SEMINARSKI RAD

Tema: Termička obrada čelika

SADRŽAJ

1. OSNOVNI VIDOVI TERMIČKE OBRADE..........................32. HOMOGENIZACIJA-DIFUZIONO ŽARENJE....................33.SFEROIDIZACIJA –MEKO ŽARENJE..................................64.NORMALIZACIJA...................................................................85.NEPOTPUNO ŽARENJE.........................................................96.REKRISTALIZACIONO ŽARENJE.....................................107.KALJENJE..............................................................................118.OTPUŠTANJE ČELIKA.........................................................129.GREŠKE PRI TERMIČKOJ OBRADI...................................17

2

1. OSNOVNI VIDOVI TERMIČKE OBRADE

Termička obrada je jedna od vrlo važnih operacija u tehnološkom procesu proizvodnje gotovih proizvoda. U največem broju slučajeva, samo uz pomoč termičke obrade mogu se postiči visoke vrednosti mehaničkih osobina čelika i na taj način obezbediti normalan rad savremenih mašina i instrumenata. U zavisnosti od toga koje zahteve proizvod treba da ispuni, najčešče se kombinuju termička obrada i plastična deformacija (termo-mehanička obrada), nekada i hemijsko-termička obra-da, ukoliko se želi difuziono zasičenje površine nekim elementom.

2. HOMOGENIZACIJA-DIFUZIONO ŽARENJE

Primenjuje se kod odlivaka u cilju uklanjanja posledica neravnomerne kristalizacije. Kristalizacija sa obrazovanjem čvrstih rastvora obavezno je povezana sa likvacijom. Na slici je prikazan dijagram stanja sa obrazovanjem neprekidnog niza čvrstih rastvora.

Slika 1: Promena sastava čvrstog rastvora pri kristalizaciji

U skladu sa dijagramom stanja, sav rastop i kristali čvrstog rastvora treba da imaju sastav koji se opisuje tačkama preseka izotermske horizontale sa linijama likvidusa i solidusa. Medutim, u realnom slučaju izjednačavanja sastava kristala čvrstog rastvora, difuzija ne protiče do kraja. Srednji sastav očvrsle legure na kraju je jednak

3

sastavu legure I, ali opisani mehanizam očvršćavanja vodi u realnim uslovima ka dobijanju likvacione neravnomernosti dva tipa. Do likvacije dolazi tako, što ranije očvrsle zapremine rastopa na površini toplotne razmene ili u centru zrna kao i na glavnim osama dendrita sadrže manje drugog elementa. Kasnije očvrsle zapremine dosta su bogatije metalom B. Usled toga, neravnomernost sastava u zapremini komada (odlivka) dovodi do zonalne, a izdvojenih kristala do dendritne likvacije. Za uklanjanje te pojave neophodno je izvršiti termičku obradu radi izjednačavanja sastava po celoj zapremini komada. Prisustvo likvacije dovodi do velikih promena osobina, lošeg kvaliteta legura, kao i eksploatacionih karakteristika: mehaničkih ili fizičko-hemijskih osobina (plastičnost čelika je smanjena, naročito ako se pojavi nofa faza po granicama zrna).Dendritna segregacija u nizu slučajeva može biti u potpunosti ili bar u velikom delu odstranjena procesom homogenizacije. Homogenizacija (difuziono žarenje) se sastoji u zagrevanju do visokih temperatura. Pri tom je brzina homogenizacije odredena vrednošču koeficijenata difuzije koji se nalazi u eksponencijalnoj zavisnosti od temperature (vidi glavu III). Zbog toga se za temperaturu homogenizacije bira ona koja je < 0,90-0,95°C temperature solidusa (nekada se uzima i niža temperatura). Homogenizacija čelika se odvija u temperaturnom intervalu od 1100-1250°C. Mogučnost izjednačavanja sastava pri žarenju u prvom redu zavisi od energije aktivacije procesa difuzije. Što je niža energija aktivacije, time je olakšano izjednačavanje sastava. Nepohodno je biti oprezan pri izboru temperature homogenizacije jer visoke temperature dovode do intenzivnog obrazovanja oksida, što dovodi do gubitka metala. Koeficijent difuzije ugljenika u austenitu je upravo proporcionalan: exp-(16000/T); koeficijent difuzije legirajučih elemenata u austenitu proporcionalan je: exp-(30000/T). Na temperaturi, T=727°C, ta vrednost za ugljenik jednaka je (exp-16), a za legirajuče elemente (exp-30). Za praktičan rad, veliki značaj imaju podaci o uticaju brzine hladenja na likvacionu neravnomernost. Na slici je prikazan uticaj pri povečanju brzine, stepen likvacije raste od vrednosti 1, pri ekstrapolaciji na beskonačno malu (nultu) brzinu hladenja, do vrednosti 1,5, pri brzini od 30°C/s.

