Mašinski fakultet u Kragujevcu Dr Dragan Adamović, docent 1 Ma Ma š š inski materijali inski materijali - - Dr Dragan Adamovic Dr Dragan Adamovic 1 Mašinski materijali - Predavanje - TERMIČKA OBRADA ČELIKA Ma Ma š š inski materijali inski materijali - - Dr Dragan Adamovic Dr Dragan Adamovic 2 Temperatura Vreme Zagrevanje Hladjenje Progrevanje Progrevanje Hla d j e n je Zamrzavanje Temperatura Zagrevanje 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
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
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
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.
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 rdjave zavarljivosti.
Izvodi se zagrevanjem oko donje kritične temperature (A1), 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. Pri obradi rezanjem lamelarnog perlita, nož seče tvrde lamele Fe3C, a kod globularnog razmiče zrna i seče mekšu feritnu osnovu.
Zasniva 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, otklanjanje nepovoljne Vidmanšetenove strukture, ujednačavanje strukture, kao i otklanjanje sopstvenih napona, tako da čelik postane mekši i kovniji.
Primenjuje se kod niskougljeničnih čelika kao priprema za duboko izvlačenje i za poboljšanje mašinske obradljivosti kod visokougljeničnih čelika.
Kad se kaže samo žarenje bez bližeg odredjenja, misli se na potpuno 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 obezbeđuje skraćeno vreme procesa i dobijanje jednorodnije strukture.
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, K). Za tehnički čiste metale, ona približno iznosi , a za legure tipa čvrstog rastvora ; niskougljenični čelici imaju , što predstavlja granicu prerade na toplo i hladno.
Na ovaj se način otklanjaju posledice deformisanja na hladno niskougljeničnih čelika. Ovim vidom žarenja omogućuje se dalja prerada presovanjem, valjanjem i vučenjem. Rekristalizaciono žarenje je kratkotrajno kod tankih preseka, a veoma dugo kod debelih preseka zbog potrebe jednolikog progrevanja i rekristalizacije po celom preseku.
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
Čelični delovi, obradjeni plastičnom deformacijom na hladno žare se radi smanjenja napona na znatno nižim temperaturama (250-300°C ispod temperature rekristalizacije).
Ponekad se žarenjem pri temperaturi od 150°C izvodi tzv. stabilizaciono otpuštanje, uglavnom kod mernih i kontrolnih alata, da bi se postigla neophodna dimenziona stabilnost.
Kaljenje čelikaKaljenje 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 Ms
Mf
0.2 0.6 1.0 1.4 1.8
0
200
400
600
-200
Sadržaj C, maseni %Te
mpe
ratu
ra,
°C
Kaljenje može biti zapreminsko i površinsko.
Zapreminsko kaljenje može biti martenzitno (M) (kontinualno, stepenasto) i bejnitno (B) (izotermičko). Redje se koriste i varijante prekidno martenzitno i kontinualno bejnitno kaljenje, kao i taložno kaljenje i "zamrzavanje".
Izvodi se neprekidnim hladjenjem komada iz austenitnog područja do temperature ispod martenzitne promene Ms. Brzina hladjenja se bira tako da se spreči difuziona promena austenita sve do temperature martenzitnog preobražaja, gde on potpuno ili delimično prelazi u martenzit.
Čelik bejnitne strukture ima manju tvrdoću (40-58 HRC) od martenzitne, ali je znatno duktilniji (plastičniji) i žilaviji od čelika zakaljenog na martenzit i otpuštenog na istu tvrdoću.Izotermički se kale uglavnom delovi malih preseka, izradjeni od ugljeničnih i niskolegiranih čelika.
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 povećava količina martenzita u strukturi, što dovodi, pre svega, do:
Zavisno od temperature zagrevanja pri otpuštanju ugljeničnih čelika, razlikuju se:
nisko, srednje i visoko otpuštanje.
Pri niskom otpuštanjusopstveni 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. Isto tako, nisko se otpuštaju delovi posle površinskog kaljenja, cementacije, cijanizacije ili karbonitriranja.
Pri srednjem otpuštanjujačina i napon tečenja ostaju isti kao i posle kaljenja, ali raste granica elastičnosti, otpornost na relaksaciju i dinamička izdržljivost (zbog pojave spoljašnjih pritiskujućih napona pri hladjenju u vodi). Zato se na ovaj način otpuštaju delovi kao što su opruge (lisnate, zavojne), poluge za balansiranje, matrice i sl.
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. Pošto se sve osobine popravljaju, to se termička obrada kaljenje + visoko otpuštanje zove poboljšanje.
Termo-mehanička obradaTMO je zasnovana na plastičnom deformisanju austenita i potonjoj martenzitnoj promeni. U poredjenju sa konvencionalnim poboljšanjem dobija se viša granica tečenja, te povećanje jačine na kidanje i duktilnosti.
Na osnovu temperature na kojoj se TMO izvodi razlikujemo:
visokotemperatursku termo-mehaničku obradu (VTMO) i
Pri indukcionom zagrevanju se na površini komada generiše struja (Ik) iste frekvencije ali suprotnog smera od struje koja protiče kroz induktor (Iind). Površinski slojevi se najpre zagrevaju sekundarnim strujama, a zatim se zakaljuju prskanjem vodom ili potapanjem u kadu.Za utvrdjivanje dubine prodiranja struje važi izraz:
gde je: f – frekvencija naizmenične struje,ρ - specifični električni otpor iμ - magnetni permeabilitet.
Za čelik se gornji izraz može svesti na:
, mm.Pošto je dubina sloja obrnuto srazmerna frekvenciji, znači da će dubina progrejanog sloja opadati sa porastom frekvencije.
mmf
,1003.5 4
μρδ⋅
⋅⋅=
60 / fδ =Induktor za površinsko indukciono kaljenje