Mašinski/Tehnički materijali TERMIČKA OBRADA ČELIKA...Kaljenje čelika je termička obrada koja...
Transcript of Mašinski/Tehnički materijali TERMIČKA OBRADA ČELIKA...Kaljenje čelika je termička obrada koja...
1
Mašinski /Tehnički materijali
TERMIČKA OBRADA ČELIKA
2
Tem
pe
ratu
ra
Vreme
Zag
reva
nje
Hladjenje
Progrevanje ProgrevanjeH
ladje
nje
Zamrzavanje
Tem
pe
ratu
ra
Zagre
vanje
Vreme
Zagrevanje
Termička obrada je tehnološki proces koji se sastoji iz zagrevanja metala do odredjene temperature, zadržavanja na toj temperaturi i hladjenja do sobne temperature
Cilj termičke obrade metala i legura jeste da se promene neke njihove mehaničke i fizičko-hemijske osobine, pre svega faznim i strukturnim promenama u čvrstom stanju; te su promene uglavnom funkcija temperature, vremena
Tok termičke obrade Tok termičke obrade sa hladjenjem ispod 0°C
3
Vrste termičke obrade čelika
U postupke obične termičke obrade spadaju:
Žarenje (difuziono, normalizaciono, meko, potpuno,
rekristalizaciono, za otklanjanje napona);
Kaljenje (zapreminsko ili potpuno, površinsko);
Otpuštanje (nisko, srednje, visoko).
4
Žarenje čelika
Žarenje je vid termičke obrade u toku koje se čelični delovi
zagrevaju do odredjenih povišenih temperatura, drže izvesno vreme
na tim temperaturama i zatim lagano hlade. Time se postiže
uspostavljanje strukturne ravnoteže koja je poremećena nekim
prethodnim postupkom termičke ili mehaničke obrade.
Posle žarenja se dobija perlitno-feritna, perlitna, ili perlitno-cementitna
struktura (zavisno od sastava čelika).
Cilj žarenja je da se popravi obradljivost čelika, da se
homogenizuje neujednačena struktura, uklone unutrašnji
naponi, smanji tvrdoća, poveća plastičnost i žilavost itd.
5
dele se na postupke sa faznim promenama:
difuzno,
normalizaciono,
meko i
potpuno žarenje
i postupke žarenja bez faznih promena
rekristalizaciono žarenje i
žarenje radi popuštanja napona.
Metodi žarenja
6
Difuziono (homogenizaciono) žarenje
Zasniva se na zagrevanju čelika (visoko u austenitnom području), nešto ispod solidus linije, dugotrajnom progrevanju na toj temperaturi i sporom hladjenju. Primenjuje se radi:
smanjenja nejednorodnost hemijskog sastava kod čeličnih odlivaka,
poboljšanja mikrostrukture koja umesto neujednačene (dendritne)
postaje homogena.
0 0.4 0.8 1.2 1.6500
600
700
800
900
1000
1100
1200
Tem
pe
ratu
ra, °
C Austenit
Perlit + Ferit Cementit + Perlit
AC3
A Cm
Sadržaj C, maseni %
AC1 AC1,3 723°C 500°C
10 - 40 h
1050 - 1200°C
Vh = 50 - 100 °C
/h
Vreme
Te
mp
era
tura
AC1
AC3
Žarenje sa faznim promenama
7
Normalizaciono žarenje (normalizacija)
Izvodi se zagrevanjem čelika ili čeličnog liva do temperature oko 30 do 50°C
iznad gornje kritične temperature A3 za podeutektoidne, odnosno iznad
ACm za nadeutektoidne čelike, zatim progrevanjem pri toj temperaturi i
najzad hladjenjem na mirnom vazduhu.
Cilj normalizacije je da se dobije ravnomerna i sitnozrnasta struktura.
Uglavnom se normalizuju valjaonički proizvodi, čelični odlivci, otkovci i
zavareni spojevi od debelih čeličnih delova loše zavarljivosti.
0 0.4 0.8 1.2 1.6500
600
700
800
900
1000
1100
1200
Tem
pera
tura
, °
C
Austenit
Perlit + Ferit Cementit + Perlit
AC3
A Cm
Sadržaj C, maseni %
AC1 AC1,3 727°C
Vreme
Te
mp
era
tura
AC1
AC3 (ACm)Na mirnom vazduhu
30
-50
°C
8
Meko (sferoidalno) žarenje
Izvodi se zagrevanjem oko donje kritične temperature (Ac1), zadržavanjem nekoliko desetina sati na toj temperaturi i zatim se delovi sporo hlade do sobne temperature.
Kao rezultat ove obrade dobija se struktura mekšeg-zrnastog (globularnog) cementita, umesto lamelarnog koji je tvrdji.
Primenjuje se radi poboljšanja obradljivosti rezanjem, naročito otkovaka od visokougljeničnih i legiranih čelika.
0 0.4 0.8 1.2 1.6500
600
700
800
900
1000
1100
1200
Tem
pera
tura
, °
C
Austenit
Perlit + Ferit Cementit + Perlit
AC1
AC3
AC1,3
A Cm
Sadržaj C, maseni %
727°C
Vreme
Te
mp
era
tura
AC1
AC3 (ACm)
Na vazduhu
18 - 24 h
9
Potpuno žarenje
Zasniva se na zagrevanju čelika do austenitnog područja (30-50°C iznad tačke AC3 - ACm), zatim zadržavanju na odabranoj temperaturi i veoma sporom hladjenju u peći u intervalu faznih promena (A3, ACm,- A1). Dalje hladjenje od A1 do sobne temperature može biti na vazduhu.
Svrha potpunog žarenja jeste usitnjavanje zrna, ujednačavanje strukture, kao i otklanjanje sopstvenih napona, tako da čelik postane mekši i kovniji.
0 0.4 0.8 1.2 1.6500
600
700
800
900
1000
1100
1200
Tem
pe
ratu
ra, °
C
Austenit
Perlit + Ferit Cementit + Perlit
Sadržaj C, maseni %
AC1 AC1,3 723°C
AC3
A Cm
Vreme
Te
mp
era
tura
AC1
AC3 (ACm)
Na va
zduhu
U peći
30
- 5
0 °
C
Kad se kaže samo žarenje bez bližeg odredjenja, misli se na potpuno žarenje.
10
Izotermalno žarenje
Deo se zagreva 30-50°C iznad gornje kritične temperature AC3, zatim brzo hladi do temperature nešto iznad 550ºC, zadržava pri toj temperaturi do završetka perlitne promene i najzad hladi na vazduhu.
Izotermalno žarenje ima prednost u odnosu na potpuno žarenje jer obezbeĎuje skraćeno vreme procesa i dobijanje jednorodnije strukture.
0 0.4 0.8 1.2 1.6500
600
700
800
900
1000
1100
1200
Tem
pe
ratu
ra,
°C
Austenit
Perlit + Ferit Cementit + Perlit
Sadržaj C, maseni %
AC1 AC1,3 723°C
AC3
A Cm
Vreme
Te
mpe
ratu
ra
AC1
AC3 (ACm)
Na vazd
uhu
30
- 5
0 °
C
Iznad 550°C
Brz
o
11
Rekristalizaciono žarenje
Zasniva se na zagrevanju metala, prethodno plastično deformisanog na hladno, do temperature više od temperature rekristalizacije, zadržavanju na toj temperaturi i hladjenju proizvoljnom brzinom.
Temperatura rekristalizacije (Tr) metala i legura zavisi pre svega od njihove temperature topljenja (Tt,). Za tehnički čiste metale, ona približno iznosi , a za legure tipa čvrstog rastvora ; niskougljenični čelici imaju , što predstavlja granicu prerade na toplo i hladno.
0.4r tT T
0.6r tT T 650rT C
Vreme
Te
mp
era
tura
AC1
AC3 (ACm)
650 - 700 °C
Vreme zavisi od preseka dela
Proizvoljno
Žarenje bez faznih promena
12
Žarenje za otpuštanje napona
Otpuštanje napona ostvaruje se laganim zagrevanjem dela do temperature ispod tačke A1 (A1,3), zadržavanjem pri toj temperaturi i potonjim još sporijim hladjenjem nego pri zagrevanju.
Čelične odlivke i odlivke od livenog gvoždja treba žariti radi otpuštanja napona pri temperaturi 500-600°C
Vreme
Te
mp
era
tura
AC1
AC3 (ACm)
150-650°C
13
Kaljenje čelika
Kaljenje čelika je termička obrada koja se izvodi zagrevanjem radnog predmeta iznad
temperature Ac3, za podeutektoidne i A1,3 za nadeutektoidne čelike, progrevanjem na toj
temperaturi i hladjenjem brzinom većom od kritične.
0 0.4 0.8 1.2 1.6500
600
700
800
900
1000
1100
1200
Tem
pera
tura
, °
C
Austenit
Perlit + Ferit Cementit + Perlit
AC1
AC3
AC1,3
A Cm
Sadržaj C, maseni %
723°C
30-5
0°C
Kaljenje može biti zapreminsko i površinsko.
Zapreminsko kaljenje može biti martenzitno (M) (kontinualno, stepenasto) i
bejnitno (B) (izotermičko).
14
Prekidno kaljenje
Prekidno kaljenje omogućuje da
se deformacije delova pri kaljenju
svedu na minimum, izbegnu
prsline i dimenzijske greške.
15
Kaljenje na niskim temperaturama
Ovim postupkom postiže se odgovarajuće
povećanje tvrdoće i bolja stabilizacija
strukture, smanjuju se unutrašnji strukturni
naponi i time umanjuje sklonost ka spontanoj
promeni specifične zapremine u toku vremena
(tzv. starenje), što je u nekim slučajevima veoma
značajno.
Na primer, pri izradi preciznih mernih alata
potrebno je ostvariti dimenzijsku stabilnost, koja
neće biti poremećena u toku vremena, pa se oni
često kale na niskim temperaturama.
Pri termičkoj obradi čelika na sniženim
temperaturama dolazi do:
povećanja tvrdoće,
stabilizacije dimenzija.
16
Otpuštanje
Za čelični delove se uvek posle kaljenja, izvodi naknadno zagrevanje i sporo
hladjenje, jer u njima zaostaju znatni unutrašnji naponi, pa su dosta krti.
Proces termičke obrade, tj. naknadnog zagrevanja do ispod kritične
temperature A1, držanja kraće vreme na toj temperaturi i zatim laganog
hladjenja (na primer, na mirnom vazduhu), naziva se otpuštanje.
17
Zavisno od temperature zagrevanja pri otpuštanju ugljeničnih čelika, razlikuju se:
nisko,
srednje i
visoko otpuštanje.
Pri niskom otpuštanju sopstveni
naponi nastali pri kaljenju opadaju
uz neznatno poboljšanje
plastičnosti i održavanje visoke
tvrdoće, jačine i otpornosti na
habanje.
Uglavnom se koristi za alate, opruge,
kontrolnike.
18
Pri srednjem otpuštanju jačina
i napon tečenja ostaju isti kao i
posle kaljenja, ali raste granica
elastičnosti, otpornost na
relaksaciju i dinamička
izdržljivost.
Zato se na ovaj način otpuštaju
delovi kao što su opruge (lisnate,
zavojne).
Pri visokom otpuštanju postiže se najbolja duktilnost i žilavost.
19
Poboljšanje
Kaljenje i visoko otpuštanje zajedno se
nazivaju poboljšanje. U poredjenju
sa čelikom u normalizovanom ili
žarenom stanju, kaljenje praćeno
visokim otpuštanjem dovodi do
istovremenog povećanja jačine i
napona tečenja, istegljivosti,
suženja i naročito udarne
žilavosti.
20
Površinsko kaljenje
Površinsko kaljenje je termička obrada
kojom se zakaljuju samo površinski
slojevi komada, dok njegovo jezgro
zadržava početnu strukturu.
Tako se dobija velika površinska
tvrdoća uz veliku žilavost i manju
tvrdoću jezgra što je poželjno kod delova
od kojih se traže sledeće osobine:
velika otpornost površine protiv habanja,
povećana otpornost protiv udarnog
dinamičkog opterećenja i
visoka granica zamaranja površine. T
em
pera
tura
Udaljenost od površine
AC3
AC1
I II III
2 4 6 800
20
40
60
Udaljenost od površine, mmT
vrd
oća
H
RC
Raspodela temperature i tvrdoće na različitim
udaljenostima od kaljene površine
21
Površinsko kaljenje se sastoji iz brzog zagrevanja površinskih
slojeva do temperature kaljenja i zatim brzog hladjenja; pri tome
se austenit u površinskim slojevima preobražava u martenzit.
Prema izvoru toplote razlikujemo:
površinsko kaljenje plamenom i
indukciono površinsko kaljenje.
Površinski okaljen sloj zupčanika
22
Površinsko kaljenje plamenom
Površinsko kaljenje plamenom može se izvesti na postupan način ili izjedna.
a) b) Primeri površinskog kaljenja cilindričnih površina: a) postupno kaljenje, b) kaljenje izjedna
23
Površinsko kaljenje plamenom
24
25
26
Indukciono kaljenje