45
MATERIJALI II Prof.dr.sc. Franjo Cajner Prof.dr.sc. Krešimir Grilec Prof.dr.sc. Gojko Marić Doc.dr.sc. Tatjana Haramina FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE SVEUČILIŠTE U ZAGREBU Zavod za materijale

Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

  • Upload
    others

  • View
    27

  • Download
    1

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

MATERIJALI II

Prof.dr.sc. Franjo Cajner

Prof.dr.sc. Krešimir Grilec

Prof.dr.sc. Gojko Marić

Doc.dr.sc. Tatjana Haramina

FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

Zavod za materijale

Page 2: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

OSNOVNE SKUPINE MATERIJALA

PE, PP, PCPA (Nylon)

Plastomeri, duromeri,elastomeri

PolimerneMetalne

PjeneKeramičkeStaklene

Drvo

Prirodni materijali

Prirodna vlaknaKoža, kamen

KompozitiMetalni

PolimerniKeramički

Al2O3Zro2SiC

Keramika,staklo

ČeliciLijevovi

Al-legure

MetaliCu-legureNi-legureTi-legureMg legure

Page 3: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

Proizvodnja sirovog željeza

vapnenica VAPNO (CaO)

CO2

KOKSARA KOKS (>95% C)

KOKSNI PLIN

Sirovine: RUDAČA, TALJIVO, KOKS

AGLOMERACIJASINTERIRANJE

ŽELJEZNE RUDE

Posebni ugljeni

VAPNENAC

CaCO3

Tekuće

Lijevani blokovi

Sirovo željezo

Daljnja prerada

150 °C

650 °C

1400 °C

1980 °C1700 °C

Page 4: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

SIVO(Ljevaoničko)

10 %Povišen Si

(grafitizator) (2...3%)Snižen Mn (cementator)

Stabilna kristalizacija!(C) → grafit

Lističasti grafit Sivi lijev

Kuglasti grafitNodularni

lijev

Vermikularni (crvičasti)

grafit

Vermikularni

lijev

Postolja i

kučišta

strojeva

G

-prigušuje

vibracije

- podmazuje

- OT

Oksidacijska

atmosfera

Karbid (K):

Fe3C

(Fe,Mn)3C

Cr7C3

Bijeli tvrdi

lijev

Dijelovi građ. strojeva za drobljenje, valjanje

-ručni alat

- cijevne

spojnice

- lanac

Bijeli temper

lijev

Neutralna

atmosfera

Crni temper

lijev

- bubnjevi

kočnica

- vilice

(mali-kompl.

oblika)

Pročišćavanje 2-4 %C → 0,1–1,5 %+( Mn, Si) Nečistoće: P, S, As, Sn Plinovi: O, H, N

Legiranje(ferolegure: Fe-Me)

Mn, Cr, Ni, Mo, W, V, Co,...

Dezoksidacija CaSi: Al → Cao, SiO2, Al2O3 u troskuProizvodnja

čelika i čeličnih

lijevova

Decementacijsko

žarenje:

Fe3C → 3Fe + C

BIJELO(Čeličansko)

90 %

Povišen Mn(cementator)

Snižen Si < 2 % (grafitizator)

Metastabilna kristalizacija!

(C) →→→→ Fe3C

SIROVO ŽELJEZO

>>>> 90 %Fe2 – 4 %C

Prateći

elementi:

Si, Mn, ..

Nečistoće:

P, S …

Page 5: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

Lim

Otkovci

Slobodno kovani otkovci, kovane

šipke

Šipkasti čelik, profilirani čelik,

valjana žica

Hladno valjane trake

Šipkasti čelik, poluprozvod

BlokoviČelični lijev

PROIZVODNJA I PRERADA PLEMENITIH ČELIKA

Sirovo željezo, čelični otpad, legure, sirovine

TALJENJE, PROČIŠĆAVANJE, LEGIRANJE

ŽARENJE

VALJANJE

PREŠANJE

KOVANJEŠipkasti čelik i žica (vučeno,

brušeno, ljušteno polirano)

VUČENJE

HLADNOVALJANJE

VALJANJE

OTPLINJAVANJE

PRETALJIVANJE

LIJEVANJE

OOČ

T.O.

Page 6: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja
Page 7: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

Materijali IIOsnove toplinske obrade

Prof. dr. sc. Franjo Cajner

Katedra za toplinsku obradu i inženjerstvo površina

Zavod za materijale

Page 8: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

TOPLINSKA OBRADA

• Toplinska obrada je postupak u kojem se predmet namjerno podvrgava

temperaturno-vremenskim ciklusima kako bi se postigla željena

mikrostruktura, a time i željena (mehanička, fizička, kemijska) svojstva.

