1. Zavedení
Žíhání vs popouštění jsou dva základní tepelné zpracování procesy, které optimalizují vlastnosti kovů, což jim umožňuje splnit požadavky různých průmyslových aplikací.
Zatímco oba zahrnují řízené vytápění a chlazení, jejich hlavní cíle, procesní parametry, a výsledky jsou zásadně odlišné:
Žíhání upřednostňuje změkčení, úleva od stresu, a formovatelnost, zatímco temperování se zaměřuje na snížení křehkosti a vyrovnání pevnosti/houževnatosti u dříve kalených kovů.
Obojí je v moderní výrobě nezbytné – vybrané a kontrolované tak, aby odpovídaly slitině, geometrie, a požadavky na konečnou službu.
2. Co je žíhání?
Žíhání je řízený proces tepelného zpracování, při kterém se kov zahřívá na určitou teplotu, při této teplotě po určitou dobu, a pak se pomalu ochladil.
Primárním účelem je změkčit kov, zmírnit vnitřní napětí, a zlepšit tažnost a obrobitelnost.
Žíhání transformuje mikrostrukturu kovu, čímž je jednotnější a snadněji se s ním pracuje v následných výrobních operacích.
Klíčové vlastnosti žíhání:
- Změkčuje tvrdé nebo za studena opracované kovy pro snadnější tvarování a obrábění.
- Uvolňuje zbytková pnutí způsobená svařováním, obsazení, nebo deformace.
- Zjemňuje strukturu zrna a homogenizuje složení slitiny.
- Zlepšuje elektrickou vodivost pro neželezné kovy, jako je měď a hliník.
- Zvyšuje rozměrovou stabilitu a snižuje riziko praskání nebo deformace.
Popisy procesů & Typické parametry
Žíhání lze provádět různými způsoby v závislosti na typu kovu, požadované mechanické vlastnosti, a následné použití. Níže je uveden přehled běžných typů žíhání:
| Typ žíhání | Typická teplota (° C.) | Metoda chlazení | Účel / Výsledek |
| Úplné žíhání | 750–920 | Pomalu-chladná pec | Produkuje měkký ferit + perlit v oceli; maximální tažnost a obrobitelnost |
| Proces / Mezilehlé žíhání | 450–700 | Vzduch nebo pomalé chlazení | Obnovuje tažnost kovů opracovaných za studena; mírná úleva od stresu |
| Spheroidize Anneal | 650–720 (dlouhé máčení) | Velmi pomalé chlazení | Vytváří kulové karbidy v ocelích pro vynikající obrobitelnost |
| Žíhání proti stresu | 350–650 | Vzduch v pohodě | Snižuje zbytková napětí z tváření/svařování bez větších změn mikrostruktury |
| Normalizace (související) | 820–920 | Vzduch v pohodě | Zjemňuje zrno pro jednotné mechanické vlastnosti |
Pokyny pro dobu namáčení: ~15–60 minut za 25 tloušťka mm, v závislosti na slitině a peci.
Kompatibilita materiálu & Parametry
Rozsah: běžné železné a neželezné slitiny nejčastěji v průmyslu žíhané nebo temperované (oceli, Ocely nástroje, obsazení žehliček, měď, hliník, mosaz, Allages).
Hodnoty jsou typické rozsahy praxe v dílně – vždy se kvalifikujte s údaji o dodavatelích a zkušebních provozech.
