WikiSysop: Bot: Automatski unos stranica

2021-07-23T11:30:14Z

Bot: Automatski unos stranica

Nova stranica

[[Datoteka:Heat-Treating-Furnace.jpg|mini|desno|300px|Peć za toplinsku obradu na 980 °C.]]
[[Datoteka:Castings fresh from the heat treatment furnace.jpg|mini|desno|300px|[[Čelični lijev]] nakon 12 sati toplinske obrade na temperaturi od 1 200 °C (Goodwin Steel Castings Ltd. - [[Ujedinjeno kraljevstvo]]).]]
[[Datoteka:CCT dijafram za celik.jpg|mini|desno|300px|Dijagram kontinuiranog hlađenja ili CCT dijagram za čelik prikazuje uvjete za stvaranje [[martenzit]]a.]]
[[Datoteka:DiagrammeTTT.GIF|mini|desno|300px|Dijagram izotermne pretvorbe ili izotermni TTT dijagram ([[Engleski jezik|engl]]. ''Time-temperature transformation'') za čelik.]]
[[Datoteka:Krivulja hladenja zeljeza.jpg|mini|desno|300px|Krivulja hlađenja čistog željeza.]]
[[Datoteka:Toplinska obrada celika.jpg|mini|desno|300px|Razne vrste toplinske obrade čelika.]]
[[Datoteka:Tempering colors in steel.jpg|mini|desno|300px|Kaljeni čelik nakon popuštanja. Različite boje pokazuju temperature na koje je čelik bio zagrijan. Svijetlo žuta boja na lijevoj strani prikazuje temperaturu od 204 °C, a svijetlo plava boja na desnoj strani pokazuje temperaturu od 337 °C. ]]
[[Datoteka:Peacemaker-p1030061.jpg|mini|desno|300px|Kopija revolvera ''Colt 1873'', na kojoj se vide boje od otvrdnjavanja površine čelika.]]
[[Datoteka:Katana hardened edge pic with inset of nioi.JPG|mini|desno|300px|Različito otvrdnjavanje japanskog [[Samuraji|samurajskog]] mača ''katane''. Svijetle valovite linije (''nioi'') odvajaju [[martenzit]]ne krajeve od [[perlit]]ne osnove.]]
[[Datoteka:Precipitacijsko ocvrsnuce.jpg|mini|desno|300px|Postupak toplinske obrade precipitacijskog očvršćivanja.]]

'''Toplinska obrada''' je postupak djelovanja [[temperatura|temperature]] na materijal u svrhu mijenjanja njegove [[mikrostruktura|mikrostrukture]] i time mijenjanja njegovih svojstava. Toplinski se obrađuju najčešće [[čelik|čelici]], ali nerijetko i drugi [[metal]]i, te [[Keramika|keramike]] ([[staklo]]). Najčešći razlozi za toplinsku obradu čelika su očvršćivanje (povećanje mehaničkih svojstava, posebno [[vlačna čvrstoća|vlačne čvrstoće]]), povećanje žilavosti, povećanje [[duktilnost]]i i mogućnosti preoblikovanja, smanjenje unutrašnjih naprezanja, priprema za obradu rezanjem.

Toplinska se obrada obavlja:
* prije oblikovanja komada plastičnom deformacijom i odvajanjem strugotine, da bi metal omekšao,
* poslije oblikovanja komada, da bi se uklonila zaostala [[Naprezanje|naprezanja]],
* završno, za postizanje konačne [[čvrstoća|čvrstoće]] i [[tvrdoća|tvrdoće]] proizvoda.