8

Tem

pera

tura

, oC

Vrijeme, h

ϑTO

Dijagramski prikaz postupka toplinske obrade

Page 9: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika.

Postupak kaljenja se sastoji od:� ugrijavanja na temperaturu austenitizacije (ϑa) i progrijavanja� držanja pri temperaturi austenitizacije� gašenja

9

A1

A3

ugrijavanje

30÷70 °C

progrijavanje

držanje gašenje

Tem

pera

tura

, oC

Vrijeme, h

površinajezgra

Dijagram postupka kaljenja nekog podeuektoidnog

čelika

uvjeti zakaljivanja čelika:

1. pretvorba F→ A → F

2. dovoljno %C u čeliku

3. ugrijati u A - područje (podeutektoidni:ϑa=A3+(30÷70)°C)(nadeutektoidni:ϑa=A1+(50÷70)°C)

4. natkritično gasiti voh≥vkg

KALJENJE ČELIKA

ϑa

a

c

a

ca

> 1

Page 10: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

10

2,030,8 Udio ugljika, % C20

723

911

Te

mp

era

tura

, oC

F + P

F + A

P + K

A + K

A

Mf

A3AcmA1

thl ≈ ∞vhl ≈ 0

MsMf

thl ≈ 0vhl ≈ ∞

nadkritičnogašenje

FeC DIJAGRAM

A3

Acm

A1

Ms

Uptonov dijagram

Ap+M Ap+M+K

Page 11: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

11

911

ϑ, oC

F + A

P + K

A + K

A

Ms

Mf

202,030,8 % C

F + P

723

Acm

A1

Ms

Mf

A3

M (100%)

početak stvaranja M

završetak stvaranja M

početak stvaranja F

početak stvaranja P

početak stvaranja B

završetakpretvorbi

A3

Ms

Mf

A1

ϑ, oC

t, s, lg

ϑa

20

čelik X

Ap+M Ap+M+K

Ap

F

P

B

M

A

natkritičnogašenje

TTT dijagram – podeutektoidni čelikTTT dijagram za kontinuirano hlađenje (čelik X% ugljika)

(voda)

Page 12: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

Acm

Ms

Mf

A1

ϑ, oC

t, s, lg

ϑa

20

A

Ap + K

K

P

A + K

12

ϑ, oC

F + A

P + K

A + K

A

Ms

Mf

2,030,8 % C

F + P

Acm

A1

A3

čelik Y

M + Ap + K

početak izlučivanja K

početak stvaranja P

završetakstvaranja P

prekidstvaranja P

911

723

20

Ap+M Ap+M+K

→ M + K

Hlađenje kaljenog čelika ispod sobne temperature zbog postignuća 100 %M naziva se DUBOKO HLAĐENJE.

Duboko hlađenje

TTT dijagram – nadeutektoidni čelik

na 20°C : M + Az + Kispod Mf: M + K

natkritičnogašenje

TTT dijagram za kontinuirano hlađenje (čelik Y% ugljika)

(voda)

Page 13: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

13

911

P + K

A + K

A

Ms

Mf

202,03% C

F + P

Acm

A1

Ms

Mf

A3

0,8

čelik Z

Ms

Mf

A1

ϑ, oC

ϑa

20t, s, lg

723

F + A

P

Ap

A

ϑ, oC

→ M

TTT dijagram – eutektoidni čelik

završetakstvaranja P

prekidstvaranja P

početak stvaranja P

natkritičnogašenje

TTT dijagram za kontinuirano hlađenje (čelik Z% ugljika)

Ap+M Ap+M+KM + Ap

na 20°C : M + Az

ispod Mf: M

(voda)

Duboko hlađenje

Page 14: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

14BURNSOV DIJAGRAM

Burnsov dijagram

Udio ugljika, % C

HRC

30

40

50

60

70

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

Tvr

doća

67

0,7

Page 15: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

% C

ϑ,°C

A1

A3

Acm

15

Svrha legiranja:

�poboljšanje eksploatacijskih svojstava: granica tečenja (Re), udarni rad loma, dinamičkaizdržljivost (Rd), otpornost na trošenje, kemijska postojanost...