| Materiál / Třída | Typická teplota žíhání (° C.) | Návod na čas namáčení | Metoda chlazení | Účel / Praktické poznámky |
| Nízký-Uhlíkové oceli (NAPŘ., 1010–1020) | 720–800 (plný) | 15-60 minut za 25 mm | Pomalu-chladná pec (pec nebo izolovaný chlad) | Měknutí, úleva od stresu, zlepšit tažnost a obrobitelnost |
| Středně uhlíkové oceli (NAPŘ., 1045) | 740–820 (plný) | 15-60 minut za 25 mm | Pomalu-chladná pec | Snižte tvrdost, sferoidizujte, pokud je potřeba obrobitelnost |
| Vysoko-uhlíkové oceli / ložiskové oceli | 650–720 (sféroidizovat, dlouhé máčení) | Na několik hodin 10+ h (dlouhé máčení) | Velmi pomalé chlazení nebo držení + pomalu v pohodě | Vyrábějte sférické karbidy pro nejlepší obrábění; nutné dlouhé namáčení |
| Slitinové oceli (Cr, Mo, Ni přídavky) | 720–900 (závislý na slitině) | 20- 90 minut za 25 mm | Pomalu-chladná pec | Homogenizovat, zmírnit stresy; upravit teplotu pro legovací přísady |
| Ocely nástroje (NAPŘ., A2, D2) | 650–800 (změkčovací žíhání nebo podkritické) | Hodiny pro D2; A2 kratší | Pomalu-chladná pec; někdy normalizační cykly | Připravte se na obrábění; vyhněte se přehřátí, abyste zabránili růstu zrn |
Obsazení žehliček (šedá, Dukes) |
750–900 (úleva od stresu / žíhání) | 30– 120 min | Pec je pomalá nebo chlazená vzduchem (v závislosti na cíli) | Snižte zbytkové napětí, zlepšit obrobitelnost (sféroidizace pro železa s vysokým obsahem C) |
| Měď (čistý, OFC) | 300–700 | 15–45 min v závislosti na práci za studena | Chladit vzduch nebo pec | Obnovte tažnost a vodivost; sledovat oxidaci |
| Hliník slitiny (NAPŘ., 3003, 6061) | 300–410 (rekrystalizace/úleva od pnutí) | 15– 120 min | Vzduch v pohodě (nebo kontrolované) | Rekrystalizovat nebo uvolnit napětí; vyvarujte se ošetření roztokem, pokud není uvedeno jinak |
| Mosaz / Bronz | 300–500 | 10–60 min | Pomalé chlazení vzduchem nebo pecí | Pro tvarování změkčte; vyhnout se riziku odzinkování u některých mosazí |
| Slitiny titanu (TI-6AL-4V) | 650–800 (úleva od stresu) | 30– 120 min | Pec nebo chlazení vzduchem v závislosti na cíli | Používejte řízenou atmosféru, abyste zabránili kontaminaci; žíhání pro úlevu od stresu |
Účinky na mechanické vlastnosti
Žíhání má zásadní vliv na mechanické chování kovů, transformuje jejich strukturu a činí je vhodnějšími pro tvarování, obrábění, a dalším zpracováním.
Změny závisí na materiálu, typ žíhání, a parametry cyklu.
| Vlastnictví | Účinek žíhání | Praktické důsledky |
| Tvrdost | Výrazně klesá | Kovy se dají snadněji řezat, stroj, nebo formulář; snižuje opotřebení nástroje a problémy s povrchovou úpravou |
| Tažnost / Prodloužení | Výrazně se zvyšuje | Zvyšuje schopnost podstoupit ohýbání, výkres, nebo tvarování bez praskání |
| Houževnatost | Obecně se zvyšuje | Snižuje náchylnost ke křehkému lomu při zatížení, zejména pro oceli opracované za studena nebo s vysokým obsahem uhlíku |
| Zbytkové napětí | Výrazně snížena | Zlepšuje rozměrovou stabilitu; minimalizuje deformaci, zkreslení, a praskání vyvolané napětím při dalším zpracování |
| Výnosová síla / Pevnost v tahu | Typicky klesá | Materiál se stává měkčím a méně odolným vůči plastické deformaci; přijatelné pro tvarování, nenosné aplikace |
| Machinability | Vylepšené | Měkčí, jednotnější mikrostruktura umožňuje rychlejší řezání, menší opotřebení nástroje, a lepší povrchovou úpravu |
Ilustrativní příklady:
- Nízkouhlíková ocel opracovaná za studena: Tvrdost může klesnout >250 HB na ~120–150 HB po úplném žíhání, zatímco prodloužení se může zvýšit z 10–15 % na 40–50 %, takže se mnohem snadněji tvoří.
- Měď (OFC): Žíhání obnovuje tažnost a elektrickou vodivost po práci za studena; prodloužení se může zvýšit z 20% na >60%.
- Hliníkové slitiny (NAPŘ., 6061): Rekrystalizační žíhání zlepšuje tvařitelnost a snižuje riziko praskání při ohýbání nebo lisování.
3. Co je temperování?
Temperování je proces tepelného zpracování aplikovaný na kovy, které již byly ztuhlý, nejčastěji kalené oceli.
Jeho primárním účelem je Snižte křehkost, zvýšit houževnatost, a dosáhnout vyvážené kombinace tvrdosti a tažnosti.
Na rozdíl od žíhání, provádí se temperování pod kritickou transformační teplotou, takže kov úplně nezměkčuje, ale dolaďuje jeho mechanické vlastnosti.
Klíčové vlastnosti temperování:
- Snižuje křehkost kalených nebo kalených kovů.
- Zvyšuje houževnatost a odolnost proti nárazu.
- Upravuje tvrdost podle požadavků aplikace.
- Uvolňuje zbytková pnutí vyvolaná během kalení.
