Indukční kalení
Rychlý ohřev povrchu indukční cívkou a okamžité ochlazení.
- Účel
- Tvrdý povrch přesně v požadované zóně, rychlý a opakovatelný proces.
- Typické použití
- Hřídele, čepy, ozubení, vodicí plochy.
- Vhodné materiály
- Ocele s obsahom C nad 0,35 % (C45, 42CrMo4).
- Kategorie
- Povrchové kalení
Jak proces funguje
Indukční kalení patří mezi nejpoužívanější průmyslové metody lokálního povrchového kalení ocelí. Chemické složení povrchu se nemění – požadovaná část součásti se velmi rychle zahřeje elektromagnetickou indukcí nad austenitizační teplotu a bezprostředně se prudce ochladí, nejčastěji vodou nebo vodně-polymerní kalicí kapalinou. Výsledkem je tvrdá martenzitická povrchová vrstva a tepelně prakticky neovlivněné, houževnaté jádro.
Díl se nachází uvnitř nebo v těsné blízkosti měděného induktoru, kterým protéká střídavý proud. Rychle se měnící magnetické pole indukuje v obrobku vířivé proudy, které ho odporovým ohřevem zahřívají; pod Curieovou teplotou se podílejí i magnetické ztráty. Díky skin efektu se proud soustřeďuje u povrchu – čím vyšší frekvence, tím mělčí zakalená vrstva. Ohřev trvá často jen sekundy, čímž se omezí růst zrna, oxidace a deformace dílu.
Klíčové procesní parametry
- Frekvence generátoru: od jednotek kHz po stovky kHz (vyšší frekvence = mělčí vrstva)
- Výkon zařízení: od desítek kW po stovky kW podle průměru a geometrie dílu
- Austenitizační teplota: typicky cca 800–950 °C u středněuhlíkových ocelí
- Hloubka zakalené vrstvy: běžně jednotky mm, v širším rozsahu cca 0,1–10 mm
- Povrchová tvrdost: C45 dosahuje cca 55–60 HRC, kvalitní legované oceli i více
- Režimy: single-shot hardening (najednou) nebo scan hardening (posuv induktoru a kalicího prstence)
- Kalicí médium: voda nebo vodně-polymerní kapalina; koncentrace polymeru řídí intenzitu chlazení
Typické aplikace
- Hřídele, čepy, nápravy a klikové hřídele
- Ozuben í, vačky a vřetena
- Vodicí plochy a lokální funkční zóny výkovků
- Ložiskové plochy, které musí být tvrdé při houževnatém jádru
- Velkosériová výroba s automatizovanými kalicími stanicemi
Výhody
- Přesná lokalizace tepla – kalí se jen funkčně namáhaná místa
- Velmi rychlý proces s dobrou automatizovatelností a opakovatelností
- Menší deformace než při objemovém kalení
- Cílená tlaková zbytková napětí zvyšují únavovou životnost
- Nízké riziko oxidace díky krátkému tepelnému cyklu
Omezení a rizika
- Citlivý na polohu cívky, proud, frekvenci a rovnoměrnost chlazení
- Vyžaduje specifický induktor pro každou geometrii dílu
- Nerovnoměrná kalicí sprcha vytváří měkká místa a riziko trhlin
- Přehřátí způsobuje hrubnutí zrna, lokální tavení hran a trhliny
- Geometrické přechody, drážky a ostré rohy deformují elektromagnetické pole
- Změna teploty kalicího média o ~10 °C citelně mění rychlost chlazení
Kontrola kvality
- Povrchová tvrdost a profil mikrotvrdosti napříč vrstvou
- Stanovení hloubky SHD (ISO 18203) Vickersovou metodou na příčném výbrusu (ISO 6507-1)
- Metalografická kontrola mikrostruktury
- Kontrola trhlin magnetickou práškovou metodou (MT)
- Rozměrové měření a kontrola deformace
Příprava dílu před kalením
Díl musí být správně tepelně a mechanicky připravený. Ocel bývá často v zušlechtěném stavu – zakalená a vysoko popuštěná – aby jádro mělo požadovanou pevnost a houževnatost. Povrch musí být čistý a geometrie musí odpovídat tvaru induktoru. U hřídelí se díl během ohřevu otáčí pro rovnoměrné zahřátí.
Vhodné materiály
Vhodné jsou oceli s dostatkem uhlíku pro vytvoření tvrdého martenzitu – praktická hranice je přibližně 0,35–0,45 % C. Typické materiály jsou C45, C50, C55, 42CrMo4 a další středněuhlíkové a nízkolegované oceli. Použít lze i martenzitické korozivzdorné oceli, práškové materiály a některé litiny. Velmi nízkouhlíková ocel bez předchozího nauhličení nedosáhne dostatečné tvrdosti; příliš vysoký obsah uhlíku naopak zvyšuje riziko křehkosti a praskání.
Bezpečnost a BOZP
Hlavními riziky jsou vysoké proudy a napětí generátoru, horký kov, tlakové chladicí systémy a elektromagnetické pole. Automatické stanice proto používají stínění, blokování dveří, kontrolu průtoku média a monitorování generátoru.
Související normy
- ISO 18203:2026 – Steel – Determination of the thickness of surface-hardened layers
- ISO 6507-1:2023 – Metallic materials – Vickers hardness test