�poboljšanje proizvodnih svojstava: obradivost odvajanjem čestica, zavarljivost, kovkost, kaljivost,…

% C

ϑ,°C

A1

A3

Acm

γ-Me legirajući elementi (Mn,Ni,Co,Cu)

% C

ϑ,°C

A1

A3Acm

+ Me (Si, Mn, Cr, Ni, W, Mo, V,Ti, Cu, Al,…)

Djelovanje legirajućih elemenata na Fe-Fe3C dijagram:

Fe-C

α-Me legirajući elementi (Si,Cr,W,Mo,V,Ti,..)

LEGIRANJE ČELIKA

2,030,80,8 2,03 0,8 2,03

911

723

911

723 723

911

Page 16: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

Acm

% C

ϑ,°C

A1

A3

723

911

0,8 2,03

0% Mn

16

0,65 1,7

2% Mn

700

čelik: 0,5% C2% Mn = konst.97,5% Fe

PSEUDOBINARNI DIJAGRAM

2% Mn = konst.

Fe-C - Me = konst.

0,5

Page 17: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

17

� oblici pojavljivanja legirajućih elemenata:

a) supstituiran u F, A, M rešetkua) supstituiran u F, A, M rešetku

Fe

Me

A

F

B

P

M

t, s, lg

ϑ, oC

A1

A3

TTT - diagram

A

F

B

P

M

ϑa

tmin

tmin

1. otežava gibanje dislokacija (Rm ↑, Re ↑, A ↓, Z ↓, K ↓)

2. otežava difuziju ugljika iz A

LEGIRAJUĆI ELEMENTI

Ms

Mf

Ms

Mf

Page 18: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

18

� oblici pojavljivanja legirajućih elemenata:

b) u karbidu Me + C

Karbidi su kemijski spojevi metala s ugljikom.

- karbidotvorci: Ti, V, Mo, W, Cr, Mn,…- nekarbidotvorci: Ni, Co, Cu,…

Fe3C (cementit) ≈ 1000 HV

(Fe,Me)3C (legirani cementit) FexMeyC (dvostruki karbid) MexCy - specijalni karbidi:

• Cr7C3 ≈ 1600 HV• V4C3 ≈ 2500 HV

• TiC ≈ 3600 HV

svojstva karbida:

- visoka tvrdoća

- krhkost

- otpornost na trošenje

LEGIRAJUĆI ELEMENTI

K

F

Page 19: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

19

� oblici pojavljivanja legirajućih elemenata:

c) u intermetalnom spoju FexMey

LEGIRAJUĆI ELEMENTI

CuSnNi3Al

Page 20: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

• KALJIVOST – svojstvo čelika da se gašenjem s temperature austanitizacije:

20

�zakali – postigne što višu tvrdoću na površini

�prokali – postigne što jednoličniju tvrdoću na poprečnom presjeku

ZAKALJIVOST ČELIKA- ovisi o udjelu ugljika u čeliku ( f (% C) )

Burnsov dijagram

KALJIVOST ČELIKA

Udio ugljika, % C

HRC

30

40

50

60

70

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

Tvr

doća

61

65

Page 21: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

F

P

B

M

• PROKALJIVOST -

21

20

F

P

B

M

A

A3

Ms

Mf

A1

ϑ, oC

t, s, lg

ϑa

Ms

Mf

na prokaljivost čelika utječe:- vrsta čelika (kemijski sastav)

- dimenzija obratka

- intenzivnost gašenja

Ø50jezgrapovršina

HV

čelik X: X %C čelik Y: X% CY% Me

čelik X: X %C

čelik Y: X% CY% Me

Ø10 jezgrapovršina

HV

Ø10 jezgrapovršina

HV

Ø50jezgrapovršina

HV

A3

A1

timintimin

p p j j

prokaljeno

neprokaljenoprokaljeno

prokaljeno

PROKALJIVOST ČELIKA

Page 22: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

22PROKALJIVOST ČELIKA

vhl

udal

jeno

st o

d ga

šeno

g če

la, m

m

HRC

udal

jeno

st o

d ga

šeno

g če

la, m

m

Shema uređaja za ohlađivanje ispitnog uzorka po Jominyju

Page 23: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

220oC < ϑp < 400oC

400 oC < ϑp < A1

23POPUŠTANJE ČELIKA

- postupak ugrijavanja kaljenog čelika na neku temperaturu ispod A1 u svrhu:

� povišenja žilavosti martenzita postignutog kaljenjem

� sniženja (redukcije) zaostalih naprezanja martenzita

� postizanje dimenzijske postojanosti

A1

A3

Tem

pera

tura

, oC

Vrijeme, h

ϑa, ta

KALJENJE POPUŠTANJE

nisko(temperaturno) popuštanje

srednje(temperaturno) popuštanje

visoko(temperaturno) popuštanje

F + P M Mp+Kp

20°C < ϑp < 220oC

gašenje

tvrdoća?