- Stabilizuje mikrostrukturu a rozměry kritických součástí.
Popisy procesů & Typické parametry
Popouštění se provádí ohřevem kaleného kovu na řízenou teplotu, držet jej po definovanou dobu, a poté chlazení, obvykle ve vzduchu.
Teplota a doba namáčení určují konečnou rovnováhu mezi tvrdostí a houževnatostí.
| Rozsah temperování | Teplota (° C.) | Namočit čas | Chlazení | Mechanický efekt / Použití |
| Nízkoteplotní temperování | 150–300 | 30–90 min | Vzduch v pohodě | Mírné snížení tvrdosti, křehkost snížena; zachovává odolnost proti opotřebení; vhodné pro nářadí a malé pružiny |
| Středněteplotní temperování | 300–500 | 30– 120 min | Vzduch v pohodě | Vyvážená tvrdost a houževnatost; běžně používané pro konstrukční součásti, jako jsou hřídele, rychlostní stupně, a automobilové díly |
| Hightepeture temperování | 500–650 | 30– 120+ min | Vzduch v pohodě | Výrazné zvýšení houževnatosti, střední ztráta tvrdosti; používá se pro vysoce zatížené součásti nebo části vystavené nárazu |
Kompatibilita materiálu & Parametry
Kalení se primárně používá pro kalení ocel a litina ale může být také aplikován na některé vysokopevnostní legované oceli. Neželezné kovy obvykle používají jiné procesy stárnutí namísto temperování.
| Materiál / Třída | Typický rozsah teplot (° C.) | Návod na čas namáčení | Metoda chlazení | Typický výsledek / Poznámky |
| Nízkouhlíkové kalené oceli (ztvrdlý stav) | 150–300 (nízká nálada) | 30–90 min | Vzduch v pohodě | Malý pokles tvrdosti; Snižte křehkost; zachovat odolnost proti opotřebení |
| Středněuhlíkové kalené oceli (NAPŘ., 4140) | 250–450 (střední povaha) | 30– 120 min | Vzduch v pohodě | Vyvážení tvrdosti/houževnatosti pro hřídele, rychlostní stupně |
| Vysoký uhlík / legované nástrojové oceli (NAPŘ., W-, Cr-, MO-lov) | 150–200 (první) → 500–600 (přetemperování v závislosti na spec) | 30–120 min na krok temperování; často dvojí povahu | Chlazení vzduchem; někdy inertní nebo vakuové | Nástrojové oceli se často zdvojují, aby se stabilizovaly rozměry & vlastnosti; přílišné temperování snižuje životnost |
Jarní oceli (tvrdý + zmírnit) |
200–400 (podle potřeby pro tuhost pružiny) | 30–60 min | Vzduch v pohodě | Nastavte vlastnosti pružiny (odolnost, únavová život) |
| Obsazení žehliček (uhasit & temperované, NAPŘ., HT obsazení) | 300–550 | 30– 120 min | Vzduch v pohodě | Zlepšete houževnatost po izotermickém kalení/kalení |
| Nerezové martenzitické třídy (NAPŘ., 410, 420) | 150–400 (v závislosti na požadované tvrdosti a požadavku na korozi) | 30– 120 min | Vzduch nebo nucený vzduch | Temper pro houževnatost; všimněte si obav ze senzibilizace pro vyšší teploty v některých SS |
Účinky na mechanické vlastnosti popouštění
Popouštění má přímý a předvídatelný dopad na mechanické vlastnosti kalených kovů, především oceli.
Pečlivým řízením teploty a času temperování, výrobci mohou dosáhnout požadované rovnováhy mezi tvrdost, houževnatost, a tažnost.
| Vlastnictví | Účinek temperování | Praktické důsledky |
| Tvrdost | Klesá od maxima při zhášení | Změkčuje příliš křehké kovy při zachování dostatečné pevnosti pro funkční použití; vyšší teploty popouštění vedou k většímu snížení tvrdosti |
| Houževnatost / Síla dopadu | Výrazně se zvyšuje | Snižuje křehkost, činí kovy odolnějšími proti praskání, dopad, a náhlá zatížení |
| Tažnost / Prodloužení | Zlepšuje se středně | Kovy se mohou pod napětím mírně deformovat, aniž by došlo k lomu, důležité pro pružiny, nástroje, a strukturální komponenty |
Zbytkové napětí |
Částečně se ulevilo | Snižuje deformace nebo praskání během provozu, zvýšení rozměrové stability |
| Pevnost / Tahové vlastnosti | Mírně snížené ve srovnání s kaleným stavem | Zajišťuje rovnováhu mezi tvrdostí a houževnatostí vhodnou pro praktické aplikace |
| Nosit odpor | Uchovává se při nižších teplotách popouštění; klesá při vysokoteplotním temperování | Nízkoteplotní popouštění zachovává tvrdost součástí kritických proti opotřebení, jako jsou řezné nástroje, zatímco vyšší teploty upřednostňují houževnatost před odolností proti opotřebení |
Ilustrativní příklady:
- Vysoce uhlíková kalená ocel: HRC 63 (jako zhašené) → temperováno na 200–250 °C → HRC 58–60, výrazně zlepšená houževnatost u pružin nebo ručního nářadí.
- Středně uhlíková legovaná ocel (NAPŘ., 4140): HRC 58 → temperováno na 400 °C → HRC 45–50, dosažení dobré rovnováhy sil, houževnatost, a odolnost proti únavě pro hřídele a ozubená kola.
- Nástrojová ocel (NAPŘ., D2): Dvojité temperování při 525 °C snižuje vnitřní pnutí, stabilizuje tvrdost (HRC 60–62), a zlepšuje odolnost raznic a forem proti nárazu.
4. Průmyslové aplikace: Kdy použít jednotlivé procesy
Kalení a žíhání slouží odlišné účely v kovoobrábění, a výběr správného procesu závisí na požadovaných mechanických vlastnostech, následné výrobní kroky, a požadavky na aplikaci.
Aplikace žíhání
Žíhání se primárně používá změkčit kovy, zmírnit vnitřní napětí, a zlepšit tažnost, díky tomu je ideální pro kovy, které podléhají tváření, obrábění, nebo tvarování.
| Průmysl / Aplikace | Typický případ použití | Proč je zvoleno žíhání |
| Automobilový průmysl | Plech na panely karoserie, Strukturální komponenty | Měkčený kov umožňuje lisování, ohýbání, a kreslení bez praskání |
| Letectví | Panely z hliníkové slitiny, měděné rozvody | Snižuje pracovní ztuhnutí; zlepšuje tvarovatelnost a elektrickou vodivost |
| Elektronika | Měděné a mosazné komponenty | Zvyšuje tažnost u složitých tvarů a zlepšuje elektrickou vodivost |
| Kovová výroba / Obrábění | Ocelové tyče, pruty, listy | Změkčení zefektivňuje následné obrábění a snižuje opotřebení nástroje |
| Konstrukce / Infrastruktura | Ocelové nosníky, výztuž | Uvolňuje zbytková pnutí po válcování nebo svařování; zlepšuje rozměrovou stabilitu |
Temperovací aplikace
Používá se temperování Po kalení pro optimalizaci rovnováhy mezi tvrdostí a houževnatostí, výroba kovů vhodných pro lov nakládání, odolný vůči opotřebení, nebo aplikace náchylné k nárazům.
| Průmysl / Aplikace | Typický případ použití | Proč je zvoleno temperování |
| Výroba nástrojů | Ruční nástroje, umírá, údery | Snižuje křehkost kalené oceli při zachování odolnosti proti opotřebení |
| Automobilový průmysl & Letectví | Ozubená kola, hřídele, prameny | Zajišťuje houževnatost a odolnost proti nárazu u dílů vystavených cyklickému zatížení |
| Těžké stroje | Řezací čepele, průmyslové formy | Vyrovnává tvrdost a houževnatost pro odolnost při vysokém namáhání |
| Strukturální komponenty | Trámy, spojovací tyče, upevňovací prvky | Zvyšuje houževnatost bez výrazné ztráty pevnosti, zlepšení bezpečnosti a spolehlivosti |
| Prameny & Komponenty s vysokou zátěží | Vinuté pružiny, díly zavěšení | Poskytuje elasticitu při zachování pevnosti a odolnosti proti únavě |
5. Běžné mylné představy & Upřesnění
„Popouštění je druh žíhání“
Falešný. Temperování je proces po kalení, který následuje pouze po kalení, zatímco žíhání je samostatný proces pro změkčení/úlevu od napětí.
Mají protichůdné cíle (temperování si zachovává pevnost; žíháním se snižuje).
„Vyšší teplota temperování = lepší výkon“
Falešný. Teplota temperování je závislá na aplikaci: nízká nálada (200–300 ° C.) maximalizuje tvrdost nástrojů; vysoká nálada (500–650 ° C.) maximalizuje tuhost konstrukčních dílů.
Nadměrné temperování (≥650 °C) snižuje sílu na nepřijatelnou úroveň.
„Žíhání pro všechny kovy“
Falešný. Neželezné kovy (hliník, měď) neprocházejí fázovými změnami jako ocel – jejich žíhání způsobí pouze rekrystalizaci (měknutí) bez transformace mikrostruktury.
„Popouštění odstraňuje veškerý zbytkový stres“
Falešný. Temperování uvolňuje 70–80 % zbytkového pnutí při kalení – pro kritické aplikace (NAPŘ., díly letectví), může být nutné dodatečné žíhání pro odlehčení pnutí.
6. Klíčové rozdíly — žíhání vs. temperování
Níže uvedená tabulka poskytuje přehled, srovnání vedle sebe žíhání vs popouštění, zdůraznění jejich cílů, procesy, a účinky na vlastnosti kovů.
| Aspekt | Žíhání | Temperování |
| Účel | Změkčit kov, zmírnit vnitřní stres, zlepšit tažnost a obrobitelnost | Snižte křehkost, zvýšit houževnatost, vyrovnat tvrdost po vytvrzení |
| Úroveň tepla | Nad kritickou transformační teplotou (austenitizace pro oceli) | Pod kritickou transformační teplotou |
| Typické kovy | Oceli, měď, hliník, mosaz, bronz | Kalené oceli, Ocely nástroje, Martensitické nerezové oceli, Litina |
| Metoda chlazení | Pomalé chlazení pece (někdy řízený vzduch pro neželezné kovy) | Chlazení vzduchem (obvykle), někdy řízená nebo inertní atmosféra |
| Vliv na tvrdost | Výrazně klesá | Středně klesá (z kalené tvrdosti) |
| Vliv na houževnatost | Mírně vylepšené, hlavně odbouráváním stresu | Výrazně zlepšeno, snižuje křehkost |
Vliv na tažnost / Prodloužení |
Silně se zvyšuje | Mírně se zvyšuje |
| Vliv na zbytkový stres | Ulevilo se | Částečně se ulevilo (po zhášení vyvolaného stresu) |
| Mikrostrukturální změna | Homogenizuje zrna, měkké fáze (ferit/perlit v oceli, rekrystalizovaná zrna v neželezných kovech) | Kalený martenzit v oceli; stabilizuje mikrostrukturu bez úplného změkčení |
| Typické průmyslové použití | Formování, ohýbání, výkres, obrábění, reliéfy stresu | Nástroje, rychlostní stupně, prameny, Strukturální komponenty, Části odolné vůči opotřebení |
| Délka cyklu | Dlouho (hodin v závislosti na tloušťce a slitině) | Kratší (minuty až hodiny, v závislosti na teplotě a velikosti sekce) |
7. Závěr
Žíhání vs. popouštění jsou základními procesy v kovoobrábění.
Žíháním se kovy připraví pro tváření, obrábění a bezpečnější následné zpracování díky změkčení a uvolnění napětí.
Kalení zjemňuje vlastnosti kalených dílů, přeměnu křehkosti po kalení na použitelnou houževnatost při zachování užitečné pevnosti.
Efektivní použití vyžaduje shodu slitinová chemie, Tloušťka sekce, doby ohřevu/namáčení a strategie chlazení — a ověřování výsledků s tvrdostí, mikrostrukturní a mechanické zkoušky.
Časté časté
Lze stejnou pec použít jak pro žíhání, tak pro temperování?
Ano – většinu pecí pro tepelné zpracování lze naprogramovat pro různé cykly a atmosféry, ale řízení procesu (rovnoměrnost teploty, atmosféra) musí splňovat požadavky pro každou operaci.
Který proces je energeticky náročnější?
Žíhání je obecně více času- a energeticky náročné díky delší době namáčení a pomalému chlazení (obydlí pece); temperovací cykly jsou obvykle kratší.
Jak se ověřují výsledky?
Běžné metody ověřování: zkoušky tvrdosti (Rockwell, Vickers, Brinell), tahové zkoušky, dopad (Charpy) testy, Metallografie (optický/SEM) a měření zbytkového napětí (XRD/vrtání otvorů).
Popouštění se používá na neocelové kovy?
Termín „popouštění“ je nejvhodnější pro oceli (Martensite temperování).
Neželezné slitiny používají různé skupiny tepelného zpracování (Vytváření věku, žíhání, ošetření řešení) s podobnými cíli.
Typické teploty pro běžné výsledky?
(Přibližný, závislé na slitině) - 150–250 ° C. zachovává vyšší tvrdost (odolnost proti opotřebení nástrojů), 300–450 ° C. je vyvážené okno tvrdosti/houževnatosti pro konstrukční díly, 500–650 ° C. maximalizuje houževnatost za cenu tvrdosti.