Toplinska obradba čelika temelji se na [[eutektik|eutektoidnoj]] reakciji raspada [[austenit]]a na [[ferit]] i [[cementit]]. Ovisno o postupku toplinske obradbe mijenjaju se način raspada austenita, odnosno fizička i mehanička svojstva čelika. Zbog toga svaka toplinska obradba zahtijeva najprije dobivanje austenita. '''Austenitizacija''' se sastoji u dobivanju homogenog austenita zagrijavanjem čelika na temperaturu malo iznad linije A1 kod eutektoidnog sastava ili A3 kod podeutektoidnog i Acm kod nadeutektoidnog sastava. Temperatura austenitizacije može se sniziti dodatkom legirajućih elemenata, kao što su [[mangan]] ili [[nikal]]. Ostale toplinske obradbe služe uglavnom za uklanjanje posljedica hladne deformacije i dobivanje mekše strukture. <ref> [http://www.simet.unizg.hr/nastava/predavanja/Fizikalna%20metalurgija%20I.pdf/view] "Fizikalna metalurgija I", dr.sc. Tanja Matković, dr.sc. Prosper Matković, www.simet.unizg.hr, 2011.</ref>

==Vrste toplinskih obrada==
Vrste su toplinske obrade: <ref> "Tehnička enciklopedija", glavni urednik Hrvoje Požar, Grafički zavod Hrvatske, 1987.</ref>
* termička: komadi se griju, drže na određenoj temperaturi i potom hlade – primjeri su:
:* [[žarenje]] – približavanje stanju ravnoteže;
:* [[kaljenje]] – sastoji se od austenizacije, a zatim se brzim ohlađivanjem skoro sav austenit pretvori u martenzit;
:* [[popuštanje]] - metal se grije ispod austenizacije i drži se neko vrijeme na toj temperaturi i potom sporo hladi;
:* poboljšanje – sastoji se od kaljenja i popuštanja na povišenim temperaturama;
:* normalizacija - sastoji se od austenizacije i ohlađivanja na zraku;
* termokemijska ili [[otvrdnjavanje površine čelika]]: toplinska se obrada obavlja u kemijski aktivnoj sredini, a primjeri su:
:* pougljeničenje ili [[Cementiranje čelika|cementacija]] – povećavanje sadržaja [[ugljik]]a (C) u površinskom sloju komada;
:* [[Nitriranje (metalurgija)|nitriranje]] – povećavanje sadržaja [[dušik]]a (N) u površinskom sloju komada;
:* karbonitriranje – povećavanje sadržaja ugljika i dušika u površinskom sloju komada;
:* boriranje – povećavanje sadržaja [[Bor (element)|bora]] (B) u površinskom sloju komada;
* termomehanička: termička se obrada kombinira s mehaničkim deformiranje;
* prirodno (starenje pri sobnoj temperaturi) i umjetno starenje (starenje pri povišenoj temperaturi).

==Fizikalne osnove toplinske obrade==
Kod većine važnijih postupaka toplinske obrade, čelik se zagrijava na temperaturu pri kojoj je [[mikrostruktura]] [[austenit]]na ili se sastoji od austenita s malim udjelom drugih mikrostrukturnih sastojaka, na primjer karbida ([[cementit]]). To je temperatura '''austenizacije''' ili se pak naziva prema vrsti toplinske obrade, na primjer temperature normalizacije. Za većinu postupaka toplinskih obrada austenit je središnja, najvažnija mikrostruktura iz koje se nakon različitih pretvorbi postižu mikrostrukture koje su postojane na sobnoj temperaturi ili pri povišenim temperaturama i o kojima ovise svojstva čelika. Pretvorbe austenita provode se [[Izoterma|izotermno]] ili pri ohlađivanju.

Brzine pretvorbi austenita i nastale nove faze ili mikrostrukturne sastojke čelika opisuju '''dijagrami izotermne pretvorbe''' ili izotermni TTT dijagrami ([[Engleski jezik|engl]]. ''Time-temperature transformation''), koji vrijede za izotermne pretvorbe (nazivaju se i IT dijagrami), te '''dijagrami kontinuiranog hlađenja''' ili CTT dijagrami, koji vrijede kod pretvorbi pri kontinuiranom hlađenju. Način i kinetika pretvorbe austenita ovise o kemijskom sastavu čelika, odnosno austenita, brzini ohlađivanja, odnosno temperaturi pretvorbe.

Kod [[ugljični čelik|ugljičnih čelika]], austenit se pretvara u [[perlit]] od temperature oko 723 ºC do temperature približno 500 ºC, a ispod te temperature do 250 ºC, ali samo pri izotermnoj pretvorbi, nastaje [[bainit]], a ispod 250 ºC nastaje [[martenzit]].