Page 24: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

24POPUŠTANJE ČELIKA

400 oC < ϑp < A1

A1

A3

Tem

pera

tura

, oC

Vrijeme, h

ϑa, ta

KALJENJE POPUŠTANJE

nisko(temperaturno) popuštanje

srednje(temperaturno) popuštanje

visoko(temperaturno) popuštanje

F + P M Mp + Kp

220oC< ϑp < 400oC

20°C < ϑp < 220oC

Mikrostrukturne promjene:

↓ zaostala naprezanja

↓ tvrdoća

ca

> 1 – stupanj tetragonalnosti

podeutektoidni (< 0,6 %C): M → Mp + Kp

(0,6 - 0,8) %C: M + Az → Mp + Kp + (Az)

nadeutektoidni (>0,8%C): M + Az + K” → Mp + Kp + K” (Az)

a

c

a

ca ↓

↑ žilavost

rezultat popuštanja: � ↓ %C u M ≤ 0,25

� stvaranje Kp

� Az → M” (B)

Page 25: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

25POPUŠTANJE ČELIKA

HRC

Tvr

doća

Temperatura popuštanja, °C

legirani čelik

nelegirani ugljični čelik

visokolegirani (čelici za topli rad, brzorezni č.)

Dijagram popuštanja:

550

otpornost popuštanju

Sekundarno otvrdnućeAz → M” + Kp

ϑp, °C

HRC2

HRC1

HRC3

ϑp

Page 26: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

26POBOLJŠAVANJE ČELIKA

- postupak koji se sastoji od:

� kaljenja

� visoko(temperaturnog) popuštanja (400 oC < ϑp < A1)

u cilju postizanja: visoke granice tečenja i visoke žilavosti.

- čelici sa 0,3 – 0,6 %C, niskolegirani čelici, nelegirani čelici- prokaljenje!!!

A1

A3

Vrijeme, h

ϑa, ta

400 oC < ϑp < A1

KALJENJEVISOKO

(TEMPERATURNO) POPUŠTANJE

F + P M Mp + Kp

Tem

pera

tura

, oC

gašenje

površinajezgra

Page 27: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

27POBOLJŠAVANJE ČELIKA

ε, %

σ, N/mm2

Istezanje

Nap

reza

nje

poboljšano stanje

polazno stanje

kaljeno stanje

F

F

Page 28: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

28POBOLJŠAVANJE ČELIKA

400 A1ϑp,°C

� vlačna čvrstoća (Rm)� granica razvlačenja (Rp0,2)� tvrdoća HV↓

� istezljivost (A)� udarni rad loma (K)� kontrakcija (Z)↑

Dijagram popuštanja (poboljšavanja)Dijagram promjene svojstava ovisno o temperaturi popuštanja (poboljšavanja)

vlačna čvrstoća (Rm), N/mm2

granica razvlačenja (Rp0,2), N/mm2

tvrdoća, HV

istezljivost (A), %

udarni rad loma (K), J

kontrakcija (Z), %

Rm

Rp0,2

HV

A

K

Z

↑ temperature popuštanja (poboljšavanja) ϑϑϑϑp

HV= Rm310

Page 29: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

29

A3

Ms

Mf

A1

ϑ, oC

t, s, lg

ϑa

20

F

P

B

M

A

IZOTERMIČKI TTT DIJAGRAM

bain

itni

stup

anj

perli

tni

stup

anj

F+P M B F+P

IZOTERMIČKO ŽARENJE

IZOTERMIČKO POBOLJŠAVANJE (AUSTEMPERING)

GAŠENJE U TOPLOJ KUPKI (MARTEMPERING)

123

1

2

3

Kontinuirani Izotermički - način hlađenja iz A-područja

Ms < ϑϑϑϑ iz < A1

Vrijeme

Tem

eper

atur

a

Ms

20

0

A1

°Cϑa

a)

Vrijeme

Tem

eper

atur

a

Ms

20

0

A1

°C

ϑa

ϑiz

b)

ohlađivanje u toploj kupki

izotermičko držanje

proizvoljnoohlađivanje

tiz

ti min

ϑi min

Page 30: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

30PRECIPITACIJSKO OČVRŠĆAVANJE

ϑ, oC

20 oC

α + T

T

α + β

α

A AxByz% B rmax %B

ϑ, oC

homogenizacija

dozrijevanje

α (rs %B)

