloubce; liší se od maximální dosažitelné tvrdosti. #### Klíčové pojmy týkající se složení a odezvy Maximální tvrdost Nejvyšší tvrdost dosažitelná v okamžiku, kdy se příslušná oblast stane dostatečně martenzitickou; je určována především obsahem uhlíku. Prokalitelnost Hloubka, do níž může ocel při určitém ochlazování vytvořit zakalenou strukturu. Zbytkový austenit Austenit, který zůstane po ochlazení pod teplotu dokončení martenzitické přeměny. Uhlíkový ekvivalent Index složení používaný k odhadu účinků přeměny nebo svařitelnosti na základě uhlíku a legujících prvků. Uhlík výrazně ovlivňuje množství a tvrdost martenzitu, zatímco chrom, molybden, mangan, nikl a další legující prvky mění transformační teploty a zpomalují difuzně řízené reakce. Bór může při správné kontrole zvýšit prokalitelnost vhodných ocelí. Prokalitelnost není totéž co maximální tvrdost. Maximální tvrdost je z velké části určena obsahem uhlíku; prokalitelnost popisuje, jak hluboko může ocel při konkrétních podmínkách ochlazování vytvořit zakalenou strukturu. Mikrostruktura také vysvětluje, proč samotná tvrdost nemůže definovat úspěšné tepelné zpracování. Vysoká hodnota tvrdosti může signalizovat přítomnost martenzitu, neukazuje však, zda součást obsahuje trhliny po kalení, nadměrné množství zbytkového austenitu, hrubá původní austenitická zrna nebo škodlivá tahová napětí. Nižší tvrdost může být záměrná tam, kde je důležitější rázová houževnatost, odolnost proti únavě, obrobitelnost nebo rozměrová stabilita. Diagram rovnovážných fází železo–karbid železa popisuje rovnovážné nebo téměř rovnovážné vztahy mezi fázemi. Pomáhá určit transformační rozsahy a rozpustnost uhlíku, nepředpovídá však úplný výsledek praktického kalení. Diagramy čas–teplota–transformace popisují transformace během izotermického setrvání; diagramy transformace při kontinuálním ohřevu a kontinuálním ochlazování popisují dráhy podobnější těm, které se používají v pecích a výrobních zařízeních. Kapitola ASM věnovaná tepelnému zpracování z roku 2024 tyto diagramy konkrétně rozlišuje a zabývá se řízením deformací a zbytkových napětí. Tento rozdíl je důležitý, protože transformace vyžadují čas a průmyslové ochlazování je jen zřídka okamžité nebo dokonale rovnoměrné. ### Proč samotná teplota nestačí #### Teplota je pouze jednou řídicí proměnnou Skutečné zpracování určují rychlost ohřevu součásti, teplota průřezu, atmosféra, doba výdrže, prodleva při přenosu, křivka ochlazování a geometrie. Uvedená teplota, například 850 °C, popisuje nastavenou teplotu pece, nikoli úplný tepelný stav součásti. Tenká deska o tloušťce 10 mm může této teploty dosáhnout rychle a rovnoměrně. Velký zub ozubeného kola, silný hřídel nebo oprava svaru mohou mít po značnou část cyklu horký povrch a chladnější jádro. Pokud povrch transformuje nebo se rozpíná dříve než vnitřek, vznikají napětí. Kalení pak může přidat teplotní smrštění a transformační deformaci, což vede k deformacím nebo praskání, i když byla teplota v peci správná. Rychlost ohřevu rovněž mění průběh reakce. Rychlý ohřev může způsobit teplotní nerovnoměrnost průřezu a může přeskočit transformace, k nimž by došlo při pomalejším ohřevu. Může také zvýšit tepelné napětí. Pomalý ohřev může podporovat nežádoucí růst zrn nebo umožnit povrchové reakce před dosažením cílové teploty. Doba setrvání musí být dostatečně dlouhá, aby nejchladnější oblast dosáhla požadovaného stavu, nikoli pouze tak dlouhá, aby displej pece zobrazil nastavenou teplotu. Další řídicí proměnnou je atmosféra. Kyslík může způsobovat tvorbu okují a oduhličení; atmosféry obsahující uhlík mohou měnit uhlíkový potenciál povrchu. Každá z těchto podmínek mění povrchovou tvrdost a rozměry, i když jádro prochází zamýšleným cyklem. Solné lázně, vakuové pece, ochranné plyny a vzduchové pece proto vedou k odlišným výsledkům na povrchu. #### Upozornění ke kalení Nevybírejte vodu, solný roztok, olej, polymer nebo plyn pouze podle názvu. Ověřte křivku ochlazování, promíchávání, stav lázně, velikost průřezu a geometrii, protože nadměrná nebo nerovnoměrná intenzita může způsobit deformaci nebo praskání. Intenzita ochlazování, míchání, teplota kalicího média, orientace součásti a její geometrie určují skutečnou křivku ochlazování. Ostré rohy se ochlazují jinak než široké plochy a otvory nebo tenké stojiny mohou vytvářet lokální teplotní gradienty. Předchozí tváření za studena, segregace, tepelně ovlivněné oblasti svarů a dřívější popouštění rovněž mění místa nukleace a kinetiku transformací. \[3\] \[3\] [**Fundamentals of the Heat Treating of Steel**](https://dl.asminternational.org/technical-books/monograph/99/chapter-abstract/2112447/Fundamentals-of-the-Heat-Treating-of-Steel). ASM International. ASM technical monograph, 2024. \[4\] \[4\] [**ISO 17663:2023**](https://www.iso.org/standard/83142.html). International Organization for Standardization. International standard, 2023. Norma ISO 17663:2023 zařazuje tepelné zpracování související se svařováním a příbuznými procesy do rámce požadavků na kvalitu, který zahrnuje práce v dílnách i na staveništi, především pro feritické oceli a související svařované nebo tvářené součásti. Tento kontext je důležitý: tepelný cyklus musí být specifikován, monitorován a ověřován, zejména pokud odstranění napětí, řízení vodíku, předehřev mezi vrstvami nebo lokální tepelná úprava po svařování ovlivňují provozní vlastnosti. Tepelné zpracování je proto řízenou historií celé součásti, nikoli jediným číslem na ovladači pece. ## Složení oceli a systém železo–uhlík ### Čisté železo a rozpustnost uhlíku Tepelné zpracování oceli začíná zdánlivě jednoduchým systémem: železem obsahujícím uhlík. Tato jednoduchost končí, jakmile současně zohledníme teplotu, složení a rychlost ochlazování. Čisté železo při rostoucí teplotě mění svou krystalovou strukturu. Pod 912 °C se jedná převážně o ferit neboli α-železo s prostorově centrovanou kubickou (BCC) mřížkou. Mezi 912 a 1394 °C se mění na austenit neboli γ-železo s plošně centrovanou kubickou (FCC) mřížkou. Od 1394 °C až do teploty tavení blízké 1538 °C jde o δ-ferit, další formu s mřížkou BCC. Rozpustnost uhlíku Rozpustnost uhlíku se v metastabilní soustavě železo–karbid železa výrazně liší mezi feritem a austenitem. Uhlík zaujímá intersticiální polohy v těchto mřížkách, dostupný prostor se však výrazně liší. Ferit rozpouští jen velmi malé množství uhlíku: jeho maximální rovnovážná rozpustnost činí přibližně 0,022 hm. % C při 727 °C, zatímco rozpustnost při pokojové teplotě se blíží 0,008 hm. % C. Austenit může obsahovat podstatně více uhlíku, přibližně až 2,14 hm. % C při 1147 °C v metastabilním systému železo–karbid železa. Tento rozdíl má zásadní význam pro kalení. Během austenitizace vstupuje uhlík do mřížky FCC a může se také rozpouštět z cementitu. Pokud je austenit následně ochlazen dostatečně rychle, uhlík nemůže běžným způsobem difundovat ven. Mřížka se mění směrem k formě BCC, avšak zachycený uhlík vytváří martenzit, přesycenou a silně deformovanou fázi. Uhlík tedy nezvyšuje tvrdost pouze jako příměs v tuhém roztoku. Mění také to, které fáze jsou stabilní, teploty, při nichž začínají přeměny, množství karbidu, které může vzniknout, i reakci na ochlazování. Při nízkých koncentracích mohou při pomalém ochlazování snadno vznikat ferit a perlit. Při vyšších koncentracích se rovnováha posouvá k vyššímu obsahu perlitu nebo cementitu. Při rychlém ochlazování může tentýž uhlík místo toho zůstat v martenzitu. Obsah uhlíku uvedený pro danou jakost sám o sobě nepředstavuje celou tepelnou historii. Výslednou mikrostrukturu může změnit tloušťka průřezu, předchozí velikost zrna, rychlost ohřevu, austenitizační teplota, doba výdrže, kalicí médium, stav povrchu a rovnoměrnost teploty. Publikace ASM International z roku 2024 věnovaná základům oceli proto staví systém železo–uhlík vedle austenitizace, diagramů přeměn, tvrdosti, prokalitelnosti, kalení, popouštění a řízení zbytkových napětí: složení poskytuje možné varianty, zatímco tepelný cyklus z nich vybírá. ### Diagram fází železo–karbid železa Diagramy fází a přeměn odpovídají na různé otázky tepelného zpracování. | Diagram | Znázorněná tepelná cesta | Hlavní použití | |---|---|---| | Železo–karbid železa | Vztahy mezi složením a teplotou za rovnováhy nebo v její blízkosti | Stabilita fází a rozpustnost uhlíku | | TTT | Izotermická výdrž | Začátek a dokončení přeměny při výdrži za konstantní teploty | | CCT | Kontinuální ochlazování | Predikce přeměny při praktických cyklech kalení a pecního zpracování | | CHT | Kontinuální ohřev | Průběh přeměny při ohřevu stanovenou rychlostí | Diagram běžně označovaný jako diagram železo–uhlík je přesněji metastabilní diagram železo–karbid železa neboli diagram Fe–Fe₃C. Cementit Fe₃C obsahuje 6,67 hm. % uhlíku. Za všech okolností nepředstavuje konečný rovnovážný stav uhlíku; za určitých podmínek, zejména u některých litin a kompozic obsahujících křemík, je termodynamicky stabilnější grafit než cementit. Diagram Fe–Fe₃C však s užitečnou přesností popisuje přeměny mnoha ocelí, protože cementit snadno vzniká a po prakticky významnou dobu může přetrvávat. Jeho hlavní invariantní reakcí u běžných uhlíkových ocelí je eutektoidní přeměna při teplotě přibližně 727 °C: austenit → ferit + cementit. Eutektoidní přeměna **Eutektoidní přeměna** Reakce v tuhém stavu, při níž se austenit v metastabilní soustavě železo–karbid železa přeměňuje při teplotě blízké 727 °C na ferit a cementit. Při eutektoidním složení, přibližně 0,76 hm. % C, tato reakce vytváří perlit, vrstevnatou směs feritu a cementitu. Oceli s obsahem pod přibližně 0,76 hm. % C se v tomto systému označují jako podeutektoidní; při pomalém ochlazování se před přeměnou zbývajícího austenitu na perlit vytváří proeutektoidní ferit. Oceli s obsahem nad eutektoidním složením a pod oblastí litin jsou nadeutektoidní; před přeměnou zbytkového austenitu na perlit se vytváří proeutektoidní cementit. Hraniční hodnoty jsou konvencemi používanými v diagramech a mezi jednotlivými prameny se mohou mírně lišit, důležité je však pořadí dějů. Diagram rovněž znázorňuje eutek­tickou reakci při přibližně 4,3 hm. % C a 1147 °C, při níž se v metastabilním systému kapalina mění na austenit a cementit. Běžné oceli leží výrazně pod touto úrovní obsahu uhlíku, zatímco litiny se k ní běžně blíží nebo ji překračují. Likvidus, solidus, ferit, austenit, cementit a dvoufázová pole ukazují, které složky mohou při daném složení a teplotě koexistovat v rovnováze. Neříkají však inženýrovi, co bude součást obsahovat po průmyslovém kalení. Rovnovážný diagram předpokládá dostatek času pro difuzi a neudává časový průběh. Nemůže předpovědět začátek vzniku martenzitu, tvorbu bainitu, rozteč lamel perlitu ani hloubku prokalení průřezu. Tyto otázky vyžadují diagramy čas–teplota–přeměna (TTT) pro izotermické podmínky a diagramy přeměn při kontinuálním ohřevu nebo kontinuálním ochlazování (CCT) pro proměnnou teplotu. Kapitola ASM z roku 2024 věnovaná základním principům tepelného zpracování se těmito diagramy výslovně zabývá odděleně od diagramu železo–uhlík, společně s deformacemi a zbytkovými napětími. Rychlost ochlazování může změnit výslednou strukturu, aniž by se změnil obsah uhlíku v oceli. Strong evidence Pomalu ochlazovaná ocel se může přiblížit fázovým vztahům znázorněným rovnovážným nebo metastabilním diagramem. Ocel ochlazovaná přes „nos“ křivky přeměny může vytvořit perlit nebo bainit; při ještě rychlejším ochlazování může dosáhnout teploty začátku tvorby martenzitu dříve, než dojde k difuzní přeměně. Výsledná struktura proto může být feriticko-perlitická, bainitická, martenzitická, s přítomností zbytkového austenitu nebo jejich směs, i když obsah uhlíku zůstává nezměněn. ### Klasifikace podle obsahu uhlíku a účinky legování Klasifikace podle obsahu uhlíku představuje první popis, nikoli úplnou specifikaci tepelného zpracování. Nízkouhlíkové oceli se často popisují jako oceli s obsahem menším než přibližně 0,25 hm. % C, středně uhlíkové oceli jako oceli s přibližně 0,25–0,60 hm. % C a vysokouhlíkové oceli jako oceli s přibližně 0,60–1,00 hm. % C nebo vyšším. Tyto rozsahy představují praktická seskupení, nikoli univerzálně platné hranice norem. Označení, jako je AISI 1045, identifikuje jmenovitou středně uhlíkovou ocel, zatímco norma ISO 683-1:2016 se vztahuje na nelegované oceli určené především ke kalení a popouštění, izotermickému zušlechťování, kalení plamenem, indukčnímu kalení a v některých případech k normalizačnímu žíhání. Samotné označení nenahrazuje stanovené chemické limity ani požadavky na tepelné zpracování. Zvyšování obsahu uhlíku obecně zvyšuje dosažitelnou tvrdost po zakalení, protože martenzit obsahuje více zachyceného uhlíku. Současně snižuje teplotu začátku tvorby martenzitu, zvyšuje riziko zbytkového austenitu a může zvyšovat riziko trhlin po kalení a deformací. Oceli bohaté na uhlík mohou vyžadovat přísnější kontrolu austenitizační teploty, protože nadměrné rozpouštění nebo růst zrna mohou zhoršit houževnatost. Při nižších obsazích uhlíku může být martenzit relativně měkký, pokud legování a podmínky ochlazování neposkytnou další zpevnění. Legující prvky mění diagram i kinetiku přeměn. Mangan a nikl obecně stabilizují austenit a snižují teploty přeměn; mangan také zpomaluje tvorbu feritu a perlitu, čímž zvyšuje prokalitelnost. Chrom, molybden a wolfram zpomalují difuzní přeměny a mohou podporovat hlubší prokalení tlustších průřezů. Chrom, molybden, vanad a niob mohou vytvářet stabilní legované karbidy, zatímco titan vytváří mimořádně stabilní karbonitrid titanu. Tyto částice mohou omezovat růst austenitického zrna, mohou však také vyžadovat vyšší austenitizační teploty nebo delší doby výdrže pro částečné rozpuštění. Křemík zpevňuje ferit a má tendenci potlačovat tvorbu cementitu, což ovlivňuje bainitické a popouštěcí reakce. Bór, pokud je přítomen v nepatrných, kontrolovaných množstvích a je chráněn před reakcí s kyslíkem a dusíkem, může výrazně zvýšit prokalitelnost tím, že zpomaluje nukleaci feritu na hranicích předchozích austenitických zrn. Nikl obecně zlepšuje houževnatost a netvoří karbid stejným způsobem jako chrom nebo molybden. Legování také mění odezvu při popouštění. Molybden může omezovat popouštěcí křehkost a podporovat sekundární vytvrzení; chrom, vanad a wolfram mohou při vysokoteplotním popouštění vytvářet sekundární precipitaci karbidů. Legovaná ocel po kalení a popouštění proto může při stejném obsahu uhlíku a stejné jmenovité teplotě popouštění reagovat zcela odlišně od uhlíkové oceli. Odkazová publikace z roku 1984 *Ocel a její tepelné zpracování* pojednává o uhlíkových, legovaných, borových, mikrolegovaných a dvoufázových ocelích prostřednictvím jejich diagramů TTT, prokalitelnosti, popouštěcí křehkosti a odezvy na tepelné zpracování, nikoli pouze podle obsahu uhlíku. Složení určuje stabilitu fází. Čas a teplota rozhodují o tom, zda mohou dostupné přeměny proběhnout. Geometrie průřezu a řízení zbytkových napětí rozhodují o tom, zda výsledná součást proces přežije. Základem volby cyklu tepelného zpracování je tato vzájemná souvislost, nikoli samotné číslo udávající obsah uhlíku. ## Hlavní fáze a mikrostrukturní složky Tepelné zpracování oceli mění vlastnosti tím, že mění fáze, které vznikají, jejich vzájemné množství a uspořádání těchto oblastí. Osnova kurzu ASTM International uvádí mezi klíčovými složkami metalurgie oceli ferit, austenit, cementit, perlit, martenzit a bainit. ASM International rozděluje stejné téma na rovnovážné vztahy, kinetiku přeměn, prokalitelnost, kalení, popouštění a řízení napětí. Toto rozlišení je důležité, protože diagram železo–karbid železa ukazuje, které fáze jsou při daném složení a teplotě stabilní nebo metastabilní, zatímco diagramy TTT a CCT ukazují, zda skutečný tepelný cyklus poskytuje dostatek času pro vznik těchto fází nebo produktů přeměny. Fáze má charakteristickou krystalovou strukturu a rozsah chemického složení. Mikrostrukturní složka může obsahovat více než jednu fázi v charakteristickém uspořádání. Technická literatura toto rozlišení ne vždy zachovává: v odborných textech z oblasti strojírenství se často objevují výrazy „perlitická fáze“ a „bainitická fáze“, přestože perlit a bainit je přesnější popisovat jako transformační mikrostrukturní složky. Volnější formulace je pochopitelná, protože každá z nich má rozpoznatelný transformační rozsah, morfologii a reakci vlastností. ![Základy tepelného zpracování oceli](/images/uploads/cfdb2664-4688-4412-b002-0efb09990f0d/wiki-inline-polished-steel-microstructure-showing-ferrite-grains-pearlite-colonies-and-dark-1920x1920.jpg)[](/images/uploads/cfdb2664-4688-4412-b002-0efb09990f0d/wiki-inline-polished-steel-microstructure-showing-ferrite-grains-pearlite-colonies-and-dark-1920x1920.avif "Zvětšit obrázek — Základy tepelného zpracování oceli")Steel properties depend on the phases present and how they are arranged. ### Ferit, austenit a cementit Ferit je tělesově centrovaná kubická (BCC) forma železa, v nelegované uhlíkové oceli obvykle označovaná jako α-ferit pod transformační teplotou A1. Jeho rozpustnost uhlíku je velmi nízká. Při teplotě 727 °C, která se běžně používá jako eutektoidní teplota pro diagram železo–karbid železa, může ferit rozpustit pouze přibližně 0,022 hm. % uhlíku; při nižších teplotách jeho rovnovážná rozpustnost dále klesá. Legující prvky tuto hodnotu mění a mohou ovlivnit stabilitu feritu, ferit však ve srovnání s martenzitem nebo strukturami bohatými na karbidy obecně zůstává poměrně měkkou a tvárnou složkou. To neznamená, že je ferit z mechanického hlediska bezvýznamný. Feritická matrice může absorbovat plastickou deformaci a odolávat křehkému šíření trhlin, čímž při řízené velikosti zrna, obsahu vměstků a okolních složek podporuje tažnost a houževnatost. Jeho nízká tvrdost obvykle omezuje odolnost proti abrazivnímu opotřebení, ačkoli jemnozrnná feritická struktura může při kontaktním nebo cyklickém zatěžování vykazovat lepší vlastnosti než hrubozrnná struktura. Ferit také ovlivňuje rozměrové změny prostřednictvím tepelné roztažnosti, modulu pružnosti a historie transformací. Nerovnoměrný vznik feritu v průřezu může vést k lokálním rozdílům v pevnosti a zbytkovém napětí. Austenit je plošně centrovaná kubická (FCC) forma železa, označovaná jako γ-železo. Jeho rozpustnost uhlíku je výrazně vyšší než u feritu: diagram železo–karbid železa uvádí maximum přibližně 2,14 hm. % uhlíku při teplotě kolem 1147 °C. Austenit je proto výchozí fází pro mnoho způsobů tepelného zpracování ocelí. Při austenitizaci se ferit a cementit rozpouštějí v rozsahu určeném složením, teplotou, dobou a předchozí mikrostrukturou. Úplné rozpuštění není vždy žádoucí; nerozpuštěné legující karbidy mohou být u legovaných ocelí nezbytné pro řízení velikosti zrna nebo dosažení požadované odolnosti proti opotřebení. Austenit je při austenitizačních teplotách obecně tvárnější než produkty vznikající při ochlazování, jeho chování při pokojové teplotě však závisí na tom, zda je stabilní. Uhlík, mangan, nikl, chrom a další legující prvky mohou snižovat transformační teploty nebo zpomalovat rozklad austenitu. Velikost průřezu a rychlost ochlazování pak určují, zda se austenit přemění na perlit, bainit, martenzit nebo jejich směs. Růst austenitického zrna při nadměrném ohřevu může po ochlazení snížit houževnatost, i když výsledná tvrdost zůstane přijatelná. Cementit je karbid železa Fe₃C. Jde o tvrdou, relativně křehkou sloučeninu obsahující 6,67 hm. % uhlíku v metastabilním systému železo–karbid železa. Cementit se běžně vyskytuje jako destičky nebo částice v perlitu, jako částice spojené s bainitickým feritem nebo jako sferoidizované částice v žíhané struktuře. Jeho tvrdost může zvyšovat odolnost proti abrazi a vtlačení, avšak souvislá nebo hrubá síť cementitu může snižovat tažnost a lomovou houževnatost. Tvar karbidů je stejně důležitý jako jejich množství: zaoblené částice obecně narušují dráhy šíření trhlin méně výrazně než tenké vrstvy nebo vzájemně propojené karbidy na hranicích zrn. S pojmem „rovnováha“ je zde třeba zacházet opatrně. Cementit je vzhledem ke grafitu metastabilní, přesto představuje praktickou referenční karbidickou fázi pro většinu diagramů uhlíkových a nízkolegovaných ocelí i pro výpočty tepelného zpracování. Legující přísady mohou stabilizovat jiné karbidy, například karbidy bohaté na chrom, takže samotný Fe₃C nemůže popsat každou nástrojovou nebo vysoce legovanou ocel. ### Perlit a bainit Perlit vzniká, když se austenit kooperativně rozkládá na střídající se ferit a cementit. V běžné kolonii hrubého perlitu se obě fáze objevují jako lamely; při nižších transformačních teplotách se mezilamelární rozestup zmenšuje. Perlit je proto dvoufázová mikrostrukturní složka, nikoli jediná krystalografická fáze. Jeho tvrdost roste s klesajícím mezilamelárním rozestupem, protože jemné cementitické bariéry omezují pohyb dislokací. Hrubý perlit obecně poskytuje větší tažnost a lepší obrobitelnost než jemný perlit, zatímco jemný perlit může nabídnout užitečnou kombinaci pevnosti, odolnosti proti opotřebení a střední houževnatosti. Vznik perlitu je řízen difuzí. Uhlík se musí přesouvat z oblastí, které se mění na ferit, do cementitu, takže transformace vyžaduje určitou dobu při vhodné teplotě. Pomalé ochlazování v peci podporuje vznik relativně hrubého perlitu, zatímco normalizace vede díky rychlejšímu ochlazování na vzduchu a jemnější struktuře předchozího austenitického zrna k jemnějšímu perlitu. Ani tento účinek však není univerzální: skutečnou velikost a podíl perlitických kolonií určují obsah legujících prvků, obsah uhlíku, tloušťka průřezu a podmínky ochlazování. Perlit může také přispívat k rozměrovým změnám, protože transformace austenitu je spojena se změnou měrného objemu a nerovnoměrné ochlazování může zanechat zbytkové napětí. Bainit vzniká z austenitu při teplotách nižších než perlitický rozsah a vyšších než teplota, při níž se začíná tvořit martenzit, ačkoli hranice nejsou pro všechny oceli pevně stanovenými konstantami. Skládá se především z feritických oblastí obsahujících oblasti obohacené uhlíkem a částice karbidů. Horní bainit se obvykle tvoří při vyšších transformačních teplotách, přičemž karbidy se nacházejí mezi feritickými latěmi nebo destičkami; dolní bainit vzniká při nižších teplotách a vyznačuje se jemnějšími karbidy uvnitř feritu nebo v jeho těsné vazbě. Přesná morfologie závisí na obsahu uhlíku, legování, transformační teplotě a průběhu ochlazování. Bainit je rovněž mikrostrukturní složkou, nikoli jedinou fází. Jeho tvrdost obvykle převyšuje tvrdost hrubého perlitu a může se blížit dolnímu rozsahu tvrdosti popuštěného martenzitu nebo se s ním překrývat, avšak bez uvedení složení a stavu nelze přiřadit jedinou hodnotu tvrdosti. Bainitické struktury mohou poskytovat užitečnou pevnost a odolnost proti opotřebení při zachování větší houževnatosti než u nepopuštěného martenzitu. Izotermické zušlechťování (austempering) je navrženo tak, aby vytvořilo řízenou bainitickou strukturu, avšak neúplná transformace může zanechat zbytkový austenit. U některých geometrií může být deformace menší než při přímém kalení, protože transformace probíhá rovnoměrněji, avšak teplotní gradienty a transformační napětí zůstávají významné. ### Martenzit a zbytkový austenit Martenzit vzniká, když se austenit ochlazuje dostatečně rychle na to, aby se potlačil difuzně řízený vznik perlitu a bainitu. Jde o bezdifuzní, posuvný transformační produkt: během transformace nemá uhlík čas rozdělit se do rovnovážného cementitu, a proto zůstává uvězněn v přesycené železné mřížce. Uhlíková ocel se vzniklou strukturou se obvykle popisuje jako tělesově centrovaná tetragonální (BCT), ačkoli tetragonalita silně závisí na obsahu uhlíku a u nízkouhlíkového martenzitu může být malá. Martenzit se může v nízkouhlíkových a středně uhlíkových ocelích vyskytovat ve formě latí, zatímco u ocelí s vyšším obsahem uhlíku může mít deskovitou morfologii. Čerstvý, nepopuštěný martenzit je tvrdý, protože jeho přesycení, deformace mřížky, vysoká hustota dislokací a transformační substruktura brání plastické deformaci. Tato tvrdost může zlepšit odolnost proti vtlačení a abrazivnímu opotřebení, avšak nepopuštěný martenzit má často omezenou houževnatost a může být náchylný ke vzniku trhlin, zejména při vysokém obsahu uhlíku, velké velikosti předchozího austenitického zrna, vysoké intenzitě kalení a vysokém zbytkovém napětí. Popouštění umožňuje řízené vylučování karbidů a uvolnění napětí, čímž se snižuje tvrdost výměnou za zlepšení tažnosti a odolnosti proti porušení. Zvolený režim popouštění musí odpovídat požadavkům provozu, nikoli pouze sledovat maximální tvrdost jako jediný cíl. Při kalení se nemusí veškerý austenit přeměnit. Austenit, který zůstává pod teplotou dokončení tvorby martenzitu, se nazývá zbytkový austenit. Jeho množství závisí na obsahu uhlíku a legujících prvků, podmínkách austenitizace, rychlosti ochlazování a teplotách Ms a Mf. Zbytkový austenit může v některých pečlivě řízených strukturách zlepšovat houževnatost, zároveň je však rozměrově nestabilní. Během provozu, při zpracování pod bodem mrazu, broušení, nárazu nebo popouštění se může přeměnit na martenzit, což způsobí opožděnou rozměrovou expanzi, změnu tvrdosti nebo deformaci. Jeho transformace může také vytvářet lokální napětí a iniciovat trhliny, pokud okolní martenzit omezuje objemovou změnu. Z tohoto důvodu samotná měření tvrdosti nepotvrzují, zda má kalená ocel požadovanou mikrostrukturu. Specifikace může kromě tvrdosti vyžadovat také kontrolu zbytkového austenitu, velikosti zrna, oduhličení nebo deformace. ISO 683-1:2016 se zabývá nelegovanými ocelemi určenými především ke kalení a popouštění, izotermickému zušlechťování, kalení plamenem, indukčnímu kalení a některým normalizovaným stavům. ISO 17663:2023 zařazuje tepelné zpracování související se svařováním a tvářenými součástmi do rámce požadavků na kvalitu, především u feritických ocelí. Obě normy odrážejí praktický závěr: volba fází a řízení transformací musí být spojeny se složením, geometrií, tepelnou historií a požadovanou mechanickou i rozměrovou odezvou. ## Austenitizace: Výchozí bod mnoha tepelných úprav #### Postup austenitizace 1. **Ohřev** Ohřejte součást do požadovaného rozsahu tvorby austenitu. 2. **Vyrovnání teploty** Nechte nejchladnější významnou oblast dosáhnout požadovaného stavu. 3. **Selektivní rozpouštění** Redistribuujte uhlík a v zamýšleném rozsahu rozpusťte část karbidické fáze. 4. **Řízení velikosti zrna** Vyhněte se zbytečné teplotě nebo době výdrže podporující růst austenitických zrn. 5. **Včasný přenos** Bez nekontrolované prodlevy zahajte stanovenou cestu ochlazování. Austenitizace je řízený ohřev oceli do teplotního rozmezí, v němž vzniká austenit, po němž následuje dostatečná výdrž na této teplotě pro požadovanou přeměnu a redistribuci chemických prvků. Je výchozí fází mnoha cyklů kalení a popouštění, martenzitického kalení, bainitického kalení, kalení plamenem a indukčního kalení. Bez austenitu nemůže následné ochlazování vytvořit zamýšlenou strukturu martenzitu nebo bainitu. Účelem není pouze ocel zahřát. Cílem je vytvořit před ochlazováním, které změní průběh přeměny, austenit se správným obsahem uhlíku, rozložením legujících prvků, velikostí zrna a prostorovou homogenitou. Osnova kurzu metalurgie oceli organizace ASTM International z roku 2024 řadí austenit vedle feritu, cementitu, perlitu, martenzitu a bainitu mezi ústřední prvky fázového a technologického rámce. ASM International obdobně chápe austenitizaci jako jeden z prvků širšího systému, který zahrnuje diagramy přeměn, prokalitelnost, kalení, deformace a řízení zbytkových napětí. ### Ohřev do oblasti austenitu U uhlíkových ocelí začíná austenitizace nad dolní kritickou teplotou, kde se ferit a perlit přeměňují na austenit. Přesná teplota závisí na obsahu uhlíku, výchozí mikrostruktuře, rychlosti ohřevu a legujících přísadách. Podeutektická ocel, například typická ocel se středním obsahem uhlíku, se obvykle musí ohřát nad horní kritickou teplotu, aby se ferit rozpustil a struktura se stala převážně austenitickou. Nadeutektická ocel se často ohřívá mezi dolní kritickou teplotou a čárou rozpustnosti cementitu, pokud má být část nerozpuštěného cementitu záměrně zachována. Diagram železo–karbid železa popisuje rovnovážnou stabilitu fází, avšak cyklus v peci není rovnovážným experimentem. Rychlost ohřevu posouvá pozorované teploty přeměn a legující prvky mohou zpomalovat vznik austenitu nebo rozpouštění karbidů. Chrom, molybden, vanad, wolfram a titan mohou vytvářet stabilní karbidy, jejichž rozpuštění vyžaduje vyšší teploty nebo delší výdrže. Nikl a mangan mění teploty přeměn a prokalitelnost, aniž by se chovaly stejně jako karbidotvorné prvky. Zvlášť důležitý je uhlík: musí do austenitu vstupovat v řízeném množství, protože jeho koncentrace ovlivňuje počáteční teplotu vzniku martenzitu, tvrdost, zbytkový austenit a rozměrové změny. Austenitizace proto předchází kalení, protože při kalení se přeměňuje austenit přítomný v okamžiku zahájení ochlazování. Pokud po překročení předepsaného množství zůstanou ve struktuře ferit, perlit nebo nerozpuštěné karbidy, může výsledná struktura obsahovat měkké oblasti nebo rozložení uhlíku odlišné od předpokladu návrhu. Pokud se však ocel zahřeje příliš, nápravou není automaticky vyšší tvrdost. Nadměrná teplota může vést k růstu austenitických zrn, zvýšit oxidaci a oduhličení, podpořit deformace a rozpustit karbidy, které měly omezovat růst zrna nebo zajišťovat odolnost proti opotřebení. Stejný princip platí pro povrchové úpravy. Při indukčním kalení nebo kalení plamenem může do oblasti austenitu dosáhnout pouze vrstva v blízkosti povrchu. Hloubka ohřevu, maximální teplota a doba nad kritickým rozmezím určují zakalenou vrstvu. Krátký a intenzivní cyklus může zachovat jemnou velikost zrna, zároveň však vytváří strmé teplotní gradienty a vyžaduje přesné řízení výkonu, rychlosti pohybu, vazby a chlazení. ### Rozpouštění, růst zrna a homogenizace Při přeměně feritu a perlitu se cementit rozpouští a uhlík difunduje do nově vznikajícího austenitu. Tento proces není okamžitý. Součást může vykazovat správnou teplotu v peci, zatímco její střed je stále pod teplotním rozmezím přeměny, zejména pokud je průřez tlustý, vsázka hustá nebo je cirkulace v peci nedostatečná. Doba výdrže by proto měla vycházet z času potřebného k ohřátí nejchladnější významné oblasti součásti na požadovanou teplotu, nikoli pouze z okamžiku, kdy displej pece dosáhne nastavené hodnoty. Rozpouštění má protichůdné účinky. K odstranění nežádoucího perlitu nebo feritu a k rozložení uhlíku tak, aby se austenit při ochlazování přeměnil podle záměru, je zapotřebí dostatečný čas a teplota. U legovaných ocelí může být nutné částečné rozpuštění některých karbidů, aby se do austenitu uvolnil uhlík a legující prvky. Úplné rozpuštění však může být nežádoucí. Zachované legované karbidy mohou omezovat růst austenitického zrna, přispívat k odolnosti proti opotřebení a řídit obsah uhlíku v matrici. Růst zrna se urychluje, pokud je austenit udržován při zbytečně vysoké teplotě. Hrubá předchozí austenitická zrna snižují houževnatost a mohou zvýšit náchylnost k praskání při kalení nebo citlivost k lomu, i když tvrdost dosahuje jmenovité požadované hodnoty. Mění také kinetiku přeměn a mohou ovlivnit hloubku i rovnoměrnost zakalení. Jemnozrnný austenit nevzniká díky jediné univerzální době výdrže; je výsledkem sladění teploty, rychlosti ohřevu, výchozího stavu, chemického složení oceli a velikosti průřezu. Důležité je také předchozí zpracování. Normalizovaná, žíhaná, kovaná, za studena tvářená a svařovaná ocel může vstupovat do pece s rozdílným rozložením karbidů, velikostí zrna a zbytkovými napětími. Součást z kované oceli 42CrMo4 a tenký plech ze stejné jmenovité jakosti nebudou na stejný režim reagovat totožně. Norma ISO 683-1:2016 se zabývá nelegovanými ocelemi určenými především ke kalení a popouštění, bainitickému kalení, kalení plamenem, indukčnímu kalení a v některých případech k normalizovanému stavu; označení jakosti a předepsaný dodací stav zůstávají zásadními vstupními údaji pro stanovení cyklu. Austenitizace může také homogenizovat lokální chemické složení, avšak pouze v prakticky dosažitelných mezích. Segregace vzniklá při odlévání, páskovitost způsobená válcováním, rozdíly ve svarovém kovu a povrchové znečištění mohou přetrvávat, pokud jsou difuzní vzdálenosti velké. Delší výdrž může některé gradienty zmenšit, zároveň však způsobuje růst zrna a poškození povrchu. Tepelné zpracování nedokáže odstranit každou vadu vzniklou předchozím zpracováním. ### Řízení času, teploty a atmosféry Nastavená teplota pece je pouze jednou z řídicích veličin. Skutečný tepelný cyklus zahrnuje rychlost ohřevu, uspořádání vsázky, teplotu součásti, rovnoměrnost teploty, dobu výdrže, čas přenosu do kalicího média a atmosféru obklopující ocel. Všechny tyto parametry ovlivňuje geometrie. Tenké hrany se zahřívají rychle a mohou se přehřát dříve, než silný náboj dosáhne cílové teploty; otvory, drážky pro pera, závity a náhlé změny průřezu vytvářejí lokální tepelné koncentrace a koncentrace napětí. Upínací přípravky mohou zastínit povrchy před sálavým teplem nebo omezit cirkulaci. Termočlánky umístěné v blízkosti stěny pece mohou vykazovat stabilní teplotu, zatímco střed součásti zůstává chladnější. Výrobní praxe proto podle potřeby používá kvalifikované kontroly pecí, termočlánky umístěné ve vsázce, reprezentativní zkušební tělesa nebo ověřené modely přenosu tepla. Norma ISO 17663:2023 stanovuje požadavky na jakost tepelného zpracování na vzduchu nebo v řízených atmosférách prováděného v dílnách či na pracovišti, především pro feritické oceli a související svařované nebo tvářené součásti. Její rozsah odráží praktický problém: opakovatelné výsledky vyžadují zdokumentované zařízení, monitorování, kalibraci a kritéria přejímky. Řízení atmosféry chrání chemické složení povrchu. Oxidační plyny v peci vytvářejí okuje, zatímco oduhličující podmínky odstraňují uhlík z povrchu. Oduhličená vrstva může po kalení snížit povrchovou tvrdost, i když složení a tvrdost jádra jsou správné. Vakuum, inertní plyn, sůl nebo řízené endotermické atmosféry mohou tyto účinky omezit, každý z těchto postupů však přináší vlastní požadavky na řízení procesu a bezpečnost. Stav povrchu je třeba kontrolovat profily tvrdosti, metalografií, rozměrovou kontrolou nebo měřením hloubky chemických změn, pokud to dané použití vyžaduje. Doba na teplotě by měla být dostatečná pro požadovanou přeměnu a vyrovnání teploty, nikoli však delší. Jakmile je dosaženo předepsaného stavu austenitu, musí být zahájeno ochlazování bez prodlení, protože zpoždění při přenosu může změnit tepelnou historii, zejména u ocelí s vysokou prokalitelností nebo u velkých součástí. Konečný výsledek je dán celou časově-teplotní cestou, nikoli číslem uvedeným na regulátoru pece. Právě v tomto rozlišení začíná opakovatelná austenitizace. ## Transformační diagramy a kinetika tepelného zpracování Režim tepelného zpracování nelze zvolit pouze podle teploty. Ocel musí být nejprve austenitizována a poté vedena po konkrétní časově-teplotní dráze, která určuje, zda se austenit přemění na ferit, perlit, bainit nebo martenzit. Tuto dráhu ovlivňuje obsah uhlíku, legující přísady, původní velikost zrna, tloušťka průřezu, rychlost ohřevu i stav výchozí struktury. Transformační diagramy umožňují spojit tyto proměnné s pozorovatelnými jevy: začátkem transformace, rychlostí jejího průběhu a okamžikem, kdy je v podstatné míře dokončena. Diagram fází železo–karbid železa popisuje stabilitu fází za rovnovážných nebo téměř rovnovážných podmínek. Nepředpovídá výsledek rychlého kalení. Diagramy TTT a CCT tuto chybějící otázku řeší tím, že znázorňují závislost transformace na čase i teplotě. Zpracování základů oceli publikované ASM International v roce 2024 řadí tyto diagramy vedle austenitizace, prokalitelnosti, kalení, žíhání, popouštění a řízení zbytkových napětí, protože žádný z těchto procesů nelze spolehlivě stanovit bez zohlednění kinetiky transformací. ![Základy tepelného zpracování oceli](/images/uploads/caca3c43-3b3a-4def-9370-72f00bcbbff6/wiki-inline-a-schematic-ttt-diagram-showing-pearlite-bainite-and-martensite-transformation-r-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/caca3c43-3b3a-4def-9370-72f00bcbbff6/wiki-inline-a-schematic-ttt-diagram-showing-pearlite-bainite-and-martensite-transformation-r-1920x1094.avif "Zvětšit obrázek — Základy tepelného zpracování oceli")Transformation diagrams show how time and temperature shape the final structure. ### Diagramy čas–teplota–transformace Diagram čas–teplota–transformace, běžně označovaný jako diagram TTT nebo izotermický transformační diagram, se vytváří ohřevem vzorků do oblasti austenitu, jejich rychlým přemístěním na zvolené konstantní teploty, výdrží při těchto teplotách a měřením okamžiku začátku a konce transformace. Čas se vynáší na vodorovné ose v logaritmickém měřítku, zatímco teplota se vynáší na svislé ose. Výsledné křivky začátku a konce často vytvářejí charakteristický tvar písmene C pro perlitické a bainitické reakce. Křivka začátku označuje přibližnou inkubační dobu předtím, než se přemění detekovatelný podíl austenitu. Křivka konce udává okamžik, kdy je zvolená transformace podle použité zkušební metody v podstatné míře dokončena. Mezi těmito křivkami se ferit, perlit nebo bainit vyvíjí postupně; diagram neříká, že celý vzorek změní fázi v jediném okamžiku. Vodorovná přímka při zvolené teplotě proto protne křivku začátku po uplynutí inkubační doby a křivky konce dosáhne po delší době výdrže. Při teplotách těsně pod eutektoidním rozmezím může austenit vytvářet hrubý perlit s relativně velkými rozestupy mezi feritem a cementitem. Při nižších teplotách se mezilamelární rozestup zmenšuje a perlit se stává jemnějším. Ještě nižší teplotní rozmezí může vést ke vzniku bainitu, jehož uspořádání feritu a karbidu se od perlitu liší. Přesné hranice závisí na složení oceli a podmínkách zkoušky. Legující prvky, jako jsou chrom, molybden, nikl a mangan, obecně zpomalují difuzně řízené reakce změnou stability fází a rychlostí substituční difuze, jejich účinky však nejsou u všech jakostí stejné. Použití diagramů přeměn při izotermických a kontinuálních způsobech tepelného zpracování. | Diagram nebo postup | Klíčová podmínka | Typická přeměna nebo účel | |---|---|---| | TTT | Výdrž za konstantní teploty | Kinetika přeměny na perlit nebo bainit | | CCT | Kontinuální ochlazování | Praktické cesty ochlazování v peci a při kalení | | Izotermické zušlechťování | Výdrž nad Ms a pod perlitickou oblastí | Izotermická tvorba bainitu | | Martemperování | Výdrž v blízkosti Ms pro vyrovnání teploty | Snížení teplotního gradientu před vznikem martenzitu | Diagram TTT je zvláště užitečný pro pochopení izotermických procesů, jako je bainitické kalení. Austenit se rychle ochladí na zvolenou bainitickou teplotu, udržuje se při ní, dokud neproběhne požadovaná transformace, a poté se ochladí na pokojovou teplotu. Diagram pomáhá určit, zda dráha ochlazování obchází perlit a zda je výdrž dostatečně dlouhá k přeměně požadovaného množství austenitu. Může také ukázat, proč výdrž, která se zdá být dostatečná pro jedno složení, selže u jiného. Teplota začátku tvorby martenzitu, označovaná Ms, se posuzuje odlišně. Martenzit je bezdifuzní transformace: uhlík nemá čas rozdělit se do cementitu, zatímco se mřížka mění z austenitu na přesycenou tetragonální strukturu prostorově centrovanou. Martenzit začíná vznikat při ochlazení oceli pod její Ms, která závisí na složení, a jeho množství se obecně zvyšuje s poklesem teploty směrem k teplotě dokončení tvorby martenzitu, Mf. Tato reakce není řízena inkubační dobou stejným způsobem jako tvorba perlitu. Pokud se kalení zastaví nad Ms, martenzit nevznikne; pokud se zastaví mezi Ms a Mf, může část austenitu zůstat nepřeměněná. ### Diagramy transformace při plynulém ohřevu a plynulém ochlazování Průmyslové pece a kalicí systémy jen zřídka reprodukují náhlé změny teploty používané při konstrukci diagramu TTT. Součást se ohřívá plynule, v průřezu se v ní mohou vytvářet teplotní gradienty a poté se plynule ochlazuje na vzduchu, v oleji, polymeru, vodě, soli nebo řízeném plynu. Diagramy transformace při plynulém ohřevu (CHT) popisují transformaci během ohřevu při stanovené rychlosti, zatímco diagramy transformace při plynulém ochlazování (CCT) popisují transformaci během nepřerušovaného ochlazování. Tendence k difuzní přeměně Tendence k martenzitické přeměně Článek popisuje pomalejší ochlazování jako podporující vznik feritu a perlitu a rychlejší ochlazování jako podporující vznik martenzitu; vynesené hodnoty jsou pořadové, nikoli naměřené vlastnosti. Diagram CCT obvykle obsahuje několik křivek ochlazování, z nichž každá představuje jinou rychlost ochlazování. Pomalá křivka může protínat oblasti začátku tvorby feritu a perlitu, takže před dosažením oblasti bainitu nebo martenzitu vzniknou difuzní produkty. Rychlejší křivka může tyto oblasti obejít a vstoupit do oblasti martenzitu. Rychlost ochlazování potřebná k zabránění transformaci před dosažením Ms je kritická rychlost ochlazování pro konkrétní vzorek a podmínky austenitizace, nikoli univerzální hodnota pro celou skupinu ocelí. Průsečík křivky s hranicemi začátku a konce transformace poskytuje praktickou předpověď vznikajících produktů. Například dráha ochlazování vzorku AISI 1045 může procházet oblastmi feritu a perlitu, kterým se srovnatelná dráha u vzorku AISI 4140 vyhne, protože chrom, molybden a mangan posouvají transformační reakce k delším časům. Tyto dvě jakosti proto nemohou sdílet jeden obecný diagram CCT, i když jsou obě kaleny a popouštěny. Diagramy CCT jsou obecně užitečnější než diagramy TTT pro normalizační žíhání, ochlazování na vzduchu, přímé kalení a výrobní cykly v peci. Mohou naznačit, zda povrch a střed tlusté součásti budou sledovat odlišné dráhy. Střed se ochlazuje pomaleji, protože teplo musí procházet okolním materiálem, a proto se v něm může vytvořit perlit nebo bainit, zatímco povrch dosáhne oblasti martenzitu. To je podstata prokalitelnosti: nejde pouze o maximální tvrdost dosažitelnou na povrchu, ale o hloubku, do níž lze při definovaném kalení vytvořit požadovanou strukturu nebo tvrdost. Žádný z těchto diagramů není univerzální mapou. Diagram označený například pro AISI 4140 mohl být vytvořen s použitím stanoveného rozmezí obsahu uhlíku, austenitizační teploty, doby výdrže, původní velikosti zrna, geometrie vzorku a chladicího média. Změna kteréhokoli z těchto parametrů může transformační chování posunout. Jemnější původní velikost austenitického zrna poskytuje více nukleačních míst a může některé difuzní transformace urychlit; nadměrný růst zrna je může zpomalit. Komerční cyklus tepelného zpracování je proto nutné ověřit s ohledem na skutečnou tavbu, rozměry, rovnoměrnost ohřevu v peci a podmínky kalení. ### Nukleace, růst a účinky rychlosti transformace Difuzně řízená transformace vyžaduje nukleaci i růst. Nukleace vytváří malé oblasti nové fáze, zatímco růst přenáší atomy přes rozhraní a tyto oblasti zvětšuje. Při teplotách blízkých rovnovážné transformační teplotě může být hnací síla pro rychlou nukleaci příliš malá. Při mnohem nižších teplotách se difuze zpomaluje. Transformace je často nejrychlejší při střední teplotě, což vysvětluje „nos“ křivky ve tvaru C označující začátek transformace. Inkubační doba je období před vznikem dostatečného počtu stabilních zárodků, aby bylo možné transformaci detekovat. V obecném smyslu nejde o promarněný čas; odráží konkurenci mezi termodynamickou hnací silou, energií rozhraní a pohyblivostí atomů. Výdrž austenitu v blízkosti nosu diagramu TTT proto může vyžadovat jen velmi krátkou dobu, než začne vznikat perlit, zatímco výdrž při vyšší teplotě může vyžadovat mnohem delší inkubaci. Výslednou strukturu ovlivňuje také rychlost růstu. Rychlejší růst při vyšších transformačních teplotách obvykle vede k tvorbě hrubšího perlitu, zatímco transformace při nižší teplotě vytváří jemnější rozestupy a obvykle vyšší pevnost. Bainit vzniká odlišnou kombinací růstu feritu a redistribuce uhlíku a jeho morfologie se mění s teplotou. Martenzit obchází běžný difuzně řízený růst, vytváří však vysokou hustotu dislokací, deformaci mřížky a zbytková napětí; ke snížení těchto účinků a úpravě tvrdosti a houževnatosti je obvykle nutné popouštění. Laboratorní diagramy izolují proměnné na malých vzorcích. Výrobní součásti nikoli. Kovaný hřídel může vstupovat do pece se segregací, okujemi, zbytkovým napětím a nerovnoměrnou výchozí strukturou. Jeho povrch se může ohřívat a ochlazovat rychleji než jádro, zatímco rohy, otvory a ostré přechody mění tok tepla. Norma ISO 17663:2023 proto považuje tepelné zpracování související se svařováním a příbuznými procesy za operaci podléhající řízení kvality, prováděnou v dílnách nebo na pracovišti, včetně sledování tepelných záznamů a procesních podmínek. Norma ISO 683-1:2016 mezitím stanovuje dodací požadavky pro nelegované oceli určené především ke kalení a popouštění, bainitickému kalení, kalení plamenem, indukčnímu kalení a vybraným normalizovaným stavům. Transformační diagramy určují postup, nenahrazují však měření. K potvrzení, že byla skutečně dodržena zamýšlená dráha, jsou zapotřebí termočlánky, měření tvrdosti, metalografické hodnocení a záznamy o podmínkách v peci a při kalení. Smysluplná otázka nezní, zda byla ocel „ohřáta a ochlazena“, ale které transformace proběhly, kde k nim došlo a jak jejich časový průběh vytvořil výslednou rovnováhu mezi tvrdostí, houževnatostí, deformací a zbytkovým napětím. ## Žíhací a normalizační postupy Způsoby žíhání a normalizačního žíhání se liší účelem a cestou ochlazování. | Zpracování | Podmínky ohřevu | Podmínky ochlazování | Typický výsledek | |---|---|---|---| | Úplné žíhání | Do austenitické oblasti | Pomalé ochlazování v peci | Měkká, poměrně hrubá feriticko-perlitická struktura | | Žíhání na sferoidizaci | Při Ac1 nebo těsně pod ní, často opakovaně | Pomalé řízené ochlazování | Zaoblené částice cementitu ve feritu | | Procesní žíhání | Pod Ac1 | Řízené ochlazování | Rekrystalizovaná, měkčí nízkouhlíková ocel | | Normalizační žíhání | Do austenitické oblasti | Ochlazování v klidném vzduchu | Jemnější a často pevnější feriticko-perlitická struktura | Žíhání není jeden pevně stanovený postup ohřevu a ochlazování. Jedná se o skupinu tepelných cyklů volených za účelem změny tvrdosti, tažnosti, obrobitelnosti, zbytkového napětí, struktury zrn nebo stavu, který zůstal po předchozím procesu. Požadovaný cyklus závisí na obsahu uhlíku, přísadách slitiny, velikosti průřezu, předchozí deformaci, rychlosti ohřevu, době výdrže, rovnoměrnosti teploty v peci a zamýšleném průběhu ochlazování. Postup, který změkčí tenký nízkouhlíkový plech, nemusí být vhodný pro tlustý výkovek ze středně uhlíkové oceli, i když jsou oba označovány jako „žíhané“. Fázové změny, které jsou základem těchto postupů, se obvykle probírají pomocí diagramu železo–karbid železa, tento diagram však poskytuje rovnovážné vztahy, nikoli dobu potřebnou k transformaci. Rychlosti ohřevu a ochlazování skutečnou odezvu posouvají. Diagramy transformace při spojitém ohřevu a spojitém ochlazování spolu s diagramy čas–teplota–transformace ukazují, kdy vzniká austenit a kdy se rozkládá na ferit, perlit, bainit nebo jiné produkty. Publikace ASM International z roku 2024 věnovaná tepelnému zpracování ocelí konkrétně zařazuje žíhání, austenitizaci, transformační diagramy, tvrdost a řízení zbytkových napětí do stejného procesního rámce. ### Úplné žíhání a související postupy změkčování Úplné žíhání obecně spočívá v ohřevu oceli do oblasti austenitu, ve výdrži dostatečně dlouhé k dosažení vhodného stavu v celém průřezu a v pomalém ochlazování v peci. U podeutektoidní oceli leží austenitizační teplota obvykle nad horní kritickou teplotou Ac3, takže se původní ferit a perlit dostatečně rozpustí a vytvoří austenit. U nadeutektoidní oceli se cyklus obvykle volí nad Ac1, ale pod Acm, takže část proeutektoidního cementitu zůstane a nedojde k rozpuštění všech karbidů. Konkrétní postup se liší podle jakosti oceli a velikosti průřezu. Při pomalém ochlazování v peci se austenit transformuje poměrně blízko rovnovážným podmínkám. Podeutektoidní složení vytváří proeutektoidní ferit, po němž následuje perlit; eutektoidní ocel se transformuje převážně na perlit; nadeutektoidní ocel vytváří perlit s proeutektoidním cementitem. Výsledná struktura je obvykle měkčí a hrubší než struktura vzniklá ochlazováním na vzduchu. Hrubší perlit má větší mezilamelární vzdálenost, což snižuje odpor proti řezání a deformaci, ale zároveň snižuje pevnost a tvrdost. Cílem je často změkčení před obráběním nebo tvářením za studena. Úplné žíhání může snížit řezné síly, omezit opotřebení nástroje a zajistit rovnoměrnější tvrdost v celém velkém výkovku nebo odlitku. Může také nahradit nerovnoměrnou odlitkovou strukturu nebo předchozí přehřátou strukturu předvídatelnějším uspořádáním feritu a perlitu. Neodstraňuje však automaticky všechny vady: segregace, nadměrný růst zrn, oduhličení a karbidové sítě mohou přetrvávat nebo se mohou stát výraznějšími, pokud nejsou teplota a doba výdrže správně řízeny. Tlustý průřez výsledek komplikuje. Jeho povrch sleduje teplotu pece rychleji než jádro, zatímco jádro se ochlazuje pomaleji a může se transformovat při jiné teplotě. Vnější část proto může obsahovat jemnější perlit než střed, případně v ní může probíhat jiná tvorba feritu, i když je cyklus v peci správně zaznamenán. Měření teploty musí reprezentovat obrobek, nikoli pouze atmosféru v peci. Sferoidizační žíhání je další postup změkčování, který má zvláštní význam u vysokouhlíkových ocelí a nástrojových ocelí, jež je třeba obrábět před kalením. Prodloužená výdrž těsně pod Ac1 nebo opakovaný ohřev přes Ac1 s následným pomalým ochlazením podporuje vznik zaoblených částic cementitu ve feritické matrici. Sferoidizované karbidy obecně usnadňují obrábění vysokouhlíkové oceli ve srovnání s jemnou lamelární perlitickou strukturou a poskytují vhodný výchozí stav pro následnou austenitizaci. Cyklus může být dlouhý, protože cementit musí difuzí změnit svůj tvar; krátká výdrž v peci stejný výsledek nezajistí. Izotermické žíhání umožňuje přesnější řízení než běžné ochlazování v peci. Ocel se z austenitizační oblasti ochladí na zvolenou teplotu v oblasti perlitické transformace, udržuje se na této teplotě, dokud není transformace z velké části dokončena, a poté se ochladí na pokojovou teplotu. Výdrž může u některých jakostí vytvořit rovnoměrnější strukturu a zkrátit celkový cyklus, vyžaduje však řízené zařízení a transformační režim specifický pro dané složení. ### Procesní žíhání a odstraňování napětí Procesní žíhání je obvykle podkritický postup používaný u nízkouhlíkových nebo nízkolegovaných ocelí po tváření za studena. Materiál se ohřívá pod Ac1, často v rozsahu zvoleném tak, aby umožnil rekrystalizaci bez vzniku austenitu, poté se udržuje na teplotě a ochlazuje řízenou rychlostí. Nová, relativně bezdeformační feritická zrna nahrazují protáhlá a deformovaná zrna vzniklá válcováním, tažením, ohýbáním nebo lisováním. Tvrdost klesá, tažnost se obnovuje a ocel se stává způsobilejší pro další tvářecí operaci. Teplota musí být dostatečně vysoká pro rekrystalizaci, ale ne natolik vysoká, aby došlo k nežádoucímu růstu zrn. Význam má také předchozí stupeň deformace: silně tvářená ocel za studena obsahuje více akumulované energie a může rekrystalizovat snadněji než mírně deformovaný materiál. Obsah uhlíku a legující prvky rovněž ovlivňují kinetiku rekrystalizace. Cyklus vhodný pro nízkouhlíkový plech nelze přímo přenést na ocel s vyšším obsahem uhlíku nebo na legovanou jakost. Žíhání ke snížení napětí řeší jiný problém. Zbytková napětí vznikají svařováním, obráběním, nerovnoměrným ochlazováním, odléváním, tvářením nebo lokálním ohřevem. Podkritická výdrž umožňuje omezenou difuzi a plastickou relaxaci, čímž se napětí sníží bez záměrné transformace matrice. Tento postup může omezit deformace při následném obrábění a snížit riziko praskání nebo rozměrových změn, nevede však k rovnoměrnému úplnému odstranění zbytkového napětí. Stále záleží na ostrých přechodech v geometrii, upnutí svaru, teplotních gradientech a nerovnoměrné tloušťce průřezu. Odstraňování napětí po svařování vyžaduje věnovat pozornost svarovému kovu, tepelně ovlivněné oblasti, základnímu kovu a omezením daným konstrukcí součásti. Norma ISO 17663:2023 stanovuje požadavky na kvalitu tepelného zpracování na vzduchu nebo v řízených atmosférách, v dílnách i na staveništi, především pro feritické oceli a související svařované nebo tvářené součásti. Její význam je praktický: kalibrace pece, umístění termočlánků, rychlosti ohřevu a ochlazování, podmínky podepření a vedení záznamů mohou výsledek ovlivnit stejně výrazně jako jmenovitá teplota. ### Normalizační žíhání a zjemňování zrn Normalizační žíhání obvykle znamená ohřev oceli do oblasti austenitu, výdrž potřebnou k přípravě na transformaci a ochlazování na klidném vzduchu namísto ochlazování uvnitř pece. Ochlazování na vzduchu je rychlejší než ochlazování v peci, takže austenit se transformuje při nižší teplotě a u mnoha uhlíkových a nízkolegovaných ocelí vzniká jemnější ferit a perlit. Normalizovaný stav je obvykle pevnější a tvrdší než stav po úplném žíhání, přičemž si zachovává užitečnou tažnost. Pojem „zjemnění“ vyžaduje upřesnění. Normalizační žíhání může zjemnit hrubá zrna vzniklá kováním, odléváním, tepelnými cykly při svařování nebo nadměrným ohřevem, nemůže však napravit všechny formy segregace ani odstranit souvislou karbidovou síť. Zjemnění zrn závisí na velikosti austenitických zrn vytvořené při ohřevu. Nadměrná teplota nebo příliš dlouhá výdrž mohou před ochlazováním na vzduchu vést k růstu austenitických zrn, a tím zmařit zamýšlený výsledek. Obsah uhlíku mění jak transformační teplotu, tak konečné podíly jednotlivých fází. Zvyšování obsahu uhlíku obecně až do eutektoidního složení zvyšuje podíl perlitu a po normalizačním žíhání zvyšuje tvrdost. Nízkouhlíková jakost může zůstat převážně feritická s poměrně malým množstvím perlitu; středně uhlíková jakost vytváří více perlitu a dosahuje vyšší pevnosti; nadeutektoidní jakost může vytvořit perlit a proeutektoidní cementit. Legující prvky mohou transformaci zpomalit a změnit poměr feritu a perlitu, takže u některých ocelí může při ochlazování na vzduchu vzniknout bainit nebo jiné produkty, pokud je průřez tenký nebo je rychlost ochlazování dostatečně vysoká. Velikost průřezu tuto situaci obrací. Tenká součást rychle ztrácí teplo a může se normalizačně vyžíhat na jemnější strukturu, zatímco jádro těžkého průřezu se ochlazuje pomalu a může se přiblížit stavu po žíhání. Další proměnlivost způsobuje geometrie, kontakt s přípravky, zaplnění pece a proudění vzduchu. Normalizační žíhání je proto definovaný způsob ochlazování, nikoli pouze označení pro jakoukoli ocel ochlazenou mimo pec. Norma ISO 683-1:2016 uznává nelegované oceli dodávané v několika stavech tepelného zpracování, v některých případech včetně normalizovaného stavu; rozhodujícími pro přijatelnou mikrostrukturu a vlastnosti však nadále zůstávají specifikovaná jakost a dodací stav. ## Zakalení, kalení a prokalitelnost \[5\] \[5\] [**Basic Principles and Design Guidelines for Heat Treatment**](https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/49/chapter-abstract/608501/Basic-Principles-and-Design-Guidelines-for-Heat). ASM International. ASM Handbook chapter, 2024. Zakalení není pouze rychlé ochlazení po ohřevu. Jde o plánovaný pokus provést austenitizovanou ocel teplotními oblastmi dostatečně rychle na to, aby se potlačily difuzní přeměny, jako jsou perlit a proeutektoidní ferit, a současně vznikl martenzit nebo jiná specifikovaná zakalená struktura. Výsledek závisí na chemickém složení, velikosti austenitických zrn, geometrii průřezu, rovnoměrnosti teploty, křivce ochlazování a napětích vznikajících během přeměny. ASM Handbook Volume 4A pojednává o těchto proměnných společně s austenitizací, tvrdostí, prokalitelností, kalením, popouštěním, izotermickým zušlechťováním a zušlechťováním na bainit, martemperingem a povrchovým kalením (ASM International, 2024). ### Kalení a martenzitická přeměna Před kalením se ocel ohřívá do podmínek, při nichž vzniká austenit. U podeutektoidních ocelí to obvykle znamená ohřev nad horní kritickou teplotu, aby se ferit a perlit dostatečně rozpustily v austenitu. U eutektoidní oceli se perlitická směs musí přeměnit na austenit; u nadeutektoidní oceli může tepelné zpracování v závislosti na stanovené teplotě zachovat určité množství proeutektoidního cementitu. Doba výdrže musí umožnit, aby průřez dosáhl vhodného a přiměřeně rovnoměrného stavu, avšak nadměrná doba nebo teplota mohou vést k růstu austenitických zrn, zvýšené oxidaci a větším deformacím. Austenit může rozpustit podstatně více uhlíku než ferit. Při pomalém nebo mírném ochlazování má uhlík čas difundovat, což umožňuje vznik feritu, cementitu nebo perlitu. Rychlé ochlazování tento čas odstraňuje. Pokud dráha ochlazování mine oblasti perlitické a bainitické přeměny na diagramu čas–teplota–přeměna, austenit dosáhne teploty začátku vzniku martenzitu, Ms. Martenzit pak vzniká bezdifuzní smykovou přeměnou, zatímco uhlík zůstává uvězněn v přesycené tělesově centrované tetragonální struktuře. Dalším ochlazováním vzniká další martenzit až do přiblížení k teplotě dokončení vzniku martenzitu, Mf. Martenzit zvyšuje tvrdost, protože jeho deformovaná mřížka brání pohybu dislokací. Obsah uhlíku tuto odezvu výrazně ovlivňuje: vyšší obsah rozpuštěného uhlíku obecně zvyšuje tvrdost martenzitu po zakalení a snižuje Ms a Mf. Ocel proto může po ochlazení na pokojovou teplotu obsahovat určité množství nepřeměněného austenitu, zejména pokud je obsah uhlíku a legujících prvků vysoký nebo pokud průřez nedosáhne dostatečně nízké teploty. Zbytkový austenit se může později přeměnit během provozu, obrábění, kryogenního zpracování nebo popouštění, a tím měnit rozměry a napětí. Jádro velkého dílu se ochlazuje pomaleji než jeho povrch. Tento rozdíl může umožnit vznik perlitu nebo bainitu uvnitř dílu, i když se povrch stane martenzitickým. Kalení rovněž vytváří teplotní gradienty: povrch se smršťuje jako první, zatímco horké jádro tomuto smrštění brání. Dalším zdrojem napětí je transformační deformace, protože přeměna austenitu na martenzit zahrnuje zvětšení objemu. Krajním důsledkem je vznik trhlin, častější jsou však deformace, zbytková napětí a změny rozměrů. Požadovanou strukturu je proto nutné posuzovat v celém průřezu, nikoli pouze na základě měření tvrdosti povrchu. Po kalení obvykle následuje popouštění. To snižuje kalicí napětí a mění přesycený martenzit na popuštěný martenzit prostřednictvím řízených precipitačních a rekuperačních reakcí. Zvolená teplota a doba popouštění určují rovnováhu mezi tvrdostí, pevností, houževnatostí a rozměrovou stabilitou. Zakalený díl, který zůstane bez popouštění, může mít vysokou tvrdost, ale nízkou odolnost proti praskání nebo rázovému namáhání. ### Tvrdost versus prokalitelnost Tvrdost je měřený odpor proti lokalizované deformaci. Zkoušky podle Rockwella C, Vickerse a Brinella udávají, co se děje v konkrétním místě zkoušky při stanoveném zatížení, s použitím definovaného indentoru a postupu. Hodnota tvrdosti povrchu neříká, do jaké hloubky díl prokalil, zda je jádro martenzitické ani zda byl výsledek dosažen kalením, cementováním, indukčním kalením nebo jiným zpracováním. Prokalitelnost je odlišná vlastnost. Jde o schopnost průřezu oceli vytvořit v celé své hloubce zakalenou strukturu za stanovených podmínek austenitizace a kalení. Popisuje odezvu na přeměnu, nikoli jedinou hodnotu tvrdosti. Dvě oceli mohou při úplné martenzitické přeměně dosáhnout podobné maximální tvrdosti povrchu, přesto se mohou výrazně lišit v hloubce, do níž je tato tvrdost zachována. Uhlík do značné míry určuje maximální tvrdost martenzitu; legující prvky, jako jsou mangan, chrom, molybden a nikl, obecně zpomalují difuzní přeměny a zvyšují prokalitelnost. Bór může mít při velmi malých, řízených přídavcích výrazný účinek, pokud zůstává účinný na hranicích austenitických zrn. Zkouška prokalitelnosti čelním kalením podle Jominyho **Zkouška prokalitelnosti čelním kalením podle Jominyho** Normalizovaná zkouška, při níž se jeden konec austenitizovaného vzorku kalí vodou a tvrdost se měří ve vzdálenostech od kaleného konce za účelem charakterizace prokalitelnosti. Zkouška prokalitelnosti čelním kalením podle Jominyho vyjadřuje prokalitelnost jako průběh tvrdosti podél normalizovaného zkušebního tělesa. Na jeden jeho konec dopadá vodní proud, čímž podél jeho délky vzniká rozsah rychlostí ochlazování. Tvrdost měřená v pevných vzdálenostech ukazuje, do jaké vzdálenosti může ocel za daných zkušebních podmínek vytvořit martenzit. Tato křivka není přímou zárukou výsledku pro každý díl. Silné ozubené kolo, tenký plech a složitý odlitek mají odlišnou tepelnou historii, i když byly vyrobeny ze stejné tavby oceli. Rozměr průřezu je rozhodující, protože teplo musí putovat z vnitřní části k ochlazovanému povrchu. Malý průměr se může rychle ochladit v celém průřezu, zatímco u masivního průřezu může martenzit vzniknout pouze v blízkosti povrchu. Geometrie situaci dále mění: otvory, ostré rohy, drážky pro pera, tenké výztuhy a náhlé přechody tloušťky soustřeďují tok tepla a napětí. Velikost austenitických zrn rovněž ovlivňuje prokalitelnost. Hrubší zrna poskytují méně nukleačních míst pro ferit a perlit, a tyto přeměny proto často zpomalují, avšak nadměrný růst zrn snižuje houževnatost a může zvyšovat deformace nebo vznik trhlin. Prokalitelnost by neměla být zaměňována za „tvrdost po jakémkoli kalení“. Ocel s vysokým obsahem uhlíku může být na povrchu velmi tvrdá, přesto může vykazovat omezenou hloubku prokalení. Naopak středně uhlíková legovaná ocel může mít nižší maximální martenzitickou tvrdost, ale tuto strukturu vytvořit do větší hloubky masivního průřezu. Specifikace tepelného zpracování musí uvádět jakost oceli, austenitizační teplotu, podmínky výdrže, kalicí médium, jeho pohyb, geometrii dílu a místa odběru pro kontrolu. ### Chladicí média a intenzita kalení #### Proměnné měnící intenzitu kalení - **Médium** Voda, solný roztok, olej, polymer, plyn nebo přerušovaný postup poskytují odlišný průběh ochlazování. - **Promíchávání** Pohyb kapaliny narušuje parní filmy a přivádí k povrchu chladnější kapalinu. - **Stav** Teplota, koncentrace, znečištění, degradace a objem lázně mění ochlazování. - **Geometrie** Rohy, otvory, žebra a tlusté průřezy vytvářejí místní rozdíly v ochlazování. - **Orientace** Umístění součásti mění přístup kapaliny a výslednou křivku ochlazování. Voda, solanka, olej, polymerní roztoky, plyn a přerušované ochlazování představují kategorie postupů chlazení, nikoli vzájemně zaměnitelné receptury. Jejich účinnost závisí na teplotě, koncentraci, míchání, znečištění, objemu lázně, množství vložených dílů a stavu povrchu. I stejné jmenovité kalicí médium může v různých zařízeních vytvářet odlišné křivky ochlazování. Voda obvykle zajišťuje intenzivní chlazení v oblasti vysokých teplot, avšak vznik parního filmu může dočasně tepelně izolovat horký povrch. Jakmile se parní obal zhroutí, může se ochlazování stát intenzivním a nerovnoměrným. Solanka omezuje přetrvávání parního filmu a může ochlazovat agresivněji, čímž se zvyšuje riziko deformací a vzniku trhlin. Tato média mohou být nevhodná pro složité tvary nebo oceli s vysokou prokalitelností, pokud lze požadované struktury dosáhnout mírnějším kalením. Olej obecně ochlazuje méně prudce než voda nebo solanka a může snižovat tepelný šok, avšak jeho chování ovlivňuje typ oleje, jeho teplota, míchání, oxidace a znečištění. Polymerní roztoky pokrývají široký rozsah vlastností: koncentraci a cirkulaci lze upravovat za účelem změny intenzity ochlazování, je však nutná kontrola, protože změna koncentrace mění proces. Kalení v plynu, včetně tlakového inertního plynu, může zajišťovat čistší a rovnoměrnější chlazení, jeho intenzita však nemusí být dostatečná pro masivní průřez nebo ocel s nízkou prokalitelností. Intenzita kalení se týká vztahu mezi kalicím médiem a povrchem dílu, nikoli pouze názvu média. Míchání rozrušuje parní filmy a přivádí k povrchu chladnější kapalinu. Nadměrné nebo nerovnoměrné míchání může způsobit nerovnoměrnou tvrdost a deformace. Kalicí médium ve špatném stavu může obsahovat vodu, degradovaný polymer, kal nebo nadměrné množství oxidačních produktů; jeho křivka ochlazování se pak odchyluje od kvalifikovaného procesu. Přerušované ochlazování záměrně mění dráhu ochlazování. Při martemperingu se díl rychle ochladí na teplotu nad Ms nebo v její blízkosti, udržuje se po dobu dostatečnou k vyrovnání teploty, aniž by došlo k významnému vzniku bainitu nebo perlitu, a poté se ochlazuje přes martenzitickou oblast. Tím se zmenšuje rozdíl mezi teplotou povrchu a jádra a lze snížit deformace, transformační napětí se však neodstraní. Při izotermickém zušlechťování na bainit se austenitizovaná ocel místo toho přenese do lázně, v níž bainit vzniká izotermicky, čímž se vytvoří specifikovaná zakalená struktura bez nutnosti běžného martenzitického kalení. Zpracování transformačních diagramů a řízení zbytkových napětí v dokumentech ASM z roku 2024 jasně zdůrazňuje hlavní zásadu: kalení musí být navrženo s ohledem na kontinuální chování oceli při ochlazování a tepelnou historii dílu. ISO 683-1:2016 se vztahuje na nelegované oceli určené především ke kalení a popouštění, izotermickému zušlechťování na bainit, kalení plamenem, indukčnímu kalení a některým normalizačním stavům. U svařovaných nebo tvářených součástí z feritických ocelí norma ISO 17663:2023 začleňuje tepelné zpracování do procesu řízeného z hlediska kvality, který může probíhat v dílně nebo na staveništi. Ani jedna z těchto norem neurčuje jedno chladicí médium jako univerzálně vhodné. Správná volba je ta, která vytvoří požadovanou strukturu a vlastnosti při současném udržení rozptylu tvrdosti, deformací, zbytkových napětí a vzniku trhlin v mezích stanovených požadavky. ## Popouštění a řízení vlastností zakalené oceli ### Proč martenzit po kalení jen zřídka představuje konečný stav Kalení může vytvořit martenzit, avšak martenzit je stav vzniklý potlačením difuze, nikoli stabilní konečný stav pro většinu strojních součástí. Během kalení se austenit transformuje na přesycenou, deformovanou tělesově centrovanou tetragonální strukturu, v níž má uhlík jen málo času na redistribuci. Výsledkem může být velmi vysoká tvrdost a pevnost, ale také značné zbytkové napětí, nízká tažnost, nízká odolnost proti lomu a rozměrová nestabilita. Problém nespočívá pouze v tom, že ocel je „příliš tvrdá“. Různé oblasti součásti chladnou různou rychlostí. Povrch se může transformovat dříve než jádro, zatímco rohy a otvory vytvářejí lokální omezení. Tepelné smrštění, transformační deformace, zbytkový austenit a objemová změna spojená se vznikem martenzitu se mohou společně podílet na vzniku tahových napětí, deformací nebo trhlin po kalení. Velký průřez může rovněž obsahovat směs martenzitu, bainitu, perlitu a zbytkového austenitu namísto jediné homogenní struktury. Tento výsledek ovlivňuje obsah uhlíku, legující přísady, prokalitelnost, velikost průřezu, kalicí médium, jeho pohyb i geometrie součásti. \[6\] \[6\] [**Steel and Its Heat Treatment**](https://www.sciencedirect.com/book/9780408014243/steel-and-its-heat-treatment). Elsevier. Technical reference, 1984. Popouštění je řízený ohřev zakalené oceli na teplotu nižší, než je příslušný transformační rozsah, obvykle pod teplotu, při níž by vznikl nový austenit. Ocel se udržuje na této teplotě dostatečně dlouho, aby mohly proběhnout zvolené difuzní a precipitační reakce, a poté se za řízených podmínek ochladí. Toto zpracování snižuje křehkost a zbytkové napětí a současně upravuje tvrdost, pevnost v tahu, houževnatost, odolnost proti opotřebení a rozměrovou stabilitu. Jak vysvětluje ASM International ve svém materiálu o tepelném zpracování z roku 2024, je nutné popouštění posuzovat společně s austenitizací, transformačními diagramy, tvrdostí a prokalitelností, kalením, deformacemi a řízením zbytkových napětí. Tento vztah je důležitý. Popouštění nemůže napravit nevhodně provedenou austenitizaci ani nekontrolované kalení; pouze modifikuje strukturu vytvořenou v předchozích etapách. ### Reakce při popouštění a rovnováha vlastností Popouštění začíná redistribucí uhlíku zachyceného v martenzitu. V nejranější fázi se uhlík přesouvá na krátké vzdálenosti a může vytvářet přechodné karbidy, zatímco se tetragonální deformace martenzitu zmenšuje. Matrice je méně přesycená a část napětí spojeného s mřížkou po kalení se uvolňuje. To může vést k mírnému snížení tvrdosti při současném zvýšení odolnosti proti praskání. Při dalším popouštění ustupují přechodné struktury stabilnějším uspořádáním karbidů. U nelegovaných uhlíkových ocelí se hlavním karbidem stává cementit, který se vytváří ve feritické matrici, zatímco martenzitická struktura ztrácí své extrémní přesycení. U legovaných ocelí mohou chrom, molybden, vanad, wolfram nebo jiné karbidotvorné prvky měnit precipitační reakce a při vhodném tepelném průběhu mohou vytvářet legované karbidy. Tyto reakce neprobíhají okamžitě. Teplota určuje, které reakce jsou možné a jak rychle probíhají; čas určuje, jak daleko pokročí. Rovnováha vlastností proto závisí na celém průběhu teploty a času, nikoli pouze na jmenovitém nastavení pece. Vyšší teploty popouštění obecně urychlují redistribuci uhlíku a hrubnutí karbidů, což způsobuje větší pokles tvrdosti a pevnosti, ale často užitečné zvýšení houževnatosti a tažnosti. Nižší teploty zachovávají více tvrdosti, současně však uvolňují méně napětí a ponechávají větší část zakalené struktury chemicky i mechanicky nestabilní. Skutečná odezva závisí na obsahu uhlíku, obsahu legujících prvků, předchozí velikosti austenitického zrna, morfologii martenzitu, zbytkovém austenitu a velikosti součásti. Zbytkový austenit vyžaduje zvláštní pozornost. Během popouštění nebo později při provozu se může transformovat a způsobit rozměrovou změnu, která je u přesných součástí nepřijatelná. Režim popouštění lze navrhnout tak, aby se toto riziko snížilo, výsledek však závisí na jakosti oceli a na množství a stabilitě zbytkového austenitu. Některé součásti vyžadují více než jeden cyklus popouštění s ochlazením mezi jednotlivými cykly, aby nově transformované složky následně prošly popouštěním. Opakované cykly mohou rovněž zlepšit rozměrovou stabilitu tam, kde první cyklus odhalí nebo vyvolá další transformaci. Doba udržování na teplotě musí být dostatečná pro nejchladnější nebo nejméně prohřátou oblast vsázky, nikoli pouze do okamžiku, kdy displej pece dosáhne nastavené hodnoty. U tlustých průřezů, těsně naskládaných vsázek a součástí s velkými rozdíly hmotnosti mohou vznikat teplotní gradienty. Rovnoměrnost ohřevu je proto metalurgickou proměnnou. Povrch, který dosáhne požadované teploty brzy, se může přepopustit, zatímco jádro se k této teplotě teprve přibližuje. Kalibrace pece, uspořádání vsázky, rozestupy mezi součástmi, řízení atmosféry a monitorování v reprezentativních místech jsou součástí tepelného zpracování, zejména pokud jsou stanoveny požadavky na pevnost nebo rozměrové tolerance. Rozlišení mezi rovnovážným a transformačním chováním je i zde užitečné. Diagram železo–karbid železa znázorňuje rovnovážné vztahy mezi fázemi, zatímco popouštění závisí na kinetických reakcích probíhajících během konečného tepelného cyklu. Diskuse ASM z roku 2024 o tepelném zpracování oceli odděluje tyto rovnovážné pojmy od chování popsaného diagramy čas–teplota–transformace a při spojitém ohřevu či spojitém ochlazování. Popouštění je dalším kinetickým procesem: dva režimy, které dosáhnou stejné jmenovité teploty, mohou vytvořit odlišné struktury, pokud se liší rychlostí ohřevu, dobou udržování, rychlostí ochlazování nebo podmínkami předchozího kalení. Norma ISO 683-1:2016 se mimo jiné zabývá technickými dodacími požadavky na nelegované oceli určené především ke kalení a popouštění. U svařovaných nebo tvářených součástí z feritických ocelí začleňuje norma ISO 17663:2023 tepelné zpracování do rámce řízení jakosti, který zahrnuje práce prováděné v dílnách i na staveništi, na vzduchu nebo v řízených atmosférách. Žádná z těchto norem nestanoví, že jeden cyklus popouštění je vhodný pro každou jakost nebo geometrii. Postup stále určují konkrétní ocel, forma výrobku, velikost průřezu a požadované vlastnosti. ### Popouštěcí křehkost a řízení teploty Popouštěcí křehkost je známý mechanismus porušení, nikoli pouze vedlejší ztráta tvrdosti. Odborná příručka *Steel and Its Heat Treatment* (Elsevier, 1984) uvádí popouštěcí křehkost mezi ústředními tématy tepelného zpracování oceli. U náchylných legovaných ocelí se křehnutí může rozvinout po vystavení určitým průběhům popouštění a ochlazování, zejména když se nečistotové prvky segregují na hranice předchozích austenitických zrn. S tímto mechanismem se běžně spojují fosfor, cín, antimon a arsen, přičemž citlivost ovlivňuje také chemické složení slitiny a předchozí zpracování. Nebezpečí spočívá ve snížení rázové houževnatosti bez úměrné změny běžně stanovovaných tahových vlastností. Součást si může zachovat zdánlivě přijatelnou tvrdost, avšak stát se náchylnější k interkrystalickému lomu při rázu nebo při nižších provozních teplotách. Teplotní interval i závažnost tohoto jevu nejsou univerzálními hodnotami: závisí na chemickém složení oceli, segregaci, struktuře austenitických zrn, době udržování a způsobu ochlazování. Předpis odtržený od konkrétní jakosti a specifikace proto může být zavádějící. Řízení tohoto rizika může zahrnovat volbu méně náchylného chemického složení, omezení škodlivých zbytkových prvků, zamezení nevhodnému působení teplot a použití předepsaného způsobu ochlazování po popouštění. U některých legovaných ocelí je po popouštění vyžadováno rychlé ochlazení přes citlivou oblast; u jiných může příslušná specifikace vyžadovat odlišný postup nebo ověření rázové houževnatosti. Správná reakce je dána materiálovou normou, funkcí součásti a požadavky na zkoušení. Měření teploty musí reprezentovat teplotu oceli, nikoli pouze atmosféru pece. Umístění termočlánků, zkoušky rovnoměrnosti teploty v peci, velikost vsázky a doba přemístění ovlivňují skutečný cyklus. Zpožděné přemístění nebo nerovnoměrné ochlazování mohou změnit precipitaci karbidů a riziko křehnutí, i když zaznamenaná nastavená hodnota vypadá správně. Popouštění je proto problémem řízení: chemické složení určuje možné reakce, kalení vytváří výchozí strukturu a následný průběh času a teploty určuje rovnováhu mezi tvrdostí, houževnatostí, uvolněním napětí a stabilitou. ## Izotermické a přerušované kalení Izotermické zušlechťování a martemperování jsou odlišné strategie přerušovaného kalení. | Proces | Místo výdrže | Zamýšlená přeměna | Hlavní přínos | |---|---|---|---| | Izotermické zušlechťování | Nad Ms a pod perlitickou oblastí | Bainit | Řízená bainitická struktura a potenciálně menší deformace | | Martemperování | V blízkosti Ms nebo těsně nad ní | Martenzit během následného ochlazování | Snížení rozdílu teplot mezi povrchem a jádrem před vznikem martenzitu | | Přímé kalení | Přes oblast přeměny bez vyrovnávací výdrže | Obvykle martenzit v místech s dostatečně rychlým ochlazováním | Jednoduchý postup, avšak s vyšším rizikem teplotního gradientu | Izotermické a přerušované kalení jsou řízené alternativy k přímému kalení s následným popouštěním. Ani jeden z těchto procesů není pouze jinou volbou kalicí lázně. Každý z nich ukládá austenitu odlišný průběh času a teploty a výsledek závisí na tom, zda ocel dokáže obejít perlitickou oblast, dosáhnout požadovaného transformačního rozsahu a zůstat v celém průřezu dostatečně homogenní. Výsledek ovlivňuje obsah uhlíku, legující přísady, předchozí velikost austenitického zrna, geometrie i kapacita lázně. Toto rozlišení je zásadní. Izotermické kalení usiluje o izotermickou přeměnu austenitu na bainit před ochlazením součásti na pokojovou teplotu. Přerušované kalení přerušuje kalení v blízkosti teploty počátku tvorby martenzitu, čímž umožňuje zmenšení teplotních rozdílů před vznikem martenzitu; martenzitická přeměna pak probíhá během dalšího ochlazování a následuje popouštění. ASM Handbook Volume 4A, vydaná organizací ASM International v roce 2024, pojednává o obou procesech jako o samostatných postupech v rámci širšího studia austenitizace, prokalitelnosti, kalení, popouštění a řízení zbytkových napětí. ### Izotermické transformační postupy Při izotermickém kalení se ocel nejprve ohřeje nad kritický rozsah, aby vznikl austenit. Poté se rychle přemístí do lázně udržované nad teplotou počátku tvorby martenzitu, Ms, avšak pod rozsahem perlitické přeměny. Teplota lázně se obvykle volí přibližně v rozmezí 250 až 400 °C, ačkoli využitelný interval se značně liší podle jakosti oceli a požadované morfologie bainitu. Součást zůstává při této teplotě, dokud se zamýšlený podíl austenitu nepřemění na bainit, a poté se ochladí na okolní teplotu. Tento postup zabraňuje přímému průchodu perlitickou oblastí a po dokončení přeměny také zabraňuje vzniku čerstvého martenzitu při konečném ochlazování. Bainit se skládá z feritických oblastí vzniklých displacivní složkou přeměny spolu s uhlíkem obohaceným zbytkovým austenitem nebo karbidem, v závislosti na teplotě, složení a použité terminologii pro danou strukturu. Horní bainit obecně vzniká při vyšších teplotách izotermického kalení; dolní bainit vzniká při nižších teplotách a obvykle obsahuje jemnější ferit a jemněji distribuovaný karbid. Diagram TTT tento proces znázorňuje jako přímočarý: obejít nos, vstoupit do bainitické oblasti, setrvat v ní do dokončení přeměny a ochladit. Skutečná výroba je méně tolerantní. Požadovaný čas přemístění musí být kratší než doba, která je k dispozici před zahájením tvorby perlitu, zatímco lázeň musí odvádět teplo dostatečně rychle, aby se celý průřez dostal téměř na rovnoměrnou teplotu. U tlustého zubu ozubeného kola, pružiny nebo součásti ložiska může povrch již procházet přeměnou, zatímco jádro se stále ochlazuje směrem k teplotě lázně. Pokud jádro neprojde stejným postupem, vznikne výsledná smíšená struktura. Izotermické kalení proto silně závisí na prokalitelnosti a velikosti průřezu. Legující prvky, jako jsou mangan, chrom, molybden a nikl, obecně zpomalují difuzní přeměny a posouvají perlitickou a bainitickou reakci k delším časům, zároveň však mění Ms, kinetiku tvorby bainitu, stabilitu zbytkového austenitu i požadovanou teplotu lázně. Ocel s nízkým obsahem uhlíku nemusí dosáhnout pevnosti očekávané u jakosti s vyšším obsahem uhlíku určené pro izotermické kalení, zatímco nadměrný obsah uhlíku nebo legujících prvků může prodloužit dobu přeměny nebo po ochlazení zanechat zbytkový austenit. Přerušované kalení rovněž začíná austenitizací, jeho cíl je však odlišný. Austenitizovaná součást se kalí do lázně udržované těsně nad Ms, často v rozsahu zvoleném pro konkrétní jakost, nikoli podle jediné univerzální teploty. V lázni zůstává dostatečně dlouho, aby se povrch a jádro přiblížily stejné teplotě, nikoli však tak dlouho, aby vzniklo významné množství bainitu nebo perlitu. Poté se součást ochladí martenzitickou oblastí, obvykle na vzduchu nebo v jiném řízeném prostředí, a následně se popouští. Lázeň vyrovnává teplotu; izotermickou přeměnu však obvykle nedokončuje. Martenzit vzniká následně v určitém rozsahu teplot, takže přerušované kalení zůstává martenzitickým způsobem kalení. Následné popouštění snižuje křehkost a upravuje tvrdost, houževnatost i rozměrovou stabilitu. Vynechání tohoto kroku může zanechat vysoké zbytkové napětí a nepřijatelné riziko praskání, zejména u ocelí s vyšším obsahem uhlíku. ### Úvahy o deformaci a praskání Přímé kalení vytváří dva hlavní zdroje napětí. Tepelné napětí vzniká proto, že se povrch ochlazuje a smršťuje dříve než vnitřek. Transformační napětí vzniká proto, že se austenit mění na produkty s odlišnými měrnými objemy, zejména když martenzit vzniká v různých okamžicích v různých částech průřezu. Geometrie oba účinky zesiluje: ostré rohy, tenké stojiny spojené s masivními náboji, drážky pro pera, otvory a náhlé změny tloušťky soustřeďují deformaci. Izotermické kalení po přemístění snižuje teplotní gradient, protože součást se před vznikem bainitu dostane do lázně s relativně rovnoměrnou teplotou. Bainitická přeměna navíc probíhá v užším a lépe řízeném intervalu než prudké ochlazení povrchu na martenzit. Deformace a praskání tak mohou být menší, nejsou však vyloučeny. Nerovnoměrné míchání, opožděné přemístění, kolísání teploty lázně nebo neúplná přeměna mohou vést k rozdílným strukturám v různých oblastech. Bainit, zbytkový austenit, martenzit a perlit mohou existovat současně a každý z nich má odlišnou historii rozměrových změn a napětí. Přerušované kalení řeší stejný problém oddělením rychlého ochlazování od martenzitické přeměny. Vyrovnání teploty před překročením Ms snižuje rozdíl mezi povrchem a jádrem v okamžiku, kdy začíná velká objemová změna spojená se vznikem martenzitu. Tento proces může ve srovnání s přímým kalením snížit praskání při kalení a rozměrové změny, zejména u složitých tvarů. Nemůže však zabránit veškerým deformacím, protože martenzit stále vzniká a jeho přeměna není dokonale rovnoměrná. Aktivními příčinami zůstávají předchozí tváření za studena, nehomogenní austenit, oduhličení, zbytková napětí po kování a nesymetrická geometrie. Řízení procesu musí zahrnovat více než pouze nastavenou teplotu pece. Teplota a doba výdrže při austenitizaci určují růst zrna a rozložení uhlíku. Doba přemístění určuje, zda součást dosáhne zamýšlené lázně dříve, než začne perlitická nebo nežádoucí povrchová přeměna. Teplota lázně, cirkulace, znečištění, hustota vsázky a stav soli nebo oleje ovlivňují odvod tepla. Teplotní snímače musí reprezentovat teplotu obrobku, nikoli pouze teplotu pece nebo lázně. ISO 17663:2023 stanovuje požadavky na jakost tepelného zpracování na vzduchu nebo v řízených atmosférách, včetně dílenských a montážních prací na feritických ocelích a souvisejících svařovaných nebo tvářených součástech; její důraz na řízení postupu je přímo relevantní tam, kde záleží na zbytkovém napětí a rozměrové přesnosti. ### Kdy záleží na bainitických nebo přerušovaně kalených strukturách O izotermickém kalení se uvažuje tehdy, když je konkrétní kombinace pevnosti, houževnatosti, únavových vlastností, odolnosti proti opotřebení a rozměrové kontroly důležitější než dosažení maximální tvrdosti po kalení. Izotermicky kalená tvárná [litina](/cs/kategorie/litina "litina") představuje samostatný materiálový systém, avšak u ocelí lze tento postup použít pro vhodné pružiny, ozubená kola, čepy, spony a součásti odolné proti opotřebení, pokud jakost oceli a průřez umožňují úplnou bainitickou přeměnu. Cílová struktura musí být specifikována přesně. Samotné označení „bainit“ neurčuje, zda jde o horní nebo dolní bainit, obsah zbytkového austenitu, stav karbidů ani tvrdost. Přerušované kalení je vhodnější tehdy, když je požadována martenzitická struktura, ale přímé kalení způsobuje nepřijatelnou deformaci nebo praskání. Je zvláště závislé na tloušťce průřezu a prokalitelnosti: velký průřez se může ve svém jádru ochlazovat příliš pomalu, takže před ustavením martenzitického postupu vznikne perlit nebo bainit. Malý průřez se může ochladit tak rychle, že přínos vyrovnání teplot bude omezený. Lázeň musí mít také dostatečnou kapacitu a cirkulaci, aby při zatížení udržela svou teplotu. Ani jedno z těchto zpracování není univerzálně vhodné. O proveditelnosti postupu rozhodují diagramy TTT a CCT pro konkrétní ocel, nikoli obecný diagram železo–uhlík. ASTM International označuje ferit, austenit, cementit, perlit, martenzit a bainit za základní fáze při tepelném zpracování oceli, zatímco diskuse ASM z roku 2024 spojuje tyto fáze s časem a rychlostí ochlazování. ISO 683-1:2016 výslovně zahrnuje nelegované oceli určené především pro kalení a popouštění, izotermické kalení, kalení plamenem, indukční kalení a některé normalizované stavy, avšak zařazení v této normě neodstraňuje nutnost ověřit kinetiku, limity zařízení a požadavky na kontrolu skutečné součásti. ## Povrchové kalení a návrh vlastností vrstvy Povrchové kalení není pouze způsob, jak učinit vnější část ocelové součásti „tvrdou“. Jde o způsob přiřazení různých vlastností různým oblastem téže součásti. Povrch lze přeměnit na vysokouhlíkový martenzit nebo jinou tvrdou strukturu, zatímco jádro zůstane houževnatější, měkčí nebo již popuštěné. Cílem návrhu je proto profil vlastností napříč průřezem, nikoli jediná hodnota tvrdosti. ASM Handbook Volume 4A pojednává o kalení plamenem a indukčním kalení v rámci širší skupiny procesů povrchového kalení ocelí. ISO 683-1:2016 rovněž identifikuje oceli určené především pro kalení a popouštění, izotermické zušlechťování, kalení plamenem, indukční kalení a v některých případech pro normalizovaný stav. Tyto procesy jsou založeny na stejné metalurgické posloupnosti jako konvenční kalení: zvolená oblast se zahřeje do austenitické oblasti, udržuje se v ní dostatečně dlouho pro požadovanou přeměnu a ochladí se tak rychle, aby se potlačil vznik feritu, perlitu nebo bainitu. Výsledek závisí na chemickém složení, výchozí struktuře, teplotním průběhu a podmínkách ochlazování. ### Kalení plamenem a indukční kalení Při kalení plamenem se povrch lokálně zahřívá plamenem palivového plynu a následně se kalí vodou, polymerním roztokem nebo jiným řízeným médiem. Plamen lze vést přes rovinnou plochu, zub, čep, kolejnici, vačku nebo jinou tvarovanou oblast. Charakter ohřevu je určen konstrukcí hořáku, vzdáleností plamene od povrchu, průtokem plynu, rychlostí posuvu, geometrií součásti a tepelnou vodivostí oceli. Pomalejší posuv nebo vyšší tepelný příkon obecně zvětšují hloubku austenitizace, avšak nadměrný příkon může způsobit zhrubnutí zrna, natavení, oduhličení nebo nadměrnou deformaci. Indukční kalení vytváří teplo prostřednictvím střídavého elektromagnetického pole. Elektrický proud indukovaný v blízkosti povrchu způsobuje ohřev, jehož rozložení je výrazně ovlivněno frekvencí. Vyšší frekvence soustřeďuje ohřev blíže k povrchu; nižší frekvence umožňuje elektromagnetickému pronikání a tepelné difuzi dosáhnout větší hloubky. Samotná frekvence však hloubku vrstvy neurčuje. Teplotní pole dále mění výkon, vazba mezi cívkou a součástí, doba ohřevu, rychlost posuvu, tvar cívky, rozložení proudu a prodleva před kalením. Například součást se zuby se může zahřívat nerovnoměrně, protože hroty, paty, osazení a tenké průřezy odvádějí teplo různou rychlostí. Charakter ohřevu musí být navržen s ohledem na geometrii, nikoli na ni pouze dodatečně aplikován. Ostrý roh může být teplejší než přilehlá široká plocha, protože teplo má k dispozici menší objem, do něhož může difundovat. Otvor může zůstat relativně chladný, zatímco vnější průměr se austenitizuje. Přerušovaný posuv, překrývající se indukční průchody nebo náhlé změny průřezu mohou vytvářet pásma s odlišnou tvrdostí a zbytkovým napětím. Měření teploty je proto obtížné: optický pyrometr může snímat místo na povrchu, které nereprezentuje nejteplejší hranu, zatímco termočlánek může místní charakter ohřevu narušit. Výchozí mikrostruktura určuje počáteční podmínky austenitizace. Jemný perlit, popuštěný martenzit, směsi feritu a karbidů ani sféroidizovaný cementit se nerozpouštějí stejnou rychlostí. Velikost a rozložení karbidů ovlivňují množství uhlíku dostupného pro austenit, zatímco legující prvky ovlivňují kinetiku přeměn a prokalitelnost. U středněuhlíkové oceli, jako je C45 nebo SAE 1045, je dosažitelná martenzitická vrstva určována především obsahem uhlíku a rychlostí ochlazování. U legované oceli, jako je 42CrMo4, odpovídající jakosti ASTM A29 4140 tam, kde se toto označení používá, legující prvky zpomalují difuzní přeměny a mohou podpořit vznik martenzitu ve větší hloubce ochlazování. Označení jakosti neodstraňuje nutnost ověřit skutečné chemické složení a chování průřezu. ![Základy tepelného zpracování oceli](/images/uploads/7b362941-10c1-43c4-b704-c7a775caaf03/wiki-inline-a-cutaway-steel-gear-tooth-with-a-hard-martensitic-surface-case-and-a-tougher-te-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/7b362941-10c1-43c4-b704-c7a775caaf03/wiki-inline-a-cutaway-steel-gear-tooth-with-a-hard-martensitic-surface-case-and-a-tougher-te-2027x2560.avif "Zvětšit obrázek — Základy tepelného zpracování oceli")Surface hardening assigns wear resistance to the case while preserving toughness in the core. ### Vlastnosti povrchu versus jádra Vytvrzená vrstva musí být specifikována jako prostorový profil. Tvrdost povrchu popisuje první místo měření, neuvádí však, do jaké vzdálenosti se vytvrzená struktura rozprostírá. Hloubku vrstvy lze definovat metalografickou hranicí, kritickou tvrdostí nebo technickým kritériem, například efektivní hloubkou vrstvy. Tyto definice nejsou vzájemně zaměnitelné. Povrchová tvrdost 60 HRC může existovat současně s mělkou vrstvou, pozvolným přechodem nebo prudkým poklesem tvrdosti krátce pod povrchem. Stejně důležitý je stav jádra. Součást může vyžadovat houževnaté jádro z popuštěného martenzitu, normalizované feriticko-perlitické jádro nebo měkčí strukturu schopnou absorbovat deformaci bez popraskání. Pokud je již přítomno vysokopevnostní jádro, nesmí lokální ohřev popustit nebo přehřát přilehlé oblasti. Má-li jádro nízkou prokalitelnost, může kalení vytvořit tvrdý plášť nad relativně měkkým vnitřkem. To může být přijatelné z hlediska kontaktní únavy, nikoli však u součásti, jejíž pevnost v ohybu závisí na celém průřezu. Přechodová zóna vyžaduje zvláštní pozornost. Obsahuje materiál, který byl vystaven austenitizačním teplotám nedostatečným pro úplnou přeměnu nebo rychlostem ochlazování příliš nízkým pro vznik plně martenzitické struktury. Její gradient tvrdosti řídí kompatibilitu deformace mezi vrstvou a jádrem. Strmý gradient může koncentrovat napětí; široký gradient může snížit maximální napětí, ale v určité hloubce může poskytovat menší odolnost proti opotřebení. Popouštění po kalení může snížit křehkost a stabilizovat profil vlastností, současně však snižuje tvrdost. Zvolený cyklus musí zohlednit odezvu na popouštění, zbytkový austenit, vylučování karbidů a rozměrové změny. Povrchová tvrdost, efektivní hloubka vrstvy, tvar přechodové zóny, zbytkové napětí a deformace by proto měly být vyhodnocovány společně. Vysoké tlakové zbytkové napětí na povrchu může zvýšit odolnost proti únavě v ohybu, zatímco tahové napětí může podporovat iniciaci trhlin. Znaménko a velikost závisí na deformačním účinku martenzitické přeměny, tepelné kontrakci, geometrii průřezu, omezení deformace a okamžiku kalení. Samotná zkouška tvrdosti tento stav napětí neodhalí. ### Tepelné gradienty a samozakalení Lokální kalení funguje proto, že ohřívaná vrstva a chladnější vnitřek sledují odlišné tepelné dráhy. Během ohřevu se povrch rozpíná, zatímco jádro jej omezuje. Během ochlazování se povrch smršťuje jako první a může se přeměnit na martenzit, zatímco jádro je stále horké. Vznik martenzitu přidává transformační roztažnost. Tyto vzájemně si konkurující tepelné a transformační deformace vytvářejí zbytková napětí a mohou způsobit ohyb, ovalitu, házivost nebo popraskání. K samozakalení dochází tehdy, když neohřátá hmota součásti odvádí teplo z austenitizované vrstvy dostatečně rychle k vytvoření martenzitu bez samostatného vnějšího kalení nebo když tento vnitřní tepelný odvod výrazně napomáhá povrchovému kalení. Nejúčinnější je u tlustých průřezů s chladným jádrem a vysokou tepelnou vodivostí. Tenké průřezy, úzké výstupky a součásti, které byly již předem zahřáté, se samozakalují méně intenzivně. Vnější postřiky se často přidávají, protože samotné samozakalení nemusí na všech místech zajistit požadovanou rychlost ochlazování. Rozhodující rychlost ochlazování není v celé vrstvě stejná. Povrch se může díky kontaktu s postřikem ochlazovat rychle, zatímco hranice mezi vrstvou a jádrem se ochlazuje vedením tepla a jádro zůstává horké. Prokalitelnost oceli určuje, zda se jednotlivá místa vyhnou oblastem feritu, perlitu a bainitu znázorněným na diagramech kontinuálního ochlazování. Obsah uhlíku řídí tvrdost martenzitu; legující prvky posouvají průběh přeměn; geometrie řídí tok tepla. Kvalifikace procesu by měla mapovat skutečnou součást, nikoli pouze zkušební vzorek. Metalografické výbrusy, profily tvrdosti, kontrola rozměrů a měření zbytkových napětí mohou odhalit vady, které kontrola povrchové tvrdosti přehlédne. ISO 17663:2023 zařazuje tepelné zpracování prováděné v dílnách nebo na místě do rámce požadavků na jakost, především pro feritické oceli a související svařované nebo tvářené součásti. Její rozsah potvrzuje praktický závěr: záznamy teplot, řízení zařízení, kalibrace, způsob ochlazování a kontrola patří do specifikace tepelného zpracování. Návrh vlastností vrstvy je úspěšný tehdy, když jsou tepelný cyklus, mikrostruktura, stav napětí a rozměrový výsledek posuzovány jako jeden vzájemně propojený problém. ## Deformace, zbytková napětí a praskání Deformace není drobnou rozměrovou nepříjemností, která by doprovázela jinak úspěšné tepelné zpracování. Je jedním z hlavních výsledků, které je nutné předvídat a kontrolovat. Kapitola ASM International z roku 2024 „Základní principy a konstrukční pokyny pro tepelné zpracování“ pojednává o deformaci a zbytkovém napětí společně s fázovými přeměnami, nikoli jako o dodatečně řešených důsledcích kalení. Tento důraz je oprávněný: součást může splňovat požadavek na tvrdost, a přesto selhat, protože se ohne, změní svůj průměr, ztratí rovinnost nebo obsahuje tahová napětí, která později iniciují trhlinu. Je nutné rozlišovat tři související, avšak odlišné stavy. **Deformace** je viditelná nebo měřitelná změna tvaru či rozměrů. **Zbytkové napětí** je samovyvažující se napěťové pole, které zůstává po odeznění vnějších zatížení a teplotních gradientů; může existovat bez viditelné změny tvaru. **Praskání při kalení** je skutečné porušení, obvykle způsobené tím, že transformační a teplotní napětí překročí místní pevnost a houževnatost oceli. Součást tedy může zůstat rovná, ale silně namáhaná, může se deformovat bez vzniku trhlin nebo může prasknout, i když se konečná změna rozměrů jeví jako malá. ![Základy tepelného zpracování oceli](/images/uploads/8e61a9d8-d6f1-4d41-a2ed-e968e2f1422d/wiki-inline-a-thick-steel-shaft-during-quenching-with-different-surface-and-core-temperature-1920x1288.jpg)[](/images/uploads/8e61a9d8-d6f1-4d41-a2ed-e968e2f1422d/wiki-inline-a-thick-steel-shaft-during-quenching-with-different-surface-and-core-temperature-1920x1288.avif "Zvětšit obrázek — Základy tepelného zpracování oceli")Uneven cooling and transformation strain can produce distortion, residual stress, or cracking. ### Teplotní gradienty a transformační deformace Během ohřevu se povrch ocelové součásti obvykle ohřeje dříve než její jádro. Teplejší oblast se rozpíná, zatímco chladnější vnitřní část toto rozpínání omezuje. Pokud povrch dosáhne oblasti austenitizace jako první, jeho elastická a plastická odezva se liší od odezvy dosud feritického nebo perlitického jádra. Při ochlazování se pořadí obrací, avšak napěťové pole se jednoduše nevyruší, protože pevnost, tepelná roztažnost a stabilita fází se průběžně mění. Transformační deformace představuje druhý zdroj rozměrových změn. Austenit má odlišnou krystalovou strukturu a měrný objem než ferit, perlit, bainit a martenzit. Při přeměně austenitu se součást může rozpínat nebo smršťovat v závislosti na produktu přeměny a obsahu uhlíku. Vznik martenzitu obecně vede ke zvětšení objemu, přičemž velikost a průběh tohoto zvětšení závisí na uhlíku v tuhém roztoku, obsahu legujících prvků a místní rychlosti ochlazování. Povrch, který dosáhne teploty začátku tvorby martenzitu, zatímco jádro zůstává austenitické, se může rozpínat proti jádru, které se stále tepelně smršťuje. Později se přemění také jádro a rovnováha napětí se znovu změní. Výsledkem je průběžné vzájemné působení tepelného smršťování, transformační deformace a omezení pohybu. Tenká hrana se může rychle ochladit a přeměnit a získat pevnost dříve, než se změní vnitřní část. Silný střed může zůstat horký a relativně poddajný a poté se přeměnit později, zatímco již zakalený povrch jeho pohyb omezuje. Tahové zbytkové napětí na povrchu je zvláště nebezpečné, protože trhliny často začínají právě tam — na ostrých rozích, u vměstků, v oduhličených oblastech, na stopách po broušení nebo v jiných koncentrátorech napětí. Diagram železo–uhlík popisuje rovnovážné vztahy mezi fázemi, sám o sobě však tuto posloupnost nedokáže předpovědět. Jsou zapotřebí transformační diagramy a skutečné průběhy spojitého ochlazování. Referenční materiál ASM pro tepelné zpracování uvádí diagramy čas–teplota–přeměna a diagramy přeměn při spojitém ohřevu a ochlazování jako nástroje pro propojení tepelné historie se vznikem fází. Stejné jmenovité kalení proto může vytvořit odlišná napěťová pole v nelegované uhlíkové oceli, jako je C45, a v legované oceli, jako je 42CrMo4, protože prokalitelnost mění místo a okamžik vzniku martenzitu. Ke vzniku trhlin nestačí vysoká hodnota tvrdosti. Závisí na místním tahovém napětí, na pevnosti a tažnosti oceli závislých na teplotě, na načasování přeměn, geometrii průřezu, stavu povrchu a metalurgických vadách. K opožděnému praskání může dojít po ochlazení, pokud společně působí vodík, zbytkové napětí a vysokopevnostní martenzit. Popouštění snižuje část napětí a křehkosti spojených s martenzitem po zakalení, nemůže však obnovit materiál oddělený trhlinou. ### Geometrie, upínání a přístup kalicího média Geometrie řídí tok tepla i mechanické omezení pohybu. Dlouhé štíhlé hřídele se ohýbají snadněji než krátké silné průřezy. U prstence se může změnit kruhovitost nebo se může zvětšit jeho průměr. Deska s nerovnoměrnou tloušťkou se může prohnout do miskovitého tvaru, protože její dvě plochy se ochlazují různou rychlostí. Otvory, drážky pro pera, zápichy, závity, náhlé přechody průřezů a slepé dutiny narušují proudění kapaliny a vytvářejí místní rozdíly v intenzitě ochlazování. Ostrý vnitřní roh koncentruje napětí přesně v místě, kde se tepelné a transformační deformace mění nejrychleji. Velikost průřezu rovněž určuje, zda zamýšlená přeměna proběhne v celé tloušťce. U nízkolegované oceli může v blízkosti povrchu vzniknout martenzit, zatímco směrem ke středu bainit nebo perlit, pokud se jádro ochlazuje příliš pomalu. Tento rozdíl v mikrostruktuře vytváří místní rozdíly v objemu, tvrdosti, pevnosti a následné odezvě při popouštění. Rozměrová změna pak není pouze rovnoměrným změněním měřítka; stává se problémem tvaru. Upínání může potlačit jeden pohyb a současně vynutit jiný. Upnutí desky do roviny během kalení může omezit ohýbání v průběhu operace, avšak uvolněná elastická energie může následně způsobit odpružení nebo zkroucení. Trn může dočasně zachovat otvor, ale současně zvýšit obvodové napětí v jeho okolí. Podpěry, které se dotýkají jen několika bodů, mohou ponechat nepodepřené oblasti volné k deformaci, zatímco nadměrné omezení pohybu může zvýšit riziko praskání. Zatížení je nutné uspořádat tak, aby byly součásti podepřeny bez blokování cirkulace a bez zbytečného mechanického omezení. Přístup kalicího média je nutné posuzovat jako geometrický problém, nikoli pouze jako otázku volby lázně. Plochy orientované proti sobě, vnořené součásti, slepé otvory a těsně napěchované koše mohou být vystaveny menšímu pohybu kapaliny než volně přístupné plochy. Parní obaly nebo zachycený vzduch mohou na vybraných místech zpomalit ochlazování. Intenzita míchání musí být dostatečná k odstranění páry a k udržení předvídatelných podmínek ochlazování, avšak nadměrné nebo nerovnoměrné míchání může zvětšit rozdíly mezi jednotlivými orientacemi. Důležitá je teplota lázně, stav kapaliny, doba přenosu i způsob uložení vsázky. Změny konstrukce často snižují riziko ještě před volbou cyklu v peci. Ostré rohy se nahrazují dostatečnými rádiusy, přechody tloušťky se zmírňují, otvory a drážky se umisťují tak, aby se zabránilo silnému místnímu omezení pohybu, a přídavky na obrábění umožňují kontrolované odstranění deformace po tepelném zpracování. Žádné jediné konstrukční pravidlo nezabrání každému selhání. Konstrukce, která je bezpečná při kalení v oleji, se může ve vodě, polymeru, soli nebo plynu chovat odlišně. ### Řízení procesu pro rozměrovou stabilitu Rozměrová kontrola začíná tepelným cyklem, který je v celém objemu vsázky opakovatelný. Rovnoměrná teplota v peci, vhodné podepření, řízená rychlost ohřevu a dostatečná doba výdrže omezují rozdíly mezi povrchem a jádrem, avšak příliš dlouhá výdrž může zvětšit zrno, zvýšit oxidaci nebo zhoršit deformaci v důsledku zbytečně dlouhého působení tepla. Řízení atmosféry omezuje okujení a oduhličení, které by jinak měnily tvrdost povrchu a rozměrovou odezvu. Přenos z pece do kalicí lázně musí být dostatečně rychlý, aby byla zachována předepsaná tepelná historie, a musí být mezi jednotlivými vsázkami konzistentní. Orientace vsázky by měla opakovatelně vystavovat kritické plochy působení kalicího média. Intenzita kalení by měla odpovídat prokalitelnosti oceli a požadované mikrostruktuře, nikoli být volena pouze podle maximální rychlosti ochlazování. Vhodné míchání a cirkulace kapaliny jsou nezbytné, avšak jejich intenzitu a směr je nutné sledovat, protože jmenovitě stejná lázeň může různé plochy ochlazovat různými rychlostmi. Stupňovité nebo přerušované ochlazování může před konečnou přeměnou zmenšit teplotní rozdíl mezi povrchem a jádrem. Například při martemperingu se ocel udržuje v blízkosti teploty nad teplotou začátku tvorby martenzitu nebo kolem ní, dokud se teploty nevyrovnají, a poté se umožní rovnoměrnější vznik martenzitu. Austempering využívá odlišnou transformační cestu: ocel se udržuje tak, aby vznikl bainit, místo aby byla přímo ochlazena do martenzitické oblasti. Tyto metody mohou u vhodných jakostí a geometrií snížit deformaci, neodstraňují však nutnost ověřit prokalitelnost, velikost průřezu, řízení lázně a kinetiku přeměn. Popouštění by mělo po kalení následovat ve stanoveném procesním okně. U některých součástí snižuje samostatné odstranění pnutí po hrubém obrábění nebo po dřívější tepelné operaci pravděpodobnost, že se zbytková napětí uvolní během dokončovacího obrábění. Odstranění pnutí není univerzálním řešením: může změnit tvrdost, ovlivnit rozměrové tolerance nebo nemusí odstranit napětí uzamčená v materiálu intenzivním kalením. Kontrola musí měřit více než pouze tvrdost povrchu. V závislosti na součásti mohou rozměrové kontroly před zpracováním a po něm zahrnovat délku, kruhovitost, přímost, rovinnost, velikost otvoru a házivost. Zkoušky průběhu tvrdosti, metalografické vyšetření, zkoušení magnetickou práškovou metodou a ultrazvukové zkoušení mohou odhalit různé skupiny problémů. Norma ISO 17663:2023 stanovuje požadavky na kvalitu tepelného zpracování feritických ocelí a souvisejících svařovaných nebo tvářených součástí na vzduchu či v řízených atmosférách, včetně prací prováděných v dílnách nebo přímo na místě. Její zaměření na kvalitu podporuje zaznamenávání teplot v peci, dob přenosu, stavu lázně, identifikace vsázky a výsledků kontrol. Rozměrová stabilita je proto výsledkem konstrukce a procesu. Rovnoměrný ohřev pomáhá, řízený přenos pomáhá, vhodné míchání pomáhá a odstranění pnutí může pomoci; žádné z těchto opatření však není dostatečné v každém případě. Přijatelný je takový cyklus, který vytvoří požadované fáze a vlastnosti a současně udrží tepelnou deformaci, transformační deformaci, omezení pohybu a zbytkové napětí v mezích, které součást toleruje z hlediska deformace a lomu. ## Tepelné zpracování při svařování a výrobě Tepelné zpracování při výrobě začíná ještě před stanovením cyklu v peci. Svařování, řezání plamenem, tváření, rovnání a lokální opravy vnášejí do oceli různou tepelnou historii, často pouze do části součásti. Svařovací oblouk může úzkou oblast zahřát nad austenitizační teplotní rozsah, zatímco sousední materiál zůstává relativně chladný; teplo pak proudí do základního kovu a vytváří strmé teplotní gradienty a nerovnoměrné smršťování. Výsledný svarový kov, hranice svaru, tepelně ovlivněná oblast (HAZ) a tepelně neovlivněný základní kov proto mohou mít odlišnou mikrostrukturu, tvrdost a zbytková napětí. Výsledek závisí na chemickém složení, tloušťce průřezu, stupni upnutí, geometrii spoje, tepelném příkonu, předehřevu, teplotě mezi vrstvami, podmínkách ochlazování a případném následném zpracování. Receptura převzatá z obrobeného zkušebního tělesa nemůže zohlednit všechny tyto proměnné. ### Předehřev, tepelné zpracování po svařování a lokální tepelné cykly Předehřev snižuje teplotní rozdíl mezi oblastí svaru a okolní ocelí. Obecně tím zpomaluje ochlazování po svařování, poskytuje difundovatelnému vodíku více času k úniku a snižuje pravděpodobnost vodíkem podporovaného praskání u náchylných ocelí. Snižuje také teplotní gradienty a může omezit napětí vznikající smršťováním. Předehřev však není univerzální ochranné opatření: nadměrná teplota může zvětšit HAZ, změnit houževnatost, zvýšit deformace nebo narušit předepsaný postup svařování. Rozhodující teplota není jednoduše teplota hořáku, indukční cívky nebo oblouku. Jde o teplotu obrobku v definovaných místech, včetně oblasti kolem spoje a případně také oblasti mezi vrstvami. Rychlost ochlazování ovlivňují tloušťka, upnutí spoje, obsah uhlíku, legující přísady a prokalitelnost. Uhlíko-manganová ocel a nízkolegovaná ocel Cr-Mo mohou na stejný jmenovitý předehřev reagovat velmi odlišně. Během svařování se může v částech HAZ, které překročí kritický transformační rozsah, vytvořit austenit. Při ochlazování se tento austenit může v závislosti na průběhu kontinuálního ochlazování transformovat na ferit, perlit, bainit nebo martenzit. V blízkosti hranice svaru mohou vznikat hrubá zrna, zatímco ve větší vzdálenosti se objevují částečně transformované nebo popuštěné oblasti. Tyto oblasti nelze znázornit pouze rovnovážným diagramem železo–karbid železa. Diagramy čas–teplota–transformace (TTT) popisují izotermické chování; diagramy transformace při kontinuálním ohřevu a kontinuálním ochlazování (CCT) jsou pro mnoho skutečných výrobních cyklů užitečnější. Tepelné zpracování po svařování (PWHT) může popustit tvrdé transformační produkty, snížit zbytková napětí, stabilizovat rozměry a zlepšit odolnost vůči poškození během provozu. U feritické oceli může zpracování zahrnovat ohřev svařované součásti na stanovený rozsah, její výdrž po dostatečně dlouhou dobu, aby příslušný průřez dosáhl požadovaného stavu, a ochlazování za řízených podmínek. Skutečný cyklus musí vycházet z materiálové specifikace, konstrukční normy, postupu svařování nebo kvalifikovaného technického pokynu. PWHT není pouze „odstranění napětí“, protože může změnit tvrdost, houževnatost, pevnost i mikrostrukturu. Lokální PWHT je zvláště citlivé na geometrii. Pásmo ohřívané kolem obvodového svaru vytváří pohybující se tepelné pole a teplota mimo ohřívané pásmo musí být řízena tak, aby ostré teplotní gradienty nevnesly nová napětí. Velké nádoby, potrubí a opravy prováděné na místě mohou vyžadovat několik topných zón, izolaci, řízené ochlazování a několik termočlánků. Zpracování v peci může zajistit rovnoměrnější prostředí, avšak stále záleží na způsobu uložení, kalibraci pece, podmínkách podepření a nejchladnější části součásti. Pec nezaručuje rovnoměrnou teplotu obrobku. Stejná zásada platí i pro přidružené procesy. Rovnání plamenem záměrně vytváří lokální roztažení a smršťování; indukční ohřev může zakalit povrch a přitom pod ním zanechat strmý přechod; tváření za tepla mění strukturu zrn a zbytková napětí a tepelné řezání může zanechat zakalenou nebo změkčenou hranu. Každý proces je třeba posuzovat jako definovaný tepelný cyklus, nikoli jako izolovaný údaj o teplotě. ### Feritické oceli a svařované nebo tvářené součásti Feritické oceli zahrnují mnoho druhů uhlíkových, uhlíko-manganových, nízkolegovaných, ocelí pro tlakové nádoby, konstrukčních ocelí a ocelí pro potrubí. Jejich chování je určeno obsahem uhlíku a legujících prvků, výchozí velikostí zrn, rozměrem průřezu a rychlostí ochlazování. Známé fáze uvedené v kurzu Metalurgie oceli a tepelné zpracování od ASTM International — ferit, austenit, cementit, perlit, martenzit a bainit — nejsou zaměnitelné názvy. Představují různá uspořádání a transformační produkty s odlišnou tvrdostí, pevností, houževnatostí a chováním při praskání. Svar může v rychle ochlazované, prokalitelné HAZ vytvořit martenzit, i když základní deska zůstává feriticko-perlitická. Popouštění může tuto tvrdost snížit, avšak výsledek závisí na původním složení a tepelném působení. Opětovný ohřev svaru ovlivňuje také dříve nanesené vrstvy: pozdější vrstva může materiál vytvořený předchozí vrstvou popustit, zjemnit nebo částečně transformovat. U silných upnutých průřezů mohou povrch a střed sledovat odlišné dráhy ochlazování, takže tvrdost a zbytková napětí se mohou v tloušťce měnit. Stejnou pozornost vyžadují tvářené součásti. Ohýbání, lisování a lokální korekce mění geometrii a mohou způsobit deformační zpevnění, zeslabení, zbytková napětí nebo změny toku zrn. Pokud je tvářená součást z feritické oceli následně svařena, předchozí historie tváření se kombinuje s tepelným cyklem svařování. Žíhání, normalizování, kalení a popouštění nebo předepsané zpracování ke snížení napětí může být v jednom návrhu vhodné a v jiném škodlivé. Norma ISO 683-1:2016 se zabývá technickými dodacími požadavky pro nelegované oceli určené především ke kalení a popouštění, izotermickému zušlechťování, kalení plamenem, indukčnímu kalení a v některých případech pro normalizovaný stav; nemění však jedno tepelné zpracování v obecný pokyn pro vyráběné sestavy. *ASM Handbook Volume 4A* vydaný společností ASM International v roce 2024 zahrnuje austenitizaci, žíhání, popouštění, kalení, prokalitelnost, povrchové kalení, izotermické zušlechťování, martempering, tvrdost a řízení zbytkových napětí. Tato témata vysvětlují, proč musí být předepsané zpracování vztaženo ke konkrétní jakosti oceli a součásti, nikoli pouze k nastavené hodnotě teploty v peci. Deformace vznikají jak tepelnou roztažností, tak transformační deformací. Upnutí určuje, jak velká část tohoto pohybu se přemění ve zbytkové napětí. ### Požadavky na kvalitu podle ISO 17663:2023 ISO 17663:2023 je jmenovanou normou požadavků na kvalitu pro tepelné zpracování související se svařováním a přidruženými procesy. Zahrnuje zpracování na vzduchu nebo v řízených atmosférách, ať už se provádí v dílnách, nebo na místě, a vztahuje se především na feritické oceli a související svařované nebo tvářené součásti. Její význam je procedurální: tepelný cyklus se stává řízenou výrobní činností s definovanými odpovědnostmi, zařízením, měřením, záznamy a kontrolami. Systém kvality v souladu s požadavky nepředpokládá, že obecný program pece je dostačující. Příslušný postup určuje materiál, součást, účel zpracování, způsob ohřevu, teplotní rozsah, podmínky výdrže, způsob ochlazování a relevantní místa měření. Pokud je proces kritický, kvalifikace postupu prokazuje, že navržený cyklus vytváří přijatelné vlastnosti a rozměrové výsledky na reprezentativním materiálu a geometrii. Při kvalifikaci může být nutné zohlednit tloušťku, konfiguraci spoje, uspořádání lokálního ohřevu, upnutí a vztah mezi zaznamenanou teplotou vzduchu a skutečnou teplotou součásti. Měření teploty je proto řídicí funkcí, nikoli pouze ozdobou záznamu. Termočlánky, snímače, zapisovače a stav kalibrace musí být vhodné pro daný proces a umístěné tak, aby zachytily významné horké a chladné oblasti. Zařízení pro ohřev v peci nebo lokální ohřev vyžaduje řízení rovnoměrnosti, izolace, atmosféry, pokud je předepsána, rychlosti ohřevu, rychlosti ochlazování a ochrany před nezamýšlenou kontaminací nebo oxidací. U lokálních systémů je třeba věnovat zvláštní pozornost uspořádání zón a tepelným ztrátám u podpěr, připojených částí a volných hran. Záznamy dokládají, co se se součástí skutečně stalo. Mohou zahrnovat identifikaci materiálu a svaru, revizi postupu, identifikaci zařízení, umístění snímačů, grafy teplota–čas, údaje o obsluze nebo inspektorovi, přerušení, opravy a řešení odchylek. Zpětná sledovatelnost propojuje tyto záznamy s číslem tavby, číslem svaru, sestavou nebo tvářenou součástí. Kontrola následně porovnává dokončenou práci s příslušnou specifikací, včetně vizuálního stavu, rozměrových kontrol, tvrdosti, nedestruktivního zkoušení nebo mechanických zkoušek, pokud jsou vyžadovány příslušnými konstrukčními a výrobními dokumenty. ISO 17663:2023 nenahrazuje materiálovou normu, konstrukční normu ani specifikaci postupu svařování. Poskytuje rámec kvality pro řízení zpracování, které tyto dokumenty vyžadují. Toto rozlišení je důležité: úspěšná výroba se prokazuje řízenou a zpětně sledovatelnou tepelnou historií, po níž následují důkazy, že hotová součást si zachovává požadovanou strukturu, vlastnosti a rozměry. ## Označování jakostí oceli, specifikace a terminologie norem Označení oceli a stav po tepelném zpracování identifikují různé části materiálového záznamu. Označení odpovídá na otázku: „Jaká jakost oceli byla předepsána?“ Stav odpovídá na otázku: „V jakém stavu byla tato ocel dodána nebo zpracována předtím, než přešla k další výrobní operaci?“ Zaměnění těchto otázek může změnit správné označení materiálu v nesprávný předpoklad o výrobním procesu. Označení jakosti obvykle identifikuje třídu chemického složení nebo kategorii výrobku stanovenou normou. Samo o sobě neuvádí, že každý díl vyrobený z této jakosti byl kalen a popuštěn, ani nezaručuje konkrétní tvrdost po zpracování. Dodací stav naproti tomu popisuje stav, ve kterém je materiál dodáván: například bez tepelného zpracování, normalizačně žíhaný, kalený a popuštěný nebo jinak zpracovaný podle příslušné výrobkové specifikace. Přesně povolené stavy a požadavky závisí na normě, formě výrobku a nákupní specifikaci. Tepelné zpracování představuje třetí vrstvu. Jedná se o řízený tepelný cyklus, nikoli pouze o pojmenovaný stav. Rychlost ohřevu, způsob austenitizace, doba výdrže, intenzita ochlazování, atmosféra, rovnoměrnost teploty, geometrie dílu a velikost průřezu – to vše ovlivňuje výslednou strukturu. Uhlík a legující prvky ovlivňují stabilitu fází a kinetiku přeměn; stejná jmenovitá jakost může proto reagovat odlišně při změně rozměrů, zaplnění pece nebo uspořádání chlazení. Publikace ASM International *ASM Handbook Volume 4A* z roku 2024 pojednává o fyzikální metalurgii, tvrdosti a prokalitelnosti, kalení, žíhání, popouštění, izotermickém zušlechťování, martenzitickém kalení, austenitizaci a procesech povrchového kalení. Tato témata vysvětlují, proč označení nemůže nahradit specifikaci procesu. Ferit, austenit, cementit, perlit, martenzit a bainit vznikají za různých tepelných a kinetických podmínek. Označení oceli poskytuje část výchozích informací, zatímco způsob zpracování určuje, které přeměny mohou proběhnout a jak rovnoměrně k nim dojde. ### Nelegované oceli pro kalení a popouštění Nelegovaná ocel není synonymem pro ocel, kterou lze zpracovat jedním univerzálním kalicím cyklem. Její reakce závisí na obsahu uhlíku, výchozí mikrostruktuře, tloušťce průřezu, způsobu ohřevu a podmínkách ochlazování. Kalení může v místech, kde je rychlost ochlazování dostatečná, vytvořit martenzit, zatímco v pomaleji ochlazovaných oblastech mohou vzniknout jiné produkty přeměny. Popouštění následně mění strukturu po kalení a uvolňuje nebo redistribuuje napětí, avšak konečný výsledek stále závisí na úplné tepelné historii. Příslušná technická otázka proto nezní jednoduše, zda je jakost „ocelí kalenou a popouštěnou“. Jde o to, zda může předepsaný materiál ve skutečném průřezu a při skutečné geometrii dosáhnout požadované struktury a vlastností v rámci definovaného postupu. Prokalitelnost je důležitá, protože samotná tvrdost nepopisuje, do jaké hloubky se průřez přemění. Deformace a zbytková napětí jsou důležité proto, že součást může splnit jmenovitý požadavek na tvrdost, ale přesto nesplnit požadavky na rozměry nebo provozní vlastnosti. Rovnovážný diagram železo–karbid železa pomáhá určit stabilitu fází za podmínek blízkých rovnováze, sám však nepředpovídá výsledek rychlého kalení. Diagramy čas–teplota–přeměna popisují izotermickou přeměnu; diagramy přeměn při spojitém ohřevu a spojitém ochlazování se bezprostředněji zabývají teplotními průběhy, při nichž se teplota mění. Zpracování tepelného zpracování oceli v publikaci ASM z roku 2024 tyto diagramy konkrétně spojuje s austenitizací, chováním při přeměnách, deformacemi a řízením zbytkových napětí. Toto propojení je zásadní pro nelegované oceli určené ke kalení. Normalizovaný stav ilustruje rozdíl mezi jakostí a postupem zpracování. Normalizace může vytvořit jinou výchozí mikrostrukturu než stav po válcování nebo žíhání, a tím ovlivnit následné austenitizování, kalení a popouštění. Měla by být chápána jako specifikovaný stav zpracování, nikoli jako automatická vlastnost daného označení. ### Označení, dodací stav a postup zpracování Označení materiálu by mělo oddělovat alespoň tři otázky: identitu oceli, stav, v němž je dodána, a zpracování požadované pro součást. První může být vyjádřena označením podle normy. Druhá se může objevit jako dodací stav ve výrobkové normě nebo v dokumentaci objednávky. Třetí patří do specifikace procesu, která definuje, jak má být součást ohřívána, jak dlouho udržována na teplotě, ochlazována, kontrolována a přijímána. Tyto záznamy by měly zohledňovat také samotnou součást, nejen nastavenou teplotu pece. Tenká hrana a mohutný náboj nejsou vystaveny stejné tepelné historii. Otvory, rohy, změny průřezu a kontakt s přípravky mění tok tepla a vznik napětí. Atmosféra v peci může ovlivnit chemické složení povrchu a tvorbu okují; rovnoměrnost teploty a uspořádání vsázky ovlivňují, zda všechny oblasti obdrží zamýšlený cyklus. Chladicí média a jejich promíchávání mění odvod tepla, zatímco opožděný přesun nebo nerovnoměrné ponoření mohou vytvářet teplotní gradienty. Samotný název zpracování zůstává neúplný. „Kalení a popouštění“ označuje posloupnost operací, nikoli úplný postup. Použitelná specifikace procesu musí stanovit příslušnou jakost a stav, řízení zařízení, měření teploty, pravidla ohřevu a výdrže, požadavky na přesun, způsob chlazení, postup popouštění a kritéria kontroly. Může rovněž vyžadovat ustanovení o mapování tvrdosti, kontrole rozměrů, stavu povrchu a korekci deformací. Normy definují požadavky a rozsah platnosti; neodstraňují však potřebu technického posouzení konkrétní součásti. ISO 17663:2023 poskytuje samostatný kontext požadavků na jakost tepelného zpracování souvisejícího se svařováním a příbuznými procesy. Zahrnuje zpracování na vzduchu nebo v řízených atmosférách, ať už se provádí v dílnách, nebo na staveništi, a vztahuje se především na feritické oceli a související svařované nebo tvářené součásti. Její existence neznamená, že se každá operace tepelného zpracování stává postupem svařování, ukazuje však, proč musí kontroly jakosti odpovídat prováděné práci. ### ISO 683-1:2016 v kontextu Přesný název zní **ISO 683-1:2016, Heat-treatable steels, alloy steels and free-cutting steels — Part 1: Non-alloy steels for quenching and tempering**. Název zařazuje nelegované oceli do širší řady a současně identifikuje konkrétní část, kterou dokument upravuje. ISO 683-1:2016 stanovuje technické požadavky na dodávku v rámci svého uvedeného rozsahu, nikoli univerzální předpis tepelného zpracování. Strong evidence Podle International Organization for Standardization stanovuje ISO 683-1:2016 technické dodací požadavky na nelegované oceli určené především ke kalení a popouštění, izotermickému zušlechťování, kalení plamenem, indukčnímu kalení a v některých případech také k normalizovanému stavu. „Technické dodací požadavky“ představují důležitou hranici terminologie norem. Dokument stanovuje požadavky na materiál dodávaný v rámci jeho rozsahu platnosti; nepředstavuje univerzální recept pro každou součást vyrobenou z oceli, na kterou se vztahuje. Toto rozlišení předchází dvěma běžným chybám. Za prvé, označení zahrnuté v ISO 683-1:2016 nedokazuje, že hotová součást prošla požadovaným zpracováním. Za druhé, volba dodacího stavu nestanovuje úplný tepelný cyklus potřebný k dosažení konstrukčního cíle. Specifikace součásti musí stále řešit geometrii, velikost průřezu, ohřev, výdrž, chlazení, atmosféru, řízení deformací, zbytková napětí a ověření. ISO 683-1:2016 je proto referenčním dokumentem pro materiál a dodací stav v rámci širšího systému řízení. ASM International, ASTM International, NPTEL a referenční publikace *Steel and Its Heat Treatment* z roku 1984 popisují tepelné zpracování prostřednictvím fázových přeměn a časově-teplotní historie. Norma poskytuje smluvní rámec pro materiál; metalurgická analýza a řízená specifikace procesu určují, zda skutečná součást dosáhne požadovaného stavu. ## Řízení procesu, ověřování a analýza poruch Tepelné zpracování by mělo být ověřováno jako řízená posloupnost, nikoli posuzováno pouze podle tvrdosti. Před vložením vsázky do pece potvrďte jakost oceli, číslo tavby nebo odlitku, formu výrobku, rozměr průřezu a výchozí stav. Tyč z legované oceli zušlechtěné kalením a popouštěním není zaměnitelná s tyčí z normalizované uhlíkové oceli, ani když obě mají podobný obsah uhlíku. Výchozí feriticko-perlitická struktura, předchozí tváření za studena, velikost zrna, segregace a stav po obrábění ovlivňují odezvu při austenitizaci, kinetiku přeměn, deformaci i výslednou tvrdost. #### Kontrolní seznam ověření Zaznamenejte tavbu materiálu, výchozí stav, teploty pece a vsázky, atmosféru, dobu výdrže, dobu přenosu, stav kalicího média, cyklus popouštění, místa kontroly a výsledky měření rozměrů. Záznam o procesu by měl spojovat identifikaci materiálu s úplnou tepelnou historií: nastavenou a naměřenou teplotou pece, stavem atmosféry, uspořádáním vsázky, rychlostí ohřevu, je-li relevantní, dobou prohřevu nebo výdrže, dobou přenosu, kalicím prostředkem a jeho pohybem, průběhem ochlazování, cyklem popouštění a případnými operacemi po tepelném zpracování. ASM Handbook Volume 4A (ASM International, 2024) zahrnuje tvrdost, prokalitelnost, kalení, deformace a řízení zbytkových napětí do téhož problému tepelného zpracování. Tento vztah je důležitý. Součást může dosáhnout předepsané tvrdosti povrchu, a přesto může mít nevhodné jádro, nadměrné tahové napětí nebo změnu geometrie, která znemožní montáž. ISO 683-1:2016 stanovuje technické dodací požadavky pro nelegované oceli určené především ke kalení a popouštění, izotermickému kalení, kalení plamenem, indukčnímu kalení a v některých případech k normalizovanému stavu. ISO 17663:2023 se zabývá požadavky na jakost tepelného zpracování na vzduchu nebo v řízených atmosférách, prováděného v dílnách nebo na místě, především u feritických ocelí a souvisejících svařovaných nebo tvářených součástí. Tyto normy poskytují rámec pro zajištění jakosti; nečiní však z každé jakosti, geometrie a provozních podmínek jedno univerzální pravidlo přijatelnosti. Co je přijatelné, musí stanovit příslušný výkres, materiálová specifikace, technologický postup a plán kontrol. ### Atmosféra v peci a rovnoměrnost teploty Řízení teploty začíná měřením, nikoli údajem na displeji regulátoru. Pec může indikovat 850 °C, zatímco vsázka je vystavena jiné teplotě v důsledku umístění snímače, radiačních teplotních gradientů, poškozené izolace, omezené cirkulace nebo přetíženého pracovního prostoru. Tyto rozdíly odhalí zkoušky rovnoměrnosti teploty a kalibrované termočlánky umístěné ve vsázce. Relevantní otázkou není pouze to, zda pec dosáhla nastavené hodnoty, ale zda součást v celé vsázce dosáhla požadované teploty a setrvala na ní po zamýšlenou dobu. Uspořádání vsázky ovlivňuje ohřev i ochlazování. Součásti uložené těsně vedle sebe se mohou navzájem stínit před sálavým teplem a omezovat proudění plynu nebo kalicího média. Velké průřezy se ve středu ohřívají pomaleji než na povrchu; tenké výstupky se mohou přehřát, zatímco jádro je stále pod zamýšleným rozsahem austenitizačních teplot. Doba výdrže měřená od obnovení teploty v peci se proto může z metalurgického hlediska lišit od doby výdrže měřené až po vyrovnání teploty v celé vsázce. Řízení atmosféry má dva účely: omezit chemické změny na povrchu a zajistit opakovatelný přenos tepla. Nadbytek kyslíku nebo vodní páry podporuje oxidaci a tvorbu okují. Uhlíkový potenciál nižší, než odpovídá rovnovážným požadavkům oceli, může způsobit oduhličení, při němž se z povrchu odstraní uhlík a sníží se dosažitelná tvrdost. Nadměrný uhlíkový potenciál může vést k nauhličení a vzniku tvrdého, křehkého povrchu nebo abnormálního uhlíkového gradientu. Endotermický plyn, systémy dusík–methanol, vakuum, sůl a vzduch vyžadují odlišné způsoby monitorování. V závislosti na procesu mohou být relevantní rosný bod, potenciál kyslíku, uhlíkový potenciál, průtok plynu, tlak a záznamy alarmů. Přenos z pece do kalicí lázně je dalším kontrolním bodem. Zpoždění umožňuje částečnou přeměnu, zejména v blízkosti nosu diagramu kontinuálního ochlazování, a může vést ke vzniku feritu, perlitu nebo bainitu ještě před dokončením tvorby martenzitu. Rychlost ochlazování následně určují teplota kalicího média, jeho pohyb, znečištění, koncentrace a orientace součásti. Kalicí prostředek, který na jednom místě ochlazuje rychle, může jinde ochlazovat pomalu v důsledku parních obalů, stagnujícího proudění nebo změněného stavu kapaliny. Výsledkem je historie procesu, nikoli jediné číslo rychlosti ochlazování. ### Kontroly tvrdosti, mikrostruktury a rozměrů Ověřování by mělo využívat několik vzájemně propojených zkoušek. Tvrdost je rychlým ukazatelem odezvy na tepelné zpracování, její význam však závisí na místě měření, metodě, stavu povrchu a velikosti průřezu. Kontrolujte předepsané oblasti, nikoli pouze nejpřístupnější povrch. Tam, kde tloušťka průřezu pravděpodobně způsobuje gradienty, porovnejte povrch a jádro; pokud to zkušební metoda vyžaduje, odstraňte okuje nebo oduhličený materiál, aby byl zajištěn kvalitní zkušební povrch. Profil tvrdosti může ukázat, zda indukční nebo plamenové kalení vytvořilo požadovanou hloubku zakalené vrstvy, zatímco jediné měření může zakrýt náhlý přechod. Metalografické zkoumání vysvětluje výsledky tvrdosti, které se zdají být rozporné. Po kalení může struktura obsahovat martenzit, bainit, ferit, perlit a zbytkový austenit v poměrech řízených obsahem uhlíku, legujícími přísadami, rychlostí ochlazování a místní geometrií. Popouštění mění martenzit a uvolňuje část kalicího napětí; neodstraní však každou předchozí chybu procesu. Metalografické výbrusy by měly být odebírány z reprezentativních nebo podezřelých míst, připraveny bez přehřátí či rozmazání a vyhodnocovány s ohledem na jakost oceli a historii tepelného zpracování. Kontrola povrchu může odhalit oxidaci, okuje, oduhličení, nauhličení, kalicí trhliny, brusné trhliny, přeložky a místní přehřátí. Oduhličení se obvykle projevuje jako nízkouhlíková feritická vrstva pod povrchem. Při silné oxidaci vznikají okuje nebo mezikrystalové napadení. Nadměrný obsah zbytkového austenitu může doprovázet vysoký obsah uhlíku nebo legujících prvků, nedostatečná intenzita kalení, příliš vysoká kalicí teplota nebo natolik nízká teplota počátku tvorby martenzitu, že přeměna zůstane při pokojové teplotě nedokončena. Později může dojít k jeho přeměně během provozu, obrábění nebo zpracování za studena, což způsobí rozměrové změny. Rozměry je nutné měřit před zpracováním i po něm, a to na definovaných základnách. Podle výkresu součásti zaznamenejte délku, průměr, rovinnost, kruhovitost, házení, rozměr otvoru a příslušné prvky profilu. Deformaci způsobují nerovnoměrný ohřev, změny objemu při přeměnách, teplotní gradienty, nesymetrická geometrie, proudění kalicího média, zbytková napětí po obrábění a omezení pohybu. Zbytková napětí mohou přetrvávat i tehdy, když rozměry zůstávají v toleranci; řízení deformace a řízení napětí jsou proto související, nikoli však totožné úkoly. ASM’s 2024 treatment of distortion and residual stresses is therefore directly relevant to inspection planning. ### Interpretace neshodných výsledků Neshodný výsledek je důkazem stavu procesu nebo materiálu, který vyžaduje oddělení a šetření, nikoli podnětem k opakování cyklu bez stanovení příčiny. Nejprve zachovejte dohledatelnost: identifikujte vsázku v peci, tavbu materiálu, kontrolovaná místa, použité přístroje, stav kalibrace a přesný výsledek. Před připsáním viny metalurgii potvrďte zkušební metodu a místo odběru vzorku. Falešně nízké měření tvrdosti může být způsobeno okujemi, oduhličením, drsným povrchem, příliš mělkým vtiskem nebo měřením příliš blízko hrany. Měkká místa běžně vznikají v důsledku nedostatečné intenzity kalení, špatného pohybu kalicího média, tvorby parního obalu, omezeného proudění kapaliny, příliš dlouhé prodlevy při přenosu, nedostatečné austenitizace nebo průřezu příliš velkého pro zvolenou ocel a kalicí prostředek. Stejný vzhled může vytvořit také nerovnoměrná teplota v peci nebo nesprávně uspořádaná vsázka. Nadměrná tvrdost může signalizovat nedostatečné popouštění, nesprávnou popouštěcí teplotu, nauhličený povrch nebo strukturu obsahující nepopuštěný martenzit. Může také odrážet měření provedené na tenké zakalené oblasti místo na zamýšleném objemu materiálu. Oduhličení poukazuje na řízení atmosféry, nadměrnou dobu expozice, odstraňování okují nebo předchozí ohřev. Oxidace naznačuje netěsnost přívodu vzduchu, nevhodný potenciál v peci, vysoký rosný bod nebo dlouhou dobu expozice. Hrubé zrno obvykle vzniká v důsledku příliš vysoké austenitizační teploty, příliš dlouhé výdrže, opakovaného ohřevu nebo místního přehřátí; může snižovat houževnatost a zvyšovat citlivost k deformaci. Trhliny mohou být způsobeny intenzivním kalením, ostrými rohy, poškozením při broušení, předchozími vadami, vodíkem nebo znečištěním povrchu či zbytkovými napětími, která se kombinují s napětím vznikajícím při přeměně. Tvar a umístění trhlin jsou často informativnější než tvrdost. Neočekávaný zbytkový austenit by měl vést k přezkoumání obsahu uhlíku a legujících prvků, skutečné austenitizační teploty, rychlosti ochlazování, přerušení kalení a případného stabilizačního účinku geometrie nebo tloušťky průřezu. Rozměrový nárůst po zpracování může tuto diagnózu podpořit, sám o sobě však není důkazem. Nápravné opatření může zahrnovat překlasifikování, dodatečné popouštění, odstranění napětí, opakovanou kontrolu nebo vyřazení; vhodný způsob naložení závisí na rozhodující specifikaci a technickém posouzení. Základní zásadou je měnit vždy pouze jednu identifikovanou procesní proměnnou a ověřit výslednou strukturu, vlastnosti, stav povrchu a rozměry. ## Jednotný rámec pro volbu tepelného zpracování Tepelné zpracování by se mělo volit na základě požadovaného profilu vlastností a provozních podmínek, nikoli podle známé teploty nebo obecného označení jakosti. Řízený tepelný cyklus mění ocel prostřednictvím fázových přeměn, avšak výsledný ferit, perlit, bainit, martenzit, zbytkový austenit a karbidy závisí na chemickém složení, velikosti průřezu, rychlosti ohřevu, průběhu ochlazování a výchozím stavu materiálu. Stejné jmenovité zpracování proto může u jedné součásti vytvořit užitečnou houževnatost, zatímco u jiné způsobit praskání, nadměrné deformace nebo nedostatečnou tvrdost jádra. ASM International ve své publikaci *ASM Handbook Volume 4A* uvádí fyzikální metalurgii, tvrdost a prokalitelnost, kalení, žíhání, popouštění, izotermické kalení, martenzitické kalení, austenitizaci a povrchové kalení jako vzájemně propojené části tepelného zpracování oceli, nikoli jako izolované operace (ASM International, 2024). Toto propojení tvoří základ pro volbu procesu. ### Začněte požadovanými vlastnostmi a provozními podmínkami Před volbou tepelného cyklu definujte technický cíl. Požadovaná tvrdost se může týkat celého průřezu, povrchu namáhaného opotřebením nebo úzké vrstvy do určité hloubky. Pevnost v tahu a mez kluzu jsou důležité, ale nenahrazují houževnatost, tažnost ani odolnost proti únavě. Tvrdý martenzitický povrch může odolávat abrazivnímu opotřebení, současně však snižovat odolnost proti rázům nebo zvyšovat citlivost k poškození při broušení. Bainitická struktura s nižší tvrdostí nebo struktura z popuštěného martenzitu může opakovaná zatížení přenášet spolehlivěji. Volba tepelného zpracování musí vyvažovat tvrdost, houževnatost, rozměrovou stabilitu a odolnost proti opotřebení, nikoli maximalizovat jedinou vlastnost. Provozní podmínky určují, jaký kompromis je přijatelný. Ozubení je vystaveno kontaktnímu napětí, kluznému opotřebení, únavě v ohybu a často také gradientu tvrdosti od povrchové vrstvy k jádru. Hřídel může vyžadovat houževnaté jádro, tvrdý čep a přísné limity házení po tepelném zpracování. U svařované tlakové součásti je důležitější zbytkové napětí, kontrola vodíku, houževnatost a kontrola než maximální tvrdost. Teplota, působení korozního prostředí, mazání, rázové zatížení, cyklické napětí a důsledky porušení patří do stejného úvodního posouzení. Rozměrové tolerance musí být specifikovány společně s mechanickými vlastnostmi. Součást s tolerancí několika setin milimetru nelze zpracovávat tak, jako by deformace představovaly problém, který se vyřeší až následně. Geometrie ovlivňuje teplotní pole: tenké hrany se ohřívají a chladnou rychle, otvory mění místní tuhost, ostré rohy koncentrují napětí a dlouhé nesymetrické průřezy se při vzniku transformačních deformací ohýbají. Požadovaný gradient vlastností mezi povrchem a jádrem musí být rovněž výslovně stanoven. Prokalování celého průřezu, místní kalení a zpracování ke snížení napětí vyžadují odlišné tepelné a mechanické podmínky. Výchozí stav je součástí specifikace. Lité struktury, předchozí tváření za studena, normalizovaný feriticko-perlitický stav, sféroidizované karbidy, dříve popuštěný martenzit a tepelně ovlivněná oblast svaru nereagují shodně. Svařovaná součást může před zahájením plánovaného zpracování obsahovat gradienty tvrdosti a tahová zbytková napětí. Norma ISO 17663:2023 se zabývá požadavky na jakost tepelného zpracování na vzduchu nebo v řízených atmosférách, v dílnách i na staveništi, především u feritických ocelí a souvisejících svařovaných nebo tvářených součástí. Její význam je praktický: záznam o procesu, měření teploty, kontrola atmosféry a plán kontroly musí odpovídat historii součásti a míře rizika. ### Sladění chemického složení oceli s průběhem fázových přeměn Uhlík určuje množství uhlíku dostupného pro vznik martenzitu a ovlivňuje podíl a tvrdost feritu, perlitu a cementitu. Legující prvky mění teploty přeměn, stabilitu karbidů, prokalitelnost, odezvu při popouštění a oxidační chování. Ocelím AISI 1045 a AISI 4140 nelze přiřadit stejný předpoklad kalení jen proto, že obě lze kalit a popouštět. Obsah chromu a molybdenu v oceli AISI 4140 zpomaluje difuzní přeměny a obecně umožňuje větší prokalení než u nelegované uhlíkové oceli AISI 1045 při srovnatelném průřezu. Ocel AISI 52100 obsahuje více uhlíku a chromu, přičemž kontrola karbidů se stává zásadní pro funkci ložiska a rozměrovou stabilitu. Diagram železo–karbid železa pomáhá identifikovat rovnovážné fáze a rozpustnost uhlíku, nepředpovídá však strukturu vzniklou při skutečném průběhu ochlazování. Austenit se může přeměnit na perlit nebo bainit, pokud ochlazování protne příslušnou oblast časově-teplotního diagramu; je-li difuze dostatečně potlačena, může se přeměnit na martenzit při teplotách určených chemickým složením oceli. Výklad přeměnových diagramů v publikaci ASM z roku 2024 rozlišuje rovnovážné pojmy od chování podle diagramů čas–teplota–přeměna (TTT) a diagramů přeměn při plynulém ochlazování (CCT). Toto rozlišení zabraňuje běžné chybě: volbě austenitizační teploty z fázového diagramu a předpokladu, že tím je automaticky určen výsledek ochlazování. Diagram TTT používejte k posouzení izotermických prodlev a diagram CCT k posouzení praktického ochlazování z austenitu. Otázkou není pouze to, zda je kalicí prostředek „rychlý“. Jde o to, zda křivka ochlazování skutečného průřezu podle potřeby mine oblast nosu perlitu nebo bainitu a poté prochází martenzitickou oblastí rychlostí, která omezuje tepelné a transformační napětí. Velký průměr může ve svém středu chladnout pomalu, zatímco tenká hrana chladne rychle, takže v jedné součásti vzniknou odlišné struktury. Prokalitelnost, zjišťovaná například metodou čelního kalení podle Jominyho, popisuje hloubku, do níž může ocel za definovaných podmínek ochlazování dosáhnout tvrdosti; nezaručuje konkrétní tvrdost v každé geometrii. Tato úvaha může vést k volbě menší intenzity kalení, než je maximální možná. Kalení a popouštění může poskytnout požadovanou pevnost, avšak martenzitické kalení může snížit teplotní rozdíl během vzniku martenzitu a tím omezit riziko deformací. Izotermické kalení může při vhodné oceli a velikosti průřezu vytvořit bainit s užitečnou houževnatostí a menšími kalicími deformacemi. Normalizace může zjemnit nerovnoměrnou výchozí strukturu, zatímco žíhání nebo sféroidizační žíhání může před kalením zlepšit obrobitelnost. Plamenové a indukční kalení mohou vytvořit vysokou tvrdost na povrchu při zachování houževnatějšího jádra, pokud jsou řízeny způsob ohřevu, frekvence, rychlost posuvu a schopnost samozakalování. ### Vyvážení užitných vlastností, vyrobitelnosti a rizik Technicky dosažitelná mikrostruktura může být přesto nevhodnou výrobní volbou. Zvažte kapacitu pece, uspořádání vsázky, rovnoměrnost ohřevu, intenzitu míchání kalicího prostředku, jeho znečištění, atmosféru, upínání, pořadí obráběcích operací a možnost měřit teplotu v reprezentativních místech. Volba atmosféry není pouze formální záležitostí: oxidace, oduhličení, nauhličení a okuje mohou změnit povrchovou tvrdost i rozměry. Výpočet prokalitelnosti je rovněž neúplný bez zohlednění tloušťky průřezu, poloměrů rohů, kontaktu s přípravky a podmínek ochlazování na povrchu. Zbytková napětí a deformace musí být považovány za konstrukční omezení. Tepelná kontrakce a transformační roztažnost probíhají v různých časech a na různých místech, přičemž vznik martenzitu může zafixovat napětí dříve, než jádro vychladne. K praskání dochází s větší pravděpodobností, pokud se vysoké napětí spojí s vysokou tvrdostí, ostrou geometrií, poškozením povrchu, vodíkem nebo nevhodným kalením. Popouštění proto není pouze úpravou tvrdosti; mění stabilitu a houževnatost struktury po kalení a snižuje část zatížení způsobeného kalicími napětími. Teplotu a dobu popouštění i prodlevu před přemístěním součásti je nutné řídit. Historie svařování může rozhodnutí zcela změnit. Tepelné zpracování po svařování může snížit zbytková napětí nebo popustit tvrdé oblasti, může však také ovlivnit pevnost, rozměrovou přesnost a houževnatost, pokud cyklus není vhodně přizpůsoben oceli. Norma ISO 683-1:2016 stanovuje technické dodací požadavky pro nelegované oceli určené především ke kalení a popouštění, izotermickému kalení, plamenovému kalení, indukčnímu kalení a v některých případech k normalizovanému stavu. Norma nenahrazuje potřebu kvalifikovat tepelné zpracování pro konkrétní součást. Možnosti kontroly určují hranici věrohodného řízení procesu. Zkoušky tvrdosti by měly zahrnovat povrch i jádro, pokud je specifikován gradient. K detekci oduhličení, zbytkového austenitu, nepopuštěného martenzitu, bainitu, karbidických sítí nebo abnormální velikosti zrna může být potřebná metalografie. Při závažných důsledcích praskání nebo vnitřních vad mohou být vhodné rozměrové kontroly, zkoušení magnetickou práškovou metodou nebo kapilární zkoušení, ultrazvukové zkoušení a posouzení zbytkových napětí. #### Volba zpracování 1. **Stanovte cílový stav** Stanovte provozní zatížení, meze vlastností, požadavky na povrch a jádro a rozměrové tolerance. 2. **Určete výchozí stav** Ověřte jakost, předchozí mikrostrukturu, geometrii průřezu, formu výrobku a historii svařování. 3. **Posuďte kinetiku** Použijte vhodné údaje TTT nebo CCT pro danou ocel a tepelnou cestu. 4. **Zvolte postup** Vyberte metody ohřevu, atmosféry, ochlazování, popouštění nebo povrchového kalení, které lze řídit. 5. **Kvalifikujte a ověřte** Zkontrolujte tvrdost, mikrostrukturu, rozměry, stav povrchu a vady podle příslušné specifikace. Rozhodnutí o volbě lze proto učinit v následujícím pořadí: definovat provozní zatížení a meze vlastností; specifikovat tvrdost povrchu a jádra a rozměrové tolerance; určit jakost oceli, výchozí mikrostrukturu, geometrii průřezu a historii svařování; porovnat průběhy přeměn podle diagramů TTT/CCT; zvolit metody ohřevu, atmosféry, ochlazování a popouštění, které lze řídit; a následně cyklus kvalifikovat pomocí kontroly tvrdosti, struktury, rozměrů a vad. Pokud žádný jednotlivý postup nesplní požadavky na pevnost, houževnatost, deformace a výrobní omezení, změňte ocel, geometrii, pořadí obrábění nebo strategii povrchového zpracování. Tepelné zpracování je vzájemně propojený metalurgický a výrobní problém. Rozhodující není jedno číselné určení teploty, ale ověřená tepelná historie přizpůsobená oceli a součásti. ## Zdroje 1. \[1\] ASM International. [Steel Heat Treating—Fundamentals and Processes](https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/18/Steel-Heat-Treating-Fundamentals-and-Processes). ASM Handbook Volume 4A, 2024. [](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%C3%AD-oceli#wiki-cite-ref-1) https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/18/Steel-Heat-Treating-Fundamentals-and-Processes 2. \[2\] ASTM International. [Steel Metallurgy & Heat Treatment course outline](https://store.astm.org/astm-tpt-727.html). ASTM International course outline, 2024. [](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%C3%AD-oceli#wiki-cite-ref-2) https://store.astm.org/astm-tpt-727.html 3. \[3\] ASM International. [Fundamentals of the Heat Treating of Steel](https://dl.asminternational.org/technical-books/monograph/99/chapter-abstract/2112447/Fundamentals-of-the-Heat-Treating-of-Steel). ASM technical monograph, 2024. [](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%C3%AD-oceli#wiki-cite-ref-3) https://dl.asminternational.org/technical-books/monograph/99/chapter-abstract/2112447/Fundamentals-of-the-Heat-Treating-of-Steel 4. \[4\] International Organization for Standardization. [ISO 17663:2023](https://www.iso.org/standard/83142.html). International standard, 2023. [](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%C3%AD-oceli#wiki-cite-ref-4) https://www.iso.org/standard/83142.html 5. \[5\] ASM International. [Basic Principles and Design Guidelines for Heat Treatment](https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/49/chapter-abstract/608501/Basic-Principles-and-Design-Guidelines-for-Heat). ASM Handbook chapter, 2024. [](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%C3%AD-oceli#wiki-cite-ref-5) https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/49/chapter-abstract/608501/Basic-Principles-and-Design-Guidelines-for-Heat 6. \[6\] Elsevier. [Steel and Its Heat Treatment](https://www.sciencedirect.com/book/9780408014243/steel-and-its-heat-treatment). Technical reference, 1984. [](/cs/wiki/tepeln%C3%A9-zpracov%C3%A1n%C3%AD/z%C3%A1klady-tepeln%C3%A9ho-zpracov%C3%A1n%C3%AD-oceli#wiki-cite-ref-6) https://www.sciencedirect.com/book/9780408014243/steel-and-its-heat-treatment **Tepelné zpracování přehledně** Základní proměnné Složení, ohřev, výdrž, atmosféra, průběh přenosu tepla průřezem a cesta ochlazování Hlavní výsledky Fázové složení, tvrdost, pevnost, houževnatost, tažnost, obrobitelnost a rozměrová stabilita Běžné procesy Žíhání, normalizační žíhání, kalení a popouštění, izotermické zušlechťování, martemperování a povrchové kalení [Zpět na Tepelné zpracování](/cs/wiki/tepelné-zpracování "Tepelné zpracování — Steel Wiki")