toplotna obd.

• Postopki toplotne obdelave nam omogočajo spremembo mikrostrukture in s tem spremembo mehanskih lastnosti celotnega izdelka ali samo površine oziroma posameznih delov površine.
• Postopke toplotne obdelave razdelimo na: normalizacijo, ţarjenje, poboljšanje in površinsko utrjevanje.
• Postopek poboljšanja jekla združuje postopek kaljenja in popuščanja.
• Normalizacija je toplotna obdelava, pri kateri jeklo popolnoma prekristalizira. Tak proces prekristalizacije, ki ustvarja bolj drobno zrno in izboljša mehanske lastnosti, poteka, če jeklo kratek čas segrevamo v avstenitno področje pri temperaturi (TN) 30 do 50 oC, in sicer samo toliko, da jeklo prekristalizira (5 do 10 min).
• Žarjenje je postopek toplotne obdelave, pri katerem jeklo v peči ogrevamo, na določeni temperaturi, določen čas in ga nato običajno počasi ohlajamo. Namen žarjenja je, da bi dosegli v mikrostrukturi jekla določene spremembe in s tem tudi spremembe v mehanskih lastnostih.
• Med postopke žarjenja uvrščamo: difuzijsko ali homogenizacijsko žarjenje, rekristalizacijsko, sferoidizacijsko ali žarjenje na mehko in žarjenje za odpravo notranjih napetosti.
• Difuzijsko ali homogenizacijsko žarjenje je dolgotrajno ţarjenje jekla na visokih temperaturah, in sicer 1000 oC do 1300 oC z namenom, da se z difuzijo atomov izenačijo pri litju nastale neenakomernosti v kemični sestavi jekla.
• Rekristalizacijsko žarjenje je žarjenje hladno deformiranega jekla z namenom, da odpravimo sledove deformacijske utrditve oziroma jeklo usposobimo za nadaljnjo deformacijo v hladnem stanju. Na ta način jeklo doseže ustrezno mikrostrukturo in mehanske lastnosti
• Napetosti v jeklu odpravimo z žarjenjem za odpravo notranjih napetosti. Na primer zaradi grobe mehanske obdelave ali pa pri varjenju nastanejo notranje napetosti zaradi neenakomernega segrevanja in še posebno zaradi krčenja zvara pri ohlajanju. Za odpravo notranjih napetosti žarimo jeklo v temperaturnem območju 450 oC do 650 oC (npr. 4 ure) in nato počasi ohlajamo, da se izognemo ponovnemu pojavu temperaturnih napetosti.
• Sferoidizacijsko žarjenje ali žarjenje na mehko je žarjenje jekla pri temperaturi tik pod temperaturo Ac1, večurno zadrževanje pri tej temperaturi, ki mu sledi zelo počasno ohlajanje.
• Pri žarjenju na mehko cementit iz trdih lamel preide v zrnato obliko.
• Normalizacijsko žarjenje je toplotna obdelava, s katero popravljamo strukturo (ne sestavo) materiala.
• Princip normaliziranja je, da segrejemo material do temperature, pri kateri se struktura spremeni v avstenit, zadržujemo na tej temperaturi 5–10 minut, da dobimo homogen avstenit, in nato ohladimo. Segrevamo torej nad linijo GSE.
• Avstenizacija je postopek ogrevanja jekla, pri katerem dosežemo avstenitno mikrostrukturo.
• Kaljenje jekla imenujemo postopek toplotne obdelave, pri katerem jeklo ogrevamo do kalilne temperature (temperatura avstenitizacije), zadržimo določen čas in nato ohladimo s hitrostjo, ki je enaka ali večja zgornji kritični ohlajevalni hitrosti (v vodi ali olju) z namenom, da dobi martenzitno mikrostrukturo.
• Pri ohlajanju jekla s hitrostjo, ki je enaka ali večja zgornji kritični ohlajevalni hitrosti, popolnoma izostane perlitna premena in se ves avstenit premeni v martenzit.
• Posledica hitrega ohlajanja jekla so velike notranje napetosti in martenzitna mikrostruktura.
• Kaljivost je lastnost jekla, da pri kaljenju doseže martenzitno mikrostrukturo. Merili kaljivosti jekla sta:

  največja trdota, ki jo doseže jeklo pri kaljenju in

  kalilna globina, ki jo doseže jeklo pri določenem preseku in ustreznih ohlajevalnih razmerah.
• Kaljena jekla so krhka, zato jih po kaljenju popuščamo. Popuščanje jekla je ponovno segrevanje kaljenega jekla na temperaturo pod temperaturo Ac1, z ohlajanjem na zraku z namenom, da dobi jeklo tudi zadostno žilavost in sposobnost prenašanja dinamične obremenitve.
• Duktilnost je lastnost materiala, da prenese plastično deformacijo, ne da bi se zlomil.
• Površinsko kaljenje jekla je omejeno samo na površino oziroma samo na določena mesta na površini izdelka. Površina se mora ogreti na temperature avstenitizacije hitreje, kot pa se toplota širi v notranjost oziroma proti jedru izdelka.
• Za večino toplotnih obdelav je avstenit osrednja mikrostruktura, iz katere se dobijo mikrostrukture, ki so obstojne pri povišanih temperaturah in temperaturi okolice.
• Transformacija avstenita poteka izotermno ali med ohlajanjem.
• TTT in CCT diagrami prikazujejo hitrosti transformacije avstenita in mikrostrukturne sestavine jekla.
• Način in kinetika transformacij avstenita sta odvisna od kemične sestave avstenita, hitrosti ohlajanja in temperature transformacije.
• Hitremu ogretju površine takoj sledi kaljenje s kalilnim medijem ali samozakaljenje. Jeklo je zakaljeno do globine, do katere je bila temperatura zadostna za avstenitizacijo.
• Za površinsko kaljenje so primerna jekla, ki so kaljiva v vodi in vsebujejo 0,3 % do 0,6 % ogljika ter so slabo prekaljiva.
• Pri plamenskem kaljenju površino izdelka ogrejemo s plamenom plinskega gorilnika. Ogrevanju sledi kaljenje z vodno prho. Debelina zakaljenega sloja je odvisna od hitrosti pomika gorilnika in temperature plamena.
• Induktivno kaljenje je postopek površinskega kaljenja, pri katerem segrevamo površinski sloj jekla s tokom velikih frekvenc, nato pa običajno z vodno prho hitro ohladimo.
• Osnovna značilnost induktivnega segrevanja v primerjavi z drugimi postopki je ta, da toplota nastaja neposredno v samem izdelku. Izdelek oziroma samo določen del izdelka vstavimo v žarilno zanko, ki jo napaja srednje ali visokofrekvenčni izmenični tok.
• Cementacija je postopek toplotnokemične obdelave površin, ki jo uporabljamo za zobnike, gredi, čepe, osi ipd. Postopek sestoji iz dveh delov, in sicer iz: naogljičenja in toplotne obdelave.
• Temperatura cementacije je odvisna od izbire sredstva, v katerem cementiramo. V trdnih cementacijskih sredstvih ogljičimo pri temperaturi med 850 in 930 oC, v solnih kopelih pa okoli 50 oC nižje. Čas naogljičenja je odvisen od vrste jekla, cementacijskega sredstva in od želene debeline cementacijske plasti. Globino naogljičenega površinskega sloja uravnavata temperatura in čas ogljičenja.
• Nitridiranje je kemotermična obdelava površin in je poleg cementacije najbolj razširjen postopek za površinsko utrjevanje. Uporablja se za izboljšanje proti obrabnih in drsnih lastnosti površin (zmanjša se koeficient trenja), trajne dinamične trdnosti in korozijske odpornosti nekaterih strojnih delov, izdelkov ter orodij.
• Postopek temelji na obogatitvi površine z dušikom, pri čemer nastane na površini tanka plast nitridov in difuzijska cona (plast), ki je trdna raztopina dušika v Fe-α. Ta cona je močno utrjena, ker je dušik eden najbolj učinkovitih utrjevalcev železa.
• Nitridiranje je dolgotrajni postopek in traja več dni (20 do 100 ur), pri tem pa dosežemo le nekaj desetink milimetra debele nitridirane plasti. Po končanem nitridiranju se izdelki v toku amonijaka počasi ohlajajo na sobno temperaturo.
• Karbonitriranje je kombinacija naogljičenja in nitridiranja. Površina izdelka se obogati z ogljikom in dušikom, ki difundirata iz karbonitrirnega sredstva na površino jeklenega izdelka. Poteka pri temperaturi med 670 in 870 oC in ga izvajamo v solnih kopelih ali v pečeh s plinsko mešanico, ki vsebuje ogljik in dušik.