Mehanička i tehnološka svojstva čelika s [[perlit]]nom mikrostrukturom ovise o debljini listića (lamela) [[cementit]]a, odnosno o tzv. međulamelarnom razmaku. Što je on manji, to su viša mehanička svojstva i [[duktilnost]], a za rezivost (obradivost) vrijedi obrnuto. Perlit koji nastaje pri višim temperaturama (blizu 700 ºC) grubolamelaran je, a onaj koji nastaje kod donje granice ima malen međulamelarni razmak (sitnolamelarni perlit).
Svojstva martenzita i bainita ovise o masenom udjelu ugljika u čeliku. To posebice vrijedi za martenzit koji postiže najveću [[tvrdoća|tvrdoću]] (oko 65 [[Tvrdoća po Rockwellu|HRC]]) kad je udio ugljika oko 0,6%. Martenzit kojemu je udio ugljika malen, npr. 0,1%, ima mnogo manju tvrdoću (oko 37 HRC). S povišenjem temperature nastali mikrostrukturni sastojci počinju se mijenjati. To se najviše opaza kod martenzita, gdje promjene počinju već pri temperaturama između 100 ºC i 200 ºC i postaju očitije s povišenjem temperature prema temperaturi Ac1 ([[popuštanje]] čelika). Martenzit legiranih čelika otporniji je prema popuštanju nego martenzit ugljičnih čelika.

==Razne tehnike toplinskih obrada==
Toplinska obradba čelika temelji se na [[eutektik|eutektoidnoj]] reakciji raspada [[austenit]]a na [[ferit]] i [[cementit]]. Ovisno o postupku toplinske obradbe mijenjaju se način raspada austenita, odnosno fizička i mehanička svojstva čelika. Zbog toga svaka toplinska obradba zahtijeva najprije dobivanje austenita.

Temperature faznih prijelaza za legure [[željezo|željeza]] kao i za čisto željezo označavamo sa slovom A i odgovarajućim indeksom: A1 je oznaka za liniju temperature eutektoidne reakcije , A2 za [[Curiejeva temperatura|Curiejevu temperaturu]] (768 ºC), A3 za temperature prijelaza [[ferit|alfa]] u [[austenit|gama kristale]], A4 za temperaturu prijelaza gama u delta kristale i Acm za temperaturu početka izlučivanja sekundarnog [[cementit]]a. Kada bi hlađenje i grijanje mogli provesti beskonačno sporo navedene temperature bile bi
jednake za oba procesa. Ukoliko se temperatura mijenja praktičnom ili konačnom brzinom nastaje mjerljivo kašnjenje faznih prijelaza. To znači, da se čelik mora zagrijati na nešto višu temperaturu odnosno ohladiti na nešto nižu temperaturu od one koja odgovara ravnotežnoj temperaturi. Da bi se razlikovale temperature faznih prijelaza kod sporog (ali i nedovoljno sporog) hlađenja uz oznaku temperature fazne promjene dodaje se indeks ''r'' (npr. Ar1), a kod sporog (ali i nedovoljno sporog) zagrijavanja indeks ''c'' (npr. Ac1).

===Žarenje===
{{Glavni|Žarenje}}

Žarenje je toplinska obrada kojom se dobivaju "mekše" strukture čelika, a sastoji se u zagrijavanju na temperaturi za oko 40 ºC iznad linije A3 ili A1 i [[hlađenje|hlađenju]] u [[peć]]i do sobne temperature. Podeutektoidni i eutektoidni čelik zagrijavaju se u γ-području ([[austenit]]), a nakon hlađenja dobiva se [[mikrostruktura]] sastavljena od grubo lamelarnog [[perlit]]a i [[ferit]]a. Nadeutektoidni čelik zagrijava se u dvofaznom γ (austenit) + Fe3C području ([[cementit]]) , a nakon hlađenja mikrostruktura se sastoji od grubolamelarnog perlita i cementita. <ref> "Prilagodba materijala", www.ffri.uniri.hr, 2011.</ref>

Čelici se žare da im se smanji [[tvrdoća]], poboljša rezivost (obradivost), poboljša mogućnost oblikovanja u hladnom stanju, da dobiju određenu mikrostrukturu ili mehanička svojstva, da se pripreme za kaljenje, da im se smanje ili uklone unutrašnja naprezanja itd. Vrste žarenja su:
* difuzijsko žarenje;
* potpuno žarenje (ili samo žarenje);
* sferoidizacijsko žarenje;
* žarenje radi smanjenja unutarnjih naprezanja
* rekristalizacijsko žarenje
* normalizacija

===Kaljenje===
{{Glavni|Kaljenje}}

Kaljenje čelika je toplinska obrada kojom se postiže otvrdnuće čelika. Ono se sastoji od austenizacije (zagrijavanje u γ-područje ili [[austenit]]) i ohlađivanja takvom brzinom da se znatan dio (najbolje cijeli dio) austenita pretvori u [[martenzit]]. Temperatura kaljenja (austenizacije) iskustveno se izračunava primjenom vrijednosti temperature Ac3 (za podeutektoidne) i temperature Ac1 (za nadeutektoidne čelike):
::TK = Ac3 + (20 – 40) [[Kelvin|K]]; odnosno TK = Ac1 + (50 – 70) K
Kod čelika su te temperature uvijek navedene, i to s napomenom u kojem se sredstvu čelik kali. Kaljenje može biti u u [[soli|slanoj]] vodi, [[voda|vodi]], [[Mineralna ulja|ulju]] ili [[zrak]]u.

===Popuštanje===
{{Glavni|Popuštanje}}

Popuštanje je toplinska obrada gdje se [[metal]] grije i drži neko vrijeme na dovoljno visokoj temperaturi i potom sporo hladi. Svrhe su popuštanja smanjenje [[tvrdoća|tvrdoće]] i krhkosti, promjena [[mikrostruktura|mikrostrukture]], omekšavanje metala kako bi se lakše deformirao materijal ili odvajala strugotina, rekristalizacija na hladno obrađenog materijala i otpuštanje zaostalih naprezanja.

Vrste su popuštanja:
* potpuno popuštanje: grijanje materijala na bazi željeza do područja austenita, te sporo hlađenje (u peći) radi formiranja krupnozrnog perlita;
* normalizacija: kao i potpuno popuštanje, uz nešto brže hlađenje (na zraku) radi formiranja sitnozrnog austenita (veća [[čvrstoća]] i tvrdoća);
* procesno popuštanje: popuštanje radi omogućavanja dodatne deformacije;
* popuštanje: kao i procesno popuštanje, bez dodatnog deformiranja;
* oporavno popuštanje: zadržavanje glavnine tvrdoća uz povećanje žilavosti;
* popuštanje za uklanjanje naprezanja: uklanjanje zaostalih naprezanja.

===Poboljšanje===
Poboljšanje je složena toplinska obrada koja se sastoji od kaljenja i popuštanja na povišenim temperaturama.

===Normalizacija===
Normalizacija je toplinska obrada koja se sastoji od austenizacije i ohlađivanja na zraku. Temperatura normalizacije za podeutektoidne čelike računa se iskustveno: [Ac3 + (30 – 50) [[Kelvin|K]]], a za nadeutektoidne čelike: [Acm + (30 – 50) K], ali se kod nadeutektoidnih čelika vrlo rijetko primjenjuje. Trajanje je držanja na temperaturi normalizacije vrlo kratko, tek toliko da se postigne tzv. homogeni [[austenit]] (5 do 10 minuta). Za kvalitetnu normalizaciju treba čelične dijelove jednolično zagrijati po čitavom [[obujam|obujmu]], te ih takoder jednolično ohladiti na mirnom ili zraku koji se jednolično giba, da bi se čelični dio po cijelom obujmu jednako ohladio do temperature znatno ispod temperature A1 (Ar1). Normalizacija također znači da čelik ima normalnu, tj. perlitnu mikrostrukturu (udio [[perlit]]a ovisi o kemijskom sastavu čelika). <ref> "Strojarski priručnik", Bojan Kraut, Tehnička knjiga Zagreb 2009.</ref>

===Otvrdnjavanje površine čelika===
{{Glavni|Otvrdnjavanje površine čelika}}

Površine proizvoda izrađenih od željeznih [[legura]], posebice čelika, otvrdnjavaju se iz više razloga: <ref> "Specijalni čelici", skripta - Sveučilište u Zagrebu, www.simet.unizg.hr, 2011.</ref>
* povišenja [[tvrdoća|tvrdoće]] i time povećanja otpornosti prema trošenju;
* smanjenja [[Trenje|trenja]] u dodiru s drugim materijalima;
* povećanja trajne [[dinamika|dinamičke]] i konstrukcijske [[čvrstoća|čvrstoće]] (dinamička izdržljivost).
Kod primjene nekih od postupaka površinskog otvrdnjavanja očekivane promjene svojstava prate i drugi učinci, npr. poboljšanje otpornosti prema [[korozija|koroziji]]. Površine čelika ili željeznih slitina otvrdnjavaju se primjenom sljedećih postupaka:
* termokemijska obrada: [[Cementiranje čelika|cementacija]], [[Nitriranje (metalurgija)|nitriranje]], karbonitriranje, boriranje;
* površinskim ili lokalnim kaljenjem;
* hladnim deformacijskim otvrdnjavanjem;
* tvrdim prevlakama i promjenom površine.
Termokemijske obrade obuhvaćaju promjene kemijskog sastava površine legura, tako da se ona obogati jednim ili s više [[Kemijski element|kemijskih elemenata]] i postupaka toplinske obrade. Kod nekih postupaka prvo se provodi obogaćivanje površine jednim ili s više elemenata, nakon čega slijedi toplinska obrada, a kod drugih je prvo toplinska obrada. Većina se tih obradi označuje i prema vrsti sredstva koje je izvor elemenata za obogaćivanje površine, npr. nitriranje u plinu ([[amonijak]]) ili nitriranje u [[Plazma (fizika)|plazmi]].

===Precipitacijsko očvršćivanje===
{{Glavni|Precipitacijsko očvršćivanje}}

'''Precipitacijsko očvršćivanje''', '''dozrijevanje''' ili '''starenje metala''' je vrsta toplinske obrade metala gdje je ostvaruje izdvajanje fino disperzirane faze u osnovnoj strukturi [[metal]]a, a obično je prilog očvršćivanju nastajanjem [[kristal]]a mješanaca ili [[legura|legiranjem]]. Doprinos precipitacijskog očvršćivanja proizlazi, prije svega, iz prezasićene krute faze osnovne strukture. Pored toga, prisutnost čestica sekundarne faze u matrici osnovne strukture metala uzrokuje lokalizirana unutarnja naprezanja koja mijenjaju svojstva metalne osnove. Za razumijevanje očvršćivanja putem precipitata mnogi se čimbenici trebaju uzeti u obzir. Oni uključuju veličinu, oblik, broj i raspodjelu čestica sekundarne faze, [[čvrstoća|čvrstoću]], [[duktilnost]] i ponašanje pri deformacijskom očvršćivanju matrice i sekundarne faze, kristalografsku podudarnost između faza i graničnu energiju, te povezivanje među fazama. Općenito, precipitati sekundarne faze otežavaju gibanje [[dislokacija]]. Čvrstoća i [[tvrdoća]] povećavaju se s vremenom i veličinom čestica starenja, no, moguće je i da se nakon određenog vremena starenja čvrstoća i tvrdoća počinju smanjivati. Precipitacijsko očvršćivanje se uglavnom koristi za legure [[aluminij]]a, [[magnezij]]a, [[nikal|nikla]], [[titanij]]a i za neke vrste [[nehrđajući čelik|nehrđajućeg čelika]].

==Izvori==
{{izvori}}

[[Kategorija:Metalurgija]]
[[Kategorija:Materijali]]

[[ru:Термическая обработка]]

Toplinska obrada - Povijest promjena

WikiSysop: Bot: Automatski unos stranica