Slika 2: Uticaj brzine hladjenja na likvacionu neravnomernost legura zlata sa 16% b

4

Završno obogačivanje čvrstog rastvora metalom B, odvija se usled difuzije atoma tog metala iz tečnog rastopa u kristale čvrstog rastvora. Za brzo hladenje prenosi rastop u oblast njegovog postajanja u kristalnom stanju.Na taj način, hladenje likvacionog rastopa brzinom većom od kritične definiše raspored elemenata svojstven tečnom rastopu, ali u kristalnom stanju. U ovim uslovima nema likvidacije. Uporedivanjem uslova izjednačavanja sastava pri zonalnoj i dendritnoj likvaciji pokazalo se da su gradijenti koncentracije dc/dx pri dimenzionom izjednačavanju u slučaju zonalne likvacije sto puta manji u odnosu na dendritnu. Brzina masenog protoka pri zonalnoj difuziji nije dovoljna za više ili manje značajnu homogenizaciju. Izuzetak pravi difuzija lako pokretljivih atoma u dovoljno tankim presecima. Nakon homogenizacije treba ostvariti lagano hladenje. Imajuči u vidu da se radi o difuzionom žarenju, dobija se krupno zrno, što može da se otkloni daljom preradom. Radi smanjenja tvrdoče komada i uklanjanja nekih površinskih defekata, cesto se komadi podvrgavaju otpuštanju pri temperaturi 670-680°C u vremenu od 1-16 časova.

5

3.SFEROIDIZACIJA –MEKO ŽARENJE

Pod mekim žarenjem se podrazumeva dugotrajno držanje čelika na temperaturama malo ispod ili nešto iznad Aj-temperature, sa naknadnim laganim hladenjem («10°C/h) u cilju prevodenja Fe3C i karbida u globularni oblik (loptice). Meko žarenje ugljeničnih čelika se vrši u intervalu od 650-750°C, si. 62.Temperature mekog žarenja se mogu odrediti prema H.Ruhfusu računskim putem prema formuli:tsferoid °C=710° + 20Si - 20Mn + 20Cr + 20Mo -20Ni + 20W + 100V.Formula vazi za sastave Čelika ako % pojedinog elementa ne prelazi sledeče vrednosti:0,9%C; l,8%Si; 1,1 %Mn; l,8%Cr; 0,5%Mo; 5%Ni; 0,25%V i 2%W. Cilj ovog žarenja je postiči strukturu koja je pogodna za kaljenje, mašinsku ili obradu plastičnom deformacijom. Posle kovanja, struktura čelika sa večim sadržajem ugljenika je pretežno perlitna. Ovakvi čelici se teško mašinski obraduju, jer se oštrice alata brzo troše i tupe na veoma tvrdim lamelama cementita. Pri dugotrajnom držanju neposredno ispod Aj-temperature, lamele cementita, pod uticajem površinskog napona, postepeno prelaze u zrnca. Iz lamelarnog perlita nastaje zrnasti perlit, u kome su globule cementita proizvoljno rasporedene u feritnoj osnovi. Mašinska obrada je znatno olakšana, jer oštrica alata seče samo ferit, a globule cementita se pri obradi potiskuju u stranu. Ako se čelik lagano hladi sa temperatura koje su samo nešto više od Aj-pri dostizanju Aj-temperature, karbid se direktno izdvaja u obliku globula na već prisutnim kristalima cementita. Pojava lamelarnog perlita je na taj način zaobiđena. Sferoidizacija grube mreže sekundarnog cementita izdvojene po granicama zrna, protiče vrlo sporo i vodi neravnomernoj veličini zrnaca cementita.Pri mekom žarenju teži se ravnomernoj, srednjoj veličini karbida. Ako su karbidi veoma fini, tvrdoća čelika raste pa se obradivost pogoršava. Sa druge strane, čelik je u slučaju grubih nodula isuviše mek, tako da pri obradi daje žilavu strugotinu, pa opada kvalitet površine komada. Fini karbidi se pri kaljenju brzo rastvaraju, pa je potrebno samo kratko vreme držati čelik na temperaturi kaljenja, tako daje martenzit veoma disperzan. Grubi karbidi zahtevaju duže vreme za rastvaranje u austenitu, pri čemu austenitno zrno raste zbogpreduge austenitizacije, martenzit postaje grublji, a povečava se količina zaostalog austenita.

6

Zbog dugotrajnog žarenja, potrebnog pri mekom žarenju, nastaje razugljenisavanje površine komada ako nisu preduzete protiv mere. Pri jačem razugljenisavanju, u površinskom sloju nastaje ferit.

