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