Plamenové kalení

Ohřev povrchu hořákem a následné ochlazení vodou nebo emulzí.

Účel
Levné kalení velkých nebo kusových dílů.
Typické použití
Velká ozubená kola, vodicí lišty, lože strojů.
Vhodné materiály
Uhlíkové a nízkolegované oceli, litina.
Kategorie
Povrchové kalení

Jak proces funguje

Kalení plamenem je klasická technologie lokálního povrchového kalení, při níž se požadovaná oblast ocelové nebo litinové součásti zahřeje kyslíko-palivovým plamenem nad teplotu austenitizace a okamžitě ochladí vodou, emulzí nebo jiným kalicím médiem. Mikrostrukturní princip je stejný jako při indukčním kalení – vznikne austenit a jeho rychlou transformací martenzit – chemické složení materiálu se nemění. Moderní zařízení používají řízené množství plynu, automatizované posuvy hořáků, rotaci dílu a integrované kalicí sprchy.

Hořák vytváří koncentrovaný vysokoteplotní plamen, typicky ze směsi kyslíku a palivového plynu (historicky nejčastěji acetylenu). Teplo se přenáší z plamene na kov konvekcí a zářením a následně vedením do podpovrchových oblastí. Na rozdíl od indukce, kde teplo vzniká přímo v materiálu, se musí při kalení plamenem energie přenést z povrchu dovnitř vedením – ohřev je pomalejší a tepelná zóna širší.

Klíčové procesní parametry

  • Austenitizační teplota povrchu: cca 800–1000 °C podle složení oceli a rychlosti ohřevu
  • Hloubka zakalené vrstvy: cca 1–10 mm (společně s indukcí rozsah 0,1–10 mm)
  • Povrchová tvrdost: cca 350–700 HV; u C45 nebo 42CrMo4 běžně 50–60 HRC
  • Režimy: progressive hardening (posuv hořáku), rotační kalení, zub po zubu, spin hardening
  • Kalicí média: voda, olejové směsi, polymerní média
  • Řešené veličiny: vzdálenost hořáku, průtok plynů, rychlost pohybu

Typické aplikace

  • Velká ozubená kola (kalení zub po zubu nebo mezera po mezeře)
  • Kolejnicové a vodicí plochy, lože obráběcích strojů
  • Velké hřídele, válce, vačky a kladky
  • Kusové a speciální díly nevhodné pro indukční cívku nebo pec
  • Opravy velkých komponent přímo na místě montáže

Výhody

  • Vhodné pro velké a těžké komponenty problematické pro indukci nebo pec
  • Nižší investiční náklady než u laserových či elektronových systémů
  • Flexibilita hořáku pro velké, nerovné a kusové díly
  • Mobilita zařízení – použitelné při opravách na místě
  • Ekonomická alternativa cementování při velkých modulech ozubení

Omezení a rizika

  • Horší reprodukovatelnost tepelného příkonu než při indukci nebo laseru
  • Výsledek ovlivňuje vzdálenost hořáku, průtok plynů a rychlost pohybu
  • Vyšší riziko oxidace, tvorby okují a oduhličení povrchu
  • Přehřívání vede k hrubému austenitickému zrnu a křehkosti
  • Příliš agresivní ochlazení vyvolává praskliny, pomalé ochlazení nedostatečnou tvrdost
  • Riziko oxidačního charakteru nesprávně nastaveného plamene

Kontrola kvality

  • Povrchová tvrdost a profil tvrdosti napříč vrstvou
  • Stanovení hloubky SHD podle ISO 18203 (nahrazuje starší ISO 3754)
  • Metalografická kontrola mikrostruktury
  • Magnetická prášková kontrola trhlin na kritických dílech
  • Měření deformace a průběhu tvrdosti

Vhodné materiály

Požadavky jsou podobné jako při indukčním kalení – materiál musí mít dostatečný obsah uhlíku a dostatečnou kalitelnost. V praxi jsou vhodné středněuhlíkové oceli přibližně od 0,35–0,45 % C výše, například C45, C50, C55, 42CrMo4 a řada nízkolegovaných ocelí. Kalit lze i některé litiny s vhodnou mikrostrukturou a dostatkem uhlíku vázaného způsobem umožňujícím austenitizaci.

Bezpečnost a BOZP

Jde o práci s otevřeným plamenem, hořlavými plyny, tlakovými kyslíkovými systémy a horkým kovem s prudkým odpařováním kalicího média. Nutné jsou pojistky proti zpětnému šlehnutí plamene, správné skladování plynů, odsávání spalin a ochrana obsluhy.

Související normy

  • ISO 18203:2026 – Ocel – Stanovení tloušťky povrchově kalených vrstev (zahrnuje kalení plamenem; nahrazuje ISO 3754)
  • ISO 6507-1:2023 – Metallic materials – Vickers hardness test
Nezávazná poptávka