Plameňové kalenie
Ohrev povrchu horákom a následné ochladenie vodou alebo emulziou.
- Účel
- Lacné kalenie veľkých alebo kusových dielov.
- Typické použitie
- Veľké ozubené kolesá, vodiace lišty, lôžka strojov.
- Vhodné materiály
- Uhlíkové a nízkolegované ocele, liatina.
- Kategória
- Povrchové kalenie
Ako proces funguje
Plameňové kalenie je klasická technológia lokálneho povrchového kalenia, pri ktorej sa požadovaná oblasť oceľovej alebo liatinovej súčiastky zahreje oxy-palivovým plameňom nad teplotu austenitizácie a okamžite ochladí vodou, emulziou alebo iným kaliacim médiom. Mikroštruktúrny princíp je rovnaký ako pri indukčnom kalení – vznikne austenit a jeho rýchlou transformáciou martenzit – chemické zloženie materiálu sa nemení. Moderné zariadenia používajú riadené množstvo plynu, automatizované posuvy horákov, rotáciu dielu a integrované kaliace sprchy.
Horák vytvára koncentrovaný vysokoteplotný plameň, typicky zo zmesi kyslíka a palivového plynu (historicky najčastejšie acetylénu). Teplo sa prenáša z plameňa na kov konvekciou a žiarením a následne vedením do podpovrchových oblastí. Na rozdiel od indukcie, kde teplo vzniká priamo v materiáli, musí sa pri plameňovom procese energia preniesť z povrchu dovnútra vedením – ohrev je pomalší a tepelná zóna širšia.
Kľúčové procesné parametre
- Austenitizačná teplota povrchu: cca 800–1000 °C podľa zloženia ocele a rýchlosti ohrevu
- Hĺbka zakalenej vrstvy: cca 1–10 mm (spoločne s indukciou rozsah 0,1–10 mm)
- Povrchová tvrdosť: cca 350–700 HV; pri C45 alebo 42CrMo4 bežne 50–60 HRC
- Režimy: progressive hardening (posuv horáka), rotačné kalenie, zub-po-zube, spin hardening
- Kaliace médiá: voda, olejové zmesi, polymérne médiá
- Riešené veličiny: vzdialenosť horáka, prietok plynov, rýchlosť pohybu
Typické aplikácie
- Veľké ozubené kolesá (kalenie zub po zube alebo medzera po medzere)
- Koľajnicové a vodiace plochy, lôžka obrábacích strojov
- Veľké hriadele, valce, vačky a kladky
- Kusové a špeciálne diely nevhodné pre indukčnú cievku alebo pec
- Opravy veľkých komponentov priamo na mieste montáže
Výhody
- Vhodné pre veľké a ťažké komponenty problematické pre indukciu alebo pec
- Nižšie investičné náklady než laserové či elektrónové systémy
- Flexibilita horáka pre veľké, nerovné a kusové diely
- Mobilita zariadenia – použiteľné pri opravách na mieste
- Ekonomická alternatíva cementovania pri veľkých moduloch ozubenia
Obmedzenia a riziká
- Horšia reprodukovateľnosť tepelného vstupu než pri indukcii alebo laseri
- Výsledok ovplyvňuje vzdialenosť horáka, prietok plynov a rýchlosť pohybu
- Vyššie riziko oxidácie, tvorby okovín a oduhličenia povrchu
- Prehrievanie vedie k hrubému austenitickému zrnu a krehkosti
- Príliš agresívne ochladenie vyvoláva praskliny, pomalé nedostatočnú tvrdosť
- Riziko oxidujúceho charakteru nesprávne nastaveného plameňa
Kontrola kvality
- Povrchová tvrdosť a profil tvrdosti cez vrstvu
- Stanovenie hĺbky SHD podľa ISO 18203 (nahrádza staršiu ISO 3754)
- Metalografická kontrola mikroštruktúry
- Magnetická prášková kontrola trhlín na kritických dieloch
- Meranie deformácie a priebehu tvrdosti
Vhodné materiály
Požiadavky sú podobné ako pri indukčnom kalení – materiál musí mať dostatok uhlíka a kaliteľnosti. Prakticky vhodné sú stredne uhlíkové ocele približne od 0,35–0,45 % C vyššie, napríklad C45, C50, C55, 42CrMo4 a viaceré nízkolegované ocele. Kaliť možno aj niektoré liatiny s vhodnou mikroštruktúrou a dostatkom uhlíka viazaného spôsobom umožňujúcim austenitizáciu.
Bezpečnosť a BOZP
Ide o prácu s otvoreným plameňom, horľavými plynmi, tlakovými kyslíkovými systémami a horúcim kovom s prudkým odparovaním kaliaceho média. Nutné sú poistky proti spätnému šľahnutiu plameňa, správne skladovanie plynov, odsávanie spalín a ochrana obsluhy.
Súvisiace normy
- ISO 18203:2026 – Steel – Determination of the thickness of surface-hardened layers (zahŕňa plameňové kalenie; nahrádza ISO 3754)
- ISO 6507-1:2023 – Metallic materials – Vickers hardness test