β (AxBy)

α (Z% B)

α (z% B) prezasićen s B

α β (AxBy) sitni preci. β faze

uvjeti precipitacijskog očvršćavanja:

� otopivost (rastvorljivost) B u čvrstoj otopini osnovnog kristala mješanaca ↑ ϑ

� Me tvori intermetalni spoj AxBy

� heterogena legura na sobnoj temperaturi

0 oC

Vrijeme, hrs

gašenje

prirodno

umjetno

�Al legure: AlCu, AlSiMg

�Cu legure: CuBe,

�Ni, Co, legure za ↑ temp.

�Visokoleg. visokočvrsti čelici

(očvršćavanje izlučivanjem)

Page 31: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

31POSTUPCI ŽARENJA

t, h

ϑ,°C

sporo

ϑž , tž

površinajezgra

Dijagram postupka žarenja

Page 32: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

32POSTUPCI ŽARENJA

Tem

pera

tura

, oC

Udio ugljika, % C

A3

Acm

A1

Žarenja II. vrste

Žarenja I. vrste

650

400

Page 33: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

33POSTUPCI ŽARENJA

Žarenje za redukciju zaostalih naprezanjaT

empe

ratu

ra, o

C

Udio ugljika, % C

A3

Acm

A1650

400

� cilj je smanjenje zaostalih naprezanja nastalih pri:

• deformiranju

• obradi odvajanjem čestica (OOČ)

• prebrzom ohlađivanju nakon žarenja, zavarivanja...

� nema bitnih promjena mehaničkih svojstava

� nema mikrostrukturnih promjena

Za čelike: 400..650 °C/2 i više h / hlađenje vrlo sporo.

Page 34: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

R. Ž.

(ϑ, t) = f (materijala, φ)

34POSTUPCI ŽARENJA

Tem

pera

tura

, oC

Udio ugljika, % C

A3

Acm

A1

Rekristalizacijsko žarenje

650

400

500

� nakon hladnog oblikovanja (valjanja,...) tijekom kojeg se promijenila tekstura materijala i nastupilo očvršćenje

poligonalna kristalna zrna

hladnom deformacijomočvrsnuto

� čelik (500 – 650 °C)

� Cu i Cu-legure

� Al i Al-legure

�Ti i Ti-legure

� vraća duktilnost, deformabilnost

hladno oblikovanje

Page 35: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

Sferoidizacijsko (meko) žarenje

35POSTUPCI ŽARENJA

Tem

pera

tura

, oC

Udio ugljika, % C

A3

Acm

A1650

400

500

� postupak koji se sastoji od:

� ugrijavanja oko A1

� duljeg držanja na ϑsž

� vrlo sporog ohlađivanja

� svrha:

� prevođenje lamelarnih (eutektoidnih) i mrežastih

(sekundarnih) karbida u kuglasti oblik

t, h

ϑ,°C

vrlo sporo hlađenje

ϑsž površinajezgra

↓ tvrdoća

↑ obradljivost (ooč, deformabilnost, ...)

K

F

K

F

A1

Page 36: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

36POSTUPCI ŽARENJA

Tem

pera

tura

, oC

Udio ugljika, % C

A3

Acm

A1

Normalizacijsko žarenje

650

400

500

� postupak ugrijavanja:

� podeutektoidnih čelika ϑn = A3 + (30....70) °C

� nadeutektoidnih čelika ϑn = A1 + (50....70) °C

� ili za otapanje karbidne mreže ϑn = Acm + (10....20) °C

� te potkritičnog ohlađivanja (vhl < vkd - na zraku) u svrhu postignuća

sitnozrnate i jednolične mikrostrukture

A3

Ms

Mf

A1

ϑn

F

P

B

M

A

ϑ, oC

t, s, lg

F

P

sitnozrnata jednolična mikrostruktura(↑ žilavost)

� lijevanje

� valjanje

� zavarivanje

� kovanje

� toplinska

obrada

podkritično ohlađivanjevhl < vkd

F

P

grubo kristalno zrno(↓ žilavost)

F + P F + P

Page 37: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

Sferodizacijsko žarenje

37POSTUPCI ŽARENJA

Tem

pera

tura

, oC

Udio ugljika, % C

A3

Acm

A1

Žarenje za redukciju zaostalih naprezanja

Rekristalizