Indukčné kalenie
Rýchly ohrev povrchu indukčnou cievkou a okamžité ochladenie.
- Účel
- Tvrdý povrch presne v požadovanej zóne, rýchly a opakovateľný proces.
- Typické použitie
- Hriadele, čapy, ozubenia, vodiace plochy.
- Vhodné materiály
- Ocele s obsahom C nad 0,35 % (C45, 42CrMo4).
- Kategória
- Povrchové kalenie
Ako proces funguje
Indukčné kalenie patrí medzi najpoužívanejšie priemyselné metódy lokálneho povrchového kalenia ocelí. Chemické zloženie povrchu sa nemení – požadovaná časť súčiastky sa veľmi rýchlo zahreje elektromagnetickou indukciou nad austenitizačnú teplotu a bezprostredne sa prudko ochladí, najčastejšie vodou alebo vodno-polymérnou kaliacou kvapalinou. Výsledkom je tvrdá martenzitická povrchová vrstva a tepelne prakticky neovplyvnené, húževnaté jadro.
Diel sa nachádza vo vnútri alebo v tesnej blízkosti medeného induktora, ktorým preteká striedavý prúd. Rýchlo sa meniace magnetické pole indukuje v obrobku vírivé prúdy, ktoré ho odporovým ohrevom zahrievajú; pred Curieho teplotou sa podieľajú aj magnetické straty. Vďaka skin efektu sa prúd sústreďuje pri povrchu – čím vyššia frekvencia, tým plytšia zakalená vrstva. Ohrev trvá často len sekundy, čím sa obmedzí rast zrna, oxidácia a deformácia dielu.
Kľúčové procesné parametre
- Frekvencia generátora: od jednotiek kHz po stovky kHz (vyššia frekvencia = plytšia vrstva)
- Výkon zariadenia: od desiatok kW po stovky kW podľa priemeru a geometrie dielu
- Austenitizačná teplota: typicky cca 800–950 °C pri stredne uhlíkových oceliach
- Hĺbka zakalenej vrstvy: bežne jednotky mm, v širšom rozsahu cca 0,1–10 mm
- Povrchová tvrdosť: C45 dosahuje cca 55–60 HRC, kvalitné legované ocele aj viac
- Režimy: single-shot hardening (naraz) alebo scan hardening (posuv induktora a kaliaceho prstenca)
- Kaliace médium: voda alebo vodno-polymérna kvapalina; koncentrácia polyméru riadi intenzitu chladenia
Typické aplikácie
- Hriadele, čapy, nápravy a kľukové hriadele
- Ozubenia, vačky a vretená
- Vodiace plochy a lokálne funkčné zóny výkovkov
- Ložiskové plochy, ktoré musia byť tvrdé pri húževnatom jadre
- Veľkosériová výroba s automatizovanými kaliacimi stanicami
Výhody
- Presná lokalizácia tepla – kalia sa len funkčne namáhané miesta
- Veľmi rýchly proces s dobrou automatizovateľnosťou a opakovateľnosťou
- Menšie deformácie než pri objemovom kalení
- Cielené tlakové zvyškové napätia zvyšujú únavovú životnosť
- Nízke riziko oxidácie vďaka krátkemu tepelnému cyklu
Obmedzenia a riziká
- Citlivý na polohu cievky, prúd, frekvenciu a rovnomernosť chladenia
- Vyžaduje špecifický induktor pre každú geometriu dielu
- Nerovnomerná kaliaca sprcha vytvára mäkké miesta a riziko prasklín
- Prehriatie spôsobuje hrubnutie zrna, lokálne tavenie hrán a praskliny
- Geometrické prechody, drážky a ostré rohy deformujú elektromagnetické pole
- Zmena teploty kaliaceho média o ~10 °C citeľne mení rýchlosť chladenia
Kontrola kvality
- Povrchová tvrdosť a profil mikrotvrdosti cez vrstvu
- Stanovenie hĺbky SHD (ISO 18203) Vickersovou metódou na priečnom výbruse (ISO 6507-1)
- Metalografická kontrola mikroštruktúry
- Kontrola prasklín magnetickou práškovou metódou (MT)
- Rozmerové meranie a kontrola deformácie
Príprava dielu pred kalením
Diel musí byť správne tepelne a mechanicky pripravený. Oceľ býva často v zušľachtenom stave – zakalená a vysoko popustená – aby jadro malo požadovanú pevnosť a húževnatosť. Povrch musí byť čistý a geometria musí zodpovedať tvaru induktora. Pri hriadeľoch sa diel počas ohrevu otáča pre rovnomerné zahriatie.
Vhodné materiály
Vhodné sú ocele s dostatkom uhlíka na vytvorenie tvrdého martenzitu – praktická hranica je približne 0,35–0,45 % C. Typické materiály sú C45, C50, C55, 42CrMo4 a ďalšie stredne uhlíkové a nízkolegované ocele. Použiť možno aj martenzitické nereze, práškové materiály a niektoré liatiny. Veľmi nízkouhlíková oceľ bez predchádzajúceho nauhličenia nedosiahne dostatočnú tvrdosť; príliš vysoký obsah uhlíka naopak zvyšuje riziko krehkosti a praskania.
Bezpečnosť a BOZP
Hlavnými rizikami sú vysoké prúdy a napätia generátora, horúci kov, tlakové chladiace systémy a elektromagnetické pole. Automatické stanice preto používajú tienenie, blokovanie dverí, kontrolu prietoku média a monitorovanie generátora.
Súvisiace normy
- ISO 18203:2026 – Steel – Determination of the thickness of surface-hardened layers
- ISO 6507-1:2023 – Metallic materials – Vickers hardness test