Slika 3: Čelik sa 1,02% ugljenika

Slika 4: Čelik sa 1,05% ugljenika

Razugljenisavanjem se čelik prevodi iz nadeutektoidnog u eutektoidno ili čak podeutektoidno stanje. Pri tome klice karbida nestaju, a tokom hlađenja, ovaj sloj se pri dostizanju Al -temperature transformiše u normalni lamelami perlit. Meko žareni čelici sa ovakvim površinskim perlitnim slojem pokazuju malu sposobnost uobličavanja u hladnom, jer se krti perlit lomi i može da bude uzrok pojave površinskih pukotina. Zavisno od stepena razugljenisavanja, smanjuje se otpornost na habanje, jer u zakaljenoj osnovi nedostaju tvrdi kristali sekundarnog cementita.Globularni cementit se stvara veoma lako i brzo ako polazna struktura nije perlit, več martenzit ili beinit. Ovaj postupak se uglavnom primenjuje kod legiranih čelika koji se posle valjanja, kovanja ili normalizacije ne transformišu u perlitnoj več u beinitnoj ili čak delimično i u martenzitnoj oblasti pa zbog toga imaju veliku tvrdoću.

7

4.NORMALIZACIJA

Pod normalizacionim žarenjem ili normalizacijom, podrazumeva se zagreva-nje čelika do temperatura 30-50°C iznad A3 -temperature, tj GOSE linije, si. 65. Na ovoj temperaturi komad se zadržava samo toliko dok se potpuno ne progreje, a zatim se hladi na mirnom vazduhu. Dvostrukom a/y-transformacijom, do koje pri tome dolazi, čelik se prevodi u sitnozrno homogeno stanje koje se naziva " normalno " i koje je karakteristično za odredeni čelik ili šaržu.

Slika 5: Temperature normalizacije ugljeničnih čelika

Normalizacijom se znatno poboljšavaju mehaničke osobine čeličnog liva kao stoje granica razvlačenja, čvrstoča, izduženje, kontrakcija i udarna žilavost.Struktura koja nastaje pri normalizaciji- utoliko je finija i ravnomernija,ukoliko je zagrevanje brže izvedeno, temperatura normalizacije bliža Ac3-tempera-turi, vreme držanja krače i hladenje brže. Čelik se pri normalizaciji brzo hladi na vazduhu. Ako se nasuprot ovome, primeni veoma sporo hladenje u peči, tada se nečistoče prisutne u čeliku izdvajaju na granicama zrna, usled Čega može da nastupi znatan pad plastičnosti. Ovakav proces se naziva potpuno žarenje.

8

Ubrzano hladenje na vazduhu vodi ka razlaganju austenita pri nižim temperaturama. To je uzrok povečanoj disperznosti feritno-cementitne mešavine i povečane količine perlita (kvazi-eutektoida), sto vodi rastu čvrstoče za 10-15% i tvrdoče normalizovanog čelika u poredenju sa žarenim. Pored toga, usled usitnjava-nja zrna raste žilavost.Jasno je da temperatura normalizacije zavisi od sastava čelika. Za nisko-ugljenične čelike normalizacija se kao jednostavnija operacija primenjuje zajedno sa žarenjem. Povečanje tvrdoče nije veliko ali se normalizacijom postiže čista površina pri rezanju. Za srednje-ugljenične čelike, normalizacija se primenjuje zajedno sa kaljenjem i visokim otpuštanjem. Mehaničke osobine če biti niže, ali proces normalizacije stvara uslove za manju deformaciju komada u poredenju sa onom koja se dobija pri kaljenju. Normalizacija sa naknadnim visoko temperaturnim otpuštanjem (600-660°C), cesto se primenjuje za korigovanje strukture legiranih čelika umesto žarenja.

5.NEPOTPUNO ŽARENJE

Ovaj oblik žarenja razlikuje se od potpunog u tome što se čelik zagreva dotemperatura koje su nešto niže od A j. Za podeutektoidne čelike nepotpuno žarenje se primenjuje da bi se smanjila unutrašnja naprezanja i poboljšala obrada rezanjem. Pri nepotpunom žarenju odvija se samo delimična prekristalizacija čelika usledtransformacije perlit->austenit. Nastali ferit samo delimično prelazi u čvrsti rastvor, a njegov znatan deo se ne podvrgava prekristalizaciji. Kod nadeutektoidnih čelika nepotpuno žarenje se primenjuje umesto potpunog žarenja. Kod ovih čelika, zagrevanje iznad A{ posebno je važno za eutektoidni čelik što omogučava da se dobije zrnasti perlit umesto lamelarnog. Tada ovaj vid žarenja predstavlja sferoidizaciju.

Slika 6: Mikrostruktura eutektoidnog čelika:a- pločasti perlit I cementit (mreža)b- zrnasti cementit

9

6.REKRISTALIZACIONO ŽARENJE

Zagrevanjem hladno deformisanog čelika iznad temperature rekristalizacije napregnuto stanje u kome se nalazi ojačani materijal, uklanja se stvaranjem novih, nedeformisanih zrna, tako da čelik ponovo dobija svoju plastičnost i žilavost. Temperatura rekristalizacije (Tr) nije konstanta materijala, več zavisi od mnogobrojnih faktora od kojih su najuticajniji:1-sadržaj legirajučih elemenata i2-intenzitet prethodne deformacije.Temperatura rekristalizacije opada povečanjem stepena deformacije, sto se može zaključiti iz sledeće tabele:

Promena Tr [°C] u zavisnosti od stepena hladne deformacije

Mehaničke osobine hladno deformisanog i različito odgrevanog čelika ne menjaju se kontinualno sa stepenom odgrevanja, več na temperaturi rekristalizacije dolazi do strmijeg pada tvrdoče i zatezne čvrstoče, kao i do oštrijeg porasta izduženja, što se može zaključiti na osnovu vrednosti koje su prikazane u sledećo tabeli:

Osobine rekristalizovanog, prethodno hladno valjanog čelika (ε=90°) sa 0,09% ugljenika

10

7.KALJENJE

Pod kaljenjem se podrazumeva zagrevanje čelika na temperature 30- 50°C iznad linije GOSK. Na ovim temperaturama komad se drži tako dugo da bude sigurno progrejan, a zatim se brzo hladi sa ciljem da se dobije martenzitna struktura. Tehnika kaljenja se sastoji u tome da se čelik sa temperature kaljenja ohladi brzinom koja je nešto veča od kritične brzine hladenja, tako da transformacija austenita ne bi mogla da počne u perlitnoj oblasti, več mora da počne i da se završi u martenzitnoj oblasti. Cilj kaljenja je da čelik dobije visoku tvrdoču. Optimalna temperatura kaljenja za ugljenične čelike data je na slici kao šrafirana oblast. Martenzit koji nastaje pod ovakvim uslovima je fino igličast i relativno žilav.

Slika 7: Temperature hlađenja ugljeničnih čelika

Kaljeni celici sa večim sadržajem zaostalog austenita skloni su promeni dimenzija i pre konačne obrade se moraju ohladiti na niske temperature (do -60°C) radi transformacije austenita u martenzit. Donja granica intervala kaljenja kod podeutektoidnih čelika odredena je pojavom ferita. Čelik koji se kali iz dvofazne oblasti a+y dij agrarna stanja železo-ugljenik sadrži u mikrostrukturi pored martenzita još i meki ferit (kaljenje sa niskih temperatura).

11

Hladenje čelika sa temperature kaljenja mora se izvršiti tako brzo da se prekorači gornja kritična brzina hladenja i da se postigne potpuno obrazovanje martenzita: ugljenični celici su kaljivi u vodi i ulju, legirani celici su kaljivi u ulju, neki visokolegirani celici su kaljivi na vazduhu.

Zavisnost tvrdoće žarenog i kaljenog čelika od sadržaja ugljenika

Ugljenični celici sa sadržajem ugljenika do oko 0,5%, posle kaljenja ne mogu postiči punu tvrdoču čelika u kaljenom stanju. Zbog sadržaja silicijuma i mangana koji se uvek nalaze u ugljeničnim čelicima ova granica se može pomeriti do oko 0.4% ugljenika.

8.OTPUŠTANJE ČELIKA

Pod otpuštanjem se podrazumeva zagrevanje zakaljenog Čelika do temperature koja leži ispod kritične Aj (723°C), držanje na toj temperaturi i hlađenje odredenom brzinom. Otpuštanje je konačna operacija termičke obrade kojom se dobijaju potrebne mehaničke osobine, a uklanjaju se delimično ili potpuno unutrašnja naprezanja koja nastaju pri kaljenju. Brzo hladenje nakon otpuštanja bitno utiče na veličinu zaostalih naprezanja. Ukoliko je sporije odvođenje toplote, to su manja zaostala naprezanja. Brza hlađenja u vodi, počev od temperature 600°C stvara nova naprezanja. Hlađenje na vazduhu daje manja naprezanja na površini oko sedam puta, a hlađenja u ulju oko dva puta u poređenju sa naprezanjima koja nastaju pri hlađenju u vodi.NIsko-temperaturno otpuštanje se izvodi zagrevanjem do temperature 250°C. Pri tome se smanjuju unutrašnja naprezanja, a martenzit nastao kaljenjem prevodi u otpušteni martenzit što povečava čvrstoću, poboljšava žilavost bez primetnog smanjenja tvrdoče. Nisko-temperaturnom otpuštanju se najčešče podvrgavaju ugljenični i niskolegirani, pre svega alatni čelici od kojih se zahteva veoma tvrda površina a unutrašnost žilava. To su površinski kaljeni celici, cementirani, cijanizirani ili nitrocementirani.

12

Srednje-temperaturno otpuštanje ostvaruje se na temperaturama od 350-500°C i prirnenjuje se na oprugeTemperaturu otpuštanja treba izabrati tako da ne dode do pojave otpusne krtosti. Visoko-temperaterno otpuštanje se izvodi na temperaturama od 500-680°C, a struktura koja se dobija je sorbitna, bez unutrašnjih naprezanja i povečane udarne žilavosti. Čvrstoča i tvrdoča se smanjuju, ali su ipak njihove vrednosti veče, nego pri normalizaciji. Termička obrada koja se sastoji od kaljenja i visokog otpuštanja naziva se poboljšanje. Ovom postupku se najčešče podvrgavaju srednje ugljenični celici sa 0,3-0,5% ugljenika kao i konstrukcioni celici koji treba da imaju visoku granicu tečenja, veliku izdržljivost i udarnu žilavost. Medutim, izdržljivost ovih čelika usled smanjene tvrdoće nije tako velika. Cilj otpuštanja je smanjenje krtosti i povečanje plastičnosti čelika. Pri tome dolazi do smanjenja tvrdoče i granice tečenja. Kod nekih materijala čvrstoča se pri otpuštanju do određenih temperatura znatno povećava. Cilj je postiči stanje koje se približava ravnotežnoj strukturi. Zato je veoma bitno odrediti temperaturno-vremenske uslove otpuštanja.Vrlo je bitno znati da otpuštanjem nakon kaljenja nastaju promene ne samo u zakaljenom sloju uzorka, nego i u celoj zapremini uzorka. Unutrašnji delovi mogu imati strukturu različitu od strukture kaljenog dela, t.j. beinit, trustit, sorbit i dr.Sto se tiče same klasifikacije transformacija pri otpuštanju, ona može da se detaljno izučava pomoču dilatometrijske krive. Na osnovu položaja i toka krive sudi se o transformacijama pri zagrevanju. Zagrevanjem uzorka povečava se njegova dužina zbog termičkog Širenja, tako daje interval odvijanja transformacije povezan sa povečanjem zapremine uzorka. Povečanjem sadržaja ugljenika u čeliku, povečava se toplotni efekat. Pri otpuštanju okaljenog čelika odigrava se više procesa koji se mogu razjasniti pomoču dilatometrijske krive na sledećoj slici:

Slika 8: Dilatometrijska kriva otpuštanja čelika sa 1,3%C, kaljenog u vodi sa 1150°C. Brzina zagrevanja je 2°C/min

Ugljenični čelik sa 1,3%, koji je koriščen za eksperiment, prethodno je okaljen u vodi sa 1150°C, a zatim otpuštan zagrevanjem brzinom od 2°C/min. Posle kaljenja

13

mikrostruktura ovog čelika se sastoji od veoma grubih martenzitnih iglica i oko 50% zaostalog austenita. Do temperature 80°C, čelik se pri zagrevanju ravnomerno isteže. Izmedu temperatura 80 i 150°C, nastaje jako skračenje epruvete što odgovara stadijumima otpuštanja: I stadijum otpuštanja: izdvajaju se najsitniji submikroskopski kristaliči karbida železa; II stadijum otpuštanja: od temperature 150°C čelik se ponovo isteže do temperature oko 290°C. Premeštanje ugljenikovih atoma u kristalnoj rešetki, zbog čega tetragonalni martenzit prelazi u kubni završeno je, pa tako mešavina kubnog martenzita i zaostalog austenita povečava svoju zapreminu saglasno povišenju temperature. Ovo normalno toplotno istezanje odvija se istovremeno sa još jednim procesom koji takode vodi ka povečanju zapremine, a to je transformacija zaostalog austenita u kubni martenzit. Usled povečane pokretljivosti ugljenikovih atoma, izdvajaju se najfiniji karbidi, a tirne se smanjuje stabilnost austenita i y-čvrsti rastvor prelazi u oc-rešetku kubnog martenzita.. Izmedu temperatura 290 i 400°C ponovo dolazi do kontrakcije dilatometrijske probe i to je III stadij um otpuštanja. U ovoj temperaturnoj oblasti izdvaja se praktično sav ugljenik iz kubnog martenzita i obrazuje karbide železa. Kubna rešetka martenzita sa parametrom rešetke a =0,29nm, kontinualno prelazi u kubnu rešetku ferita bez ugljenika sa parametrom rešetke a ~0,286nm. Iznad temperature 400°C, otpuštani Čelik se sastoji od ferita i veoma finih čestica karbida. Daljim povišenjem temperature izdvojeni karbidi postaju krupniji i mikroskopski vidljivi, ali se ovaj proces koagulacije ne odražava više na dilatometrijskoj krivoj. Igličasta struktura ferita nastalog iz martenzita zadržava se i na najvišim temperaturama otpuštanja zbog orijentisanog izdvajanja karbida a odstranjuje se tek zagrevanjem na temperaturama iznad Aj. Postavlja se pitanje zašto pri otpuštanju dolazo do smanjenja čvrstoče, pove čanja plastičnosti u poredenju sa zakaljenim čelikom? Poznato je da su čvrstoća i plastičnost posle kaljenja i otpuštanja dosta povoljnije u odnosu na normalizovano stanje. Prioritet u objašnjenju treba dati činjenici da strukturne promene imaju odlučujući značaj. Otpuštanjem se stvara zrnasti cementit, a u produktima razlaganja pothladenog austenita, cementit je u vidu pločica. Tvrdoća čelika neprekidno opada sa temperaturom otpuštanja što se vidi iz tabele:

14

Promena tvrdoće čelika sa 1,3%C u zavisnosti od temperature otpuštanja

Kod čelika koji su zakaljeni sa prave temperature kaljenja pojedini stadijumi otpuštanja ne mogu se tako jasno razgraničiti jedan od drugog. Osim toga, Što je manji sadržaj ugljenika, to su slabije izraženi procesi otpuštanja na dilatometrijskoj krivoj pošto tetragonalnost martenzita, sadržaj zaostalog austenita i broj izdvojenih karbida takode opadaju sa smanjenjem sadržaja ugljenika.

Na osnovu dosadašnjih ispitivanja zaključilo se da tvrdoća, zatezna čvrstoća i granica razvlačenja zakaljenog čelika opadaju pri otpuštanju, dok izduženje, suženje, udarna žilavost i broj savijanja rastu. Poboljšanje mehaničkih osobina neposredna je posledica velikog usitnjavanja zrna i ravnomerne raspodele mikrokonstituenata, što se postiže procesom poboljšanja. Poboljšavaju se nelegirani i legirani konstrukcioni celici sa sadržajem ugljenika izmedu 0,2 i 0,6%. Prema intenzitetu hladenja koje je prethodilo, razlikuje se poboljšavanje u vodi, ulju ili na vazduhu. Neki legirani celici, naročito hromni, manganovi i hrom-manganovi kon-strukcioni čelici pokazuju znatno manju udarnu žilavost posle poboljšanja, ako je posle otpuštanja usledilo veoma lagano hladenje, npr. u peči. Ova pojava se naziva otpusna krtost, ali uzrok ovog povečanja krtosti koje se odražava samo u udarnoj žilavosti ali ne i u tvrdoći i čvrstoći, još nije pouzdan i pretpostavlja se da se radi o procesima izdvajanja.

Otpusna krtost nastaje ako se čelik posle otpuštanja lagano ohladi a zatim još jednom otpušta na istoj temperaturi i hladi u ulju. Na slici je prikazana mikro-struktura mangan-hrom čelika koji je sa temperature 860°C kaljen u ulju, zatim otpuštan jedan čas na temperaturi 650°C, ohladen u peči, još jednom otpuštan na650°C jedan čas i ponovo ohladen u ulju. Tamna mreža po granicama zrna ukazuje na stanje otpusne krtosti. Udarna žilavost je posle ove termičke obrade iznosila p=80J/cm (žilavo stanje: p=210 J/cm ).

15

Slika 9: Mikro-struktura mangan-hrom čelika

Normalno poboljšanje čelika se sastoji u kaljenju sa kasnijim otpuštanjem. Međutim, naglo hladenje sa visokim temperaturama unosi u čelik jaka naprezanja. Posledice su cesto deformacija i pukotine usled kaljenja. Zbog toga se poslednjih godina sve više praktikuje da se mehaničke osobine čelika poboljšavaju beinitnim poboljšanjem. Radi toga se čelik zagreva do temperature kaljenja i zatim hladi u rastopu soli ili metala koji se nalazi na povišenoj temperaturi. Temperatura rastopa za hladenje se odreduje prema željenoj tvrdoči, odnosno čvrstoći. Pri beinitnom poboljšanju kaljenje i otpuštanje se na izvestan način sjedinjuju u jedan radni proces a da se čelik ne izlaže opasnim naprezanjima koja nastaju pri obrazovanju martenzita. Osim toga, posle beinitnog poboljšanja čelik ima približno istu tvrdoću i čvrstoću, znatno bolju žilavost nego neki normalno poboljšani čelik. Ovo je pokazano za jedan ugljenični čelik sa 0,75%, u sledečoj tabeli:

Karakteristike čvrstoće normalno i beinitno poboljšanog čelika sa 0,75%C (pri istoj tvrdoći)

Mogućnost primene beinitnog poboljšanja mnogo zavisi od karaktera dijagrama za navedeni čelik, od veličine i oblika komada koji se obraduje i od željene krajnje tvrdoće. Kod nešto više legiranih čelika transformacija u beinit ponekadgas, a takode i kerozin. Za zagrevanje se koriste šupljikavi plamenici (imaju jedan otvor u obliku pukotine).

16

9.GREŠKE PRI TERMIČKOJ OBRADI

Greške mogu nastati pre, u toku i posle procesa termičke obrade. Uzročnici grešaka pre termičke obrade mogu biti: 1. Neodgovarajući izbor ili zamena čelika; 2.Greške iz procesa topijenja: neodgovarajuća dezoksidacija,šupljikavost i poroznost, razlicite vrste uključaka (sulfidni, oksidni i dr.), segregacije, loša kristalizacija, neodgovarajući kvalitet površine, pukotine, neodgovarajuća struktura, itd. 3. Greške iz procesa tople prerade: oštra mesta i prelazi, neodgovarajući radijusi, nezaobljeni otvori i rupe, neodgovarajući kvalitet obrade, isuviše velike razlike u preseku, itd. 4. Greške mašinske obrade: nedovoljan dodatak za obradu, izostanak mašinske obrade kod čelika osetljivih na razugljeničenje, odstupanje od ispravnih konstruktivnih zahteva, neodgovarajući kvalitet površine, urezi i risevi, unutrašnja naprezanja izazvana grubom mašinskom obradom, itd.Hemijske promene na površini i mogu biti:♦ Kod zagrevanja: nedovoljna ili suviše velika brzina zagrevanja, neravnomerno zagrevanje, neodgovarajuća temperatura obrade, neodgovarajuće vreme držanja itd.♦ Kod hladenja: neodgovarajuća brzina hladenja, neodgovarajuća rashladna sredstva i način hladenja, termička i fazna naprezanja, neodgovarajuća zaštita površine itd.♦ Hemijske promene na površini: oksidacija, razugljeničenje, naugljeničenje, itd.Uticajem naznačenih uzročnika tokom termičke obrade mogu nastati greške.

Ovo dovodi do smanjenja plastičnosti i udarne žilavosti u žarenom stanju čelika. Uzrok je visoka temperatura austenitizacije i dugo vreme držanja. Manj i porast zrna izazvan pregrevanjem može se popraviti potpunim žarenjem ilinormalizacijom. U slučaju jačeg pregrevanja potrebna je dvostruka normalizacija: prva na visim temperaturama, A3 +100-150°, a druga sa normalne temperature. Pregorevanje se karakteriše ne samo vrlo izraženim ogrubljavanjem zrna nego i promenama na granicama austenitnih zrna. Zavisno od stepena dejstva može se ispoljiti u vidu obogačivanja granica zrna na ugljeniku (prvi stadijum), u vidu neoksidisanihpora i mehura (drugi stadijum) i u vidu uključaka FeO (treči stadijum). Osim oksidnih mogu se javiti i sulfidni uključci, a poreklo im je od kiseonika i sumpora koji pri visokim temperaturama austenitizacije prodira iz pečne atmosfere u čelik, pretežno duž granica zrna. Uzrok pregorevanja je dugo zagrevanje na visokoj temperaturi u oksidacionoj atmosferi ili zagrevanje blizu linije solidusa. Posle pregorevanja u prvom stadijumu čelik se može popraviti homogenizacijom i

17

dvostrukom normalizacijom. Ako je pregorevanje jače mora se sprovesti kovanje i žarenje, a ako je došlo do pojave FeO ova greška se ne može popraviti. Neodgovarajuča tvrdoča posle kaljenja može imati različite uzročnike. Velika tvrdoča u stanju posle tople prerade i žarenja ukazuje na brzo hladenje pri potpunom žarenju ili nedovoljno dugo držanje na temperaturi žarenja. Može nastati i pri niskoj temperaturi izotermalnog žarenja. Nedovoljna tvrdoča posle kaljenja izazvana je neodgovarajučim temperaturno-vremenskim režimom austenitizacije i nedovoljnom brzinom hladenja. Može se popraviti ponovnim kaljenjem uz prethodnu normalizaciju ili žarenje. Meka mesta, odnosno mesta sa nedovoljnom tvrdočom mogu se javiti usled veoma stabilnog parnog omotača i produženog prvog stadijuma hladenja, lokalnog razugljeničenja i usled nehomogenosti strukture. Da bi se ova greška uklonila potrebno je izvesti normalizaciju i ponovno kaljenje odgovarajučim rashladnim sredstvom. Greške u strukturi izazvane termičkom obradom mogu biti vrlo raznovrsne. Pored pomenute grubozrne strukture izazvane pregorevanjem i pregororn mogu se javiti i:1. lamelami perlit u strukturi meko žarenog čelika izazvan neodgovarajučom temperaturom mekog žarenja;2. neravnomerni krupnozrnasti perlit izazvan visokom temperaturom austenitizacije uz vrlo sporo hladenje, naročito pri postojanju osta- taka karbidne mreže u strukturi posle valjanja;3. karbidna mreža ili ostaci mreže u meko žarenom stanju nadeutektoidnih čelika u slučaju da je meko žarenje izvršeno bez prethodne termičke obrade (normalizacija);4. neodgovarajuča količina zaostalog austenita izazvana neodgovara- jučim temperaturnim režimom austenitizacije;5. naftalinski prelom karakterističan po ekstremno grubom zrnu i velikoj krtosti.6. Deformacije, krivljenja i prskotine izazvani termičkim i faznim naprezanjima pri zagrevanju i hladenju. Pojava deformacije, odnosno promena mera i oblika komada je ranije razmotrena. Krivljenje predstavlja nesimetričnu deformaciju komada posle kaljenja. Može biti izazvano neravnomernim zagrevanjem ili hladenjem, odnosno neravnomernim zapreminskim premenama pri zagrevanju ili hladenju, prisustvom naprezanj a u komadu pre zagrevanja, kao i neprilagodenom načinu uranjanja komada u rashladno sredstvo. Da bi se izbeglo krivljenje potrebno je pre kaljenja izvršiti žarenje ili normalizaciju; zagrevanje i hladenje pri kaljenju vršiti što ravnomernije, zavisno od oblika komada izabrati pravilan način uranjanja, koristiti specijalne pomočne uredaje, a u posebno teškim slučajevima kaljenje vršiti u presi za kaljenje.Najteži oblik greške predstavljaju prskotine koje se javljaju pri izuzetno visokim unutrašnjim naprezanjima termičkim i faznim u procesu zagrevanja i hlađenja.

18

Najčešći uzrok je isuviše velika i neravnomerna brzina zagrevanja ili hladenja cesto izazvana prisustvom konstruktivnih nedostataka (ostri uglovi, nagli prelazi, duboki zarezi itd.). Isto tako i prisustvo nemetalnih uključaka i gasnih mehurova može da utiče na stvaranje prskotina. Najčešće se javljaju pri kaljenju, ali je pojava moguća i pri ispravljanju i brušenju. Razlikuju se sledeče vrste prskotina: 1. duboke prskotine, 2. unutrašnje prskotine, 3. površinske prskotine, 4. slojevite prskotine.1. Duboke prskotine javljaju se kod čeličnih komada prokaljivih po celom ili većem delu preseka. To su prskotine koje počinju na površini i prostiru se duž komada. Mogu da se jave pri zagrevanju kod krupnih otkivaka kao i pri hladenju komada manjih preseka. Da bi se pojava ove vrste prskotina sprečila potrebno je vršiti sporo zagrevanje krupnijih komada naročito do 750°C. 2. Unutrašnje prskotine su lučnog oblika i javljaju se obično u blizini oštrih ili pravih uglova i otvora, kao i mesta sa povećanom koncentracijom naprezanja. Javljaju se u unutršnjosti komada, a u određenim slučajevima mogu dopreti i do površine čelika male prokaljivosti ili naugljeni-sanih komada. Pri hladenju obično nastaju ako je čelik male prokaljivosti prethodno potpuno progrejan i kaljen u vodi pri čemu se obrazuje martenzit u površinskom sloju. 3. Površinske prskotine javljaju se u obliku kontinualne ili isprekidane mreže, a dostižu dubinu 0,01-2 mm- Nastaju pri brušenju okaljenih predmeta zbog zagrevanja samo tankog površinskog sloja u kome se javljaju naprezanja na zatezanje zbog obrazovanja strukture sa manjom zapreminom. Mogu nastati i pri brzom zagrevanju do temperature otpuštanja. Ova vrsta prskotina može se izbeči pravilnim otpuštanjem posle kaljenja.4. Slojevite prskotine se obrazuju na površini okaljenog predmeta u zoni skupljanja i to samo u slučaju brzog prelaska naprezanja na zatezanje u naprezanja na pritisak. Cesto su pračene obrazovanjem površinskih pukotina. Mogu nastati i pri brušenju, kao i pri kaljenju posle naugljeničenja. Erozija površine nastaje usled dejstva hlorida i oksidacije komada u sonim kupatilima. Može se sprečiti kontrolom sonih kupatila.Uzročnici grešaka posle termičke obrade mogu biti neodgovarajuče ispravljanje i brušenje, neodgovarajuča priprema i kasnija upotreba termički obradenog komada, itd. Ovo može dovesti do pojave inicijalnih mehaničkih oštečenja, prskotina, lomova, preloma zbog zamaranja, pojačanog habanja, krivljenja i dr. Neke od ovih grešaka mogu podsečati na greške koje nastaju pri termičkoj obradi, pa zato problemu utvrdivanja pravog uzročnika mora biti posvećena posebna pažnja.

19