Ocele na zušľachtovanie

Konštrukčné ocele na zušľachťovanie majú spravidla stredný obsah uhlíka 0,3 ÷ 0,6 %. Väčšinou sa používajú v stave zušľachtenom, t.j. zakalené a popustené na vysoké teploty. Výška popúšťacej teploty ma vplyv na vzťah medze pevnosti a medze klzu k ťažnosti, zúže-niu a vrubovej húževnatosti. Podľa toho rozoznávame zušľachťovanie na: dolnú, strednú a hornú pevnosť, obvyklú pri príslušnej oceli.

Používajú sa väčšinou na namáhané súčiastky strojov, lebo majú priaznivý pomer medzi me-dzou klzu a vrubovou húževnatosťou. Zlepšenie mechanických vlastností zušľachtením je spôsobené zjemnením zrna a predovšetkým rovnomerným rozdelením jemných karbidov.

Ocele vhodné na zušľachťovanie sú obsiahnuté vo všetkých triedach konštrukčných ušľachti-lých ocelí (triedy 12 až 16).

Zvyšovaním obsahu uhlíka sa znižuje kaliaca teplota a zväčšuje sa pevnosť po kalení. Zliati-nové prvky posúvajú body premeny, a tým menia i teploty jednotlivých operácií tepelného spracovania. Všetky zliatinové prvky v oceliach na zušľachťovanie zvyšujú prekaliteľnosť, a tým majú vplyv aj na voľbu vhodného ochladzovacieho prostredia. Zliatinové prvky majú vý-znamný vplyv tiež na mechanické vlastnosti ocelí a hlavne na ich zmeny pri popúšťaní.

Uhlíkové ocele na zušľachťovanie (triedy 12) sú vhodné na výrobu menej namáhaných sú-čiastok.Obsah uhlíka býva približne od 0,3 do 0,6% (12 030, 12 040, 12 050, 12 060, 12 061). Tieto ocele možno použiť aj v stave prírodnom a normalizačne žíhanom.

Vplyv tepelného spracovania vzrastá s obsahom uhlíka. So vzrastajúcou teplotou klesá pev-nosť a medza klzu a vzrastá ťažnosť, zúženie a vrubová húževnatosť. Vzhľadom na malú pre-kaliteľnosť možno uhlíkové ocele použiť iba na súčiastky malých prierezov. Prekaliteľnosť uhlíkových ocelí možno značne zvýšiť malou prísadou bóru (0,004%). Jeho vplyv na zlepše-nie mechanických vlastností po zušľachtení sa neprejaví pri predmetoch do hrúbky steny 15 mm. Podstatne lepšie vlastnosti možno dosiahnuť pri súčiastkach s priemerom 25 až 50 mm.

Mangánové, kremíkové a mangánkremikové ocele (triedy 13). Majú v porovnaní s oceľami uhlíkovými s rovnakým obsahom uhlíka vyššiu pevnosť v normalizačne žíhanom i zušľachte-nom stave. Prítomné legujúce prvky tiež zvyšujú prekaliteľnosť týchto ocelí. Maximálny ob-sah Mn býva okolo 1,8% a Si asi 2%. Súčiastky do priemeru približne 20 mm možno kaliť do oleja. Prítomné prvky majú nepriaznivý vplyv na húževnatosť feritu, a preto tieto ocele sa vy-značujú pomerne nízkou vrubovou húževnatosťou. Sú tiež náchylné na rast austenitického zr-na (okrem Mn-V), preto pri nich treba presne dodržiavať podmienky tepelného spracovania. Tieto ocele sa používajú na stredne namáhané súčiastky (hriadele, nápravy, čapy, ojnice a pod.).
Chrómové ocele, prípadne legované ďalšími prvkami: Mn, Si a Al (triedy 14). Prísadou chró-mu vzrastá prekaliteľnosť ocelí, pevnosť feritu a zmenšuje sa pokles tvrdosti pri popúšťaní. Súčiastky do priemeru 30 mm možno kaliť do oleja. V žíhanom stave majú tieto ocele veľmi nízke mechanické hodnoty, a preto sa používajú výhradne v stave zušľachtenom. Do priemeru 30 mm môžu nahradiť drahšie nízkolegované ocele chrómniklové. Chróm zvyšuje kritické te-ploty ocele, preto tieto ocele majú vyššie kaliace teploty než ocele uhlíkové s rovnakým obsa-hom uhlíka. Chróm brzdí popúšťanie, preto obvyklé popúšťacie teploty sú pomerne vysoké (500 až 600 ºC). Pretože sa pri pomalom ochladzovaní pri popúšťaní objavuje popúšťacia krehkosť, treba ich ochladzovať rýchle (vo vode alebo oleji). Obsah chrómu väčšinou neprevyšuje 1%. S prísadou mangánu (do 1,8%) sa ďalej zvyšuje pevnosť a prekaliteľnosť, avšak znižuje sa húževnatosť týchto ocelí. Do určitej miery obdobné sú aj ocele Cr-Si (asi do 1,5% Si) a ocele Mn-Si-Cr. Prísadou asi do 1% hliníka do chrómovej oceli (asi 1,6% Cr) do-stávame oceľ vhodnú na nitridovanie (14 340). Chrómové ocele sa zušľachťujú na pevnosť asi do 1100 MPa (14 331.6). Ich prekaliteľný priemer po zakalení do oleja je od 40 do 60 mm.

Chrómvanádové a chrómmolybdénové ocele (triedy 15). Vanád v chrómvanídových oce-liach (max. 0,2%) mechaničke vlastnosti podstatne neovplyvňuje. Zjemňuje však jej štruktúru a znižuje náchylnosť k prehriatiu. Preto tieto ocele nie sú také citlivé na tepelné spracovanie ako ocele chrómové a mangánchrómové. Obsah chrómu v týchto oceliach sa pohybuje v roz-sahu 1 až 2,5%. Chróm zvyšuje prekaliteľnosť, preto ocele tejto triedy sa obvykle kalia do oleja. Podobne ako vanád pôsobí aj molybdén. Chrómmolybdénové ocele sú veľmi hodnot-ným konštrukčným materiálom. V porovnaní s chrómvanádovými oceľami majú chrómmo-lybdénové ocele nižšiu pevnosť, avšak vyššiu húževnatosť. Sú vhodné na pracú pri zvýšených teplotách a nemajú sklon k popúšťacej krehkosti. Molybdén tiež zvyšuje prekaliteľnosť. Jeho množstvo v oceliach vhodných na zušľachťovanie neprevyšuje 0,2%. Prísadou asi 1% Al sa získa veľmi akostná nitridičná oceľ, ktorá dáva nitridačné vrstvy s najvyššou tvrdosťou (15 340). Ocele Cr-V a Cr-Mo sa používajú na stredne a silne namáhané konštrukčné súčiastky strojov, vozidiel a lietadiel (hriadele, čapy, ozubené kolesá, ojnice, skrutky, výkovky rotorov a hriadeľov turbín, turbokompresorov a pod.). Vzhľadom na deficitnosť Mo je vhodné radšej voliť ocele Cr-V. Do triedy 15 (Cr-V a Cr-Mo) patria aj ocele so zaručenými mechanickými vlastnosťami pri zvýšených teplotách.

Niklové ocele prípadne ocele legované ďalšími prísadami: V, Cr, Mo (triedy 16). Nikel, po-dobne ako chróm, možno považovať za najvýznamnejšiu prísadu zliatinových ocelí. Ocele le-gované Ni majú dobrú húževnatosť, veľkú prekaliteľnosť a nie sú citlivé na prehriatie. Nikel je však deficitným prvkom, preto, pokiaľ je to možné, volíme ocele s menším obsahom Ni, prípadne ocele iných tried (triedy 14 a 15). Ocele legované iba Ni sa používajú pomerne málo, výhodné sú pre zariadenia pracujúce pod bodom mrazu (16 133). Na zušľachťovanie je vhod-ná oceľ 16 320 (do 3,3% Ni). Ocele niklové (asi do 2% Ni) a prísadou vanádu (do 0,25% a) s malou prísadou Cr (do 0,3%) sú tiež vhodné na prácu pri nízkych teplotách ( 16 241), Použí-vajú sa tiež na výrobu rotorov, hriadeľov a pólových dosiek elektrických strojov a rotorov parných turbín (16 131, 16 251), v stave normalizačne žíhanom a popúšťanom. Niektoré z týchto ocelí sa používajú i v stave zušľachtenom, napríklad oceľ 16 221 (na výrobu zvára-ných turbínových obežných kolies).

Nikelchrómové ocele patria medzi najakostnejšie konštrukčné ocele. Obsah uhlíka býva vä-čšinou v rozsahu 0,2 až 0,4% a pomer Ni ku Cr býva približne 3 ku 1. Obidva prvky spoločne silne zvyšujú pevnosť, húževnatosť a prekaliteľnosť. Vzorky z tohto druhu sú prekaliteľné až do priemeru 125 mm. Pri najväčšom obsahu Ni (do 4%) sú tieto ocele samokaliteľné (kaliteľ-né na vzduchu). Ochladzovanie týchto ocelí pri popúšťaní na vysoké teploty musí byť rýchle, pretože majú značný sklon k popúšťacej krehkosti. Používajú sa na najviac namáhané súčiast-ky, ktoré musia mať značnú húževnatosť pri veľkej medzi klzu. Vyrábajú sa z nich zalomené hriadele, čapy, ozubené kolesá, hriadele, rotory a pod. pri výrobe lietadiel, motorových vozi-diel, energetických zariadení a pod.

Nikelchrómmolybdénové ocele. Prísadou Mo (do 0,5%) alebo asi trojnásobného množstva W do nikelchrómových ocelí sa zmenšuje citlivosť na popúšťaciu krehkosť. Prekaliteľnosť týchto ocelí sa prísadou Mo a W ešte zvyšuje. Predmety sa kalia väčšinou do oleja, iba pred-mety s veľkými prierezmi sa kalia do vody. Tieto ocele sú najvhodnejším a najdrahším kon-štrukčným materiálom, preto ich použitie i na najviac namáhané súčiastky musí byť dokonale uvážené. Z tohto hľadiska sú výhodnejšie ocele obsahujúce namiesto molybdénu wolfrám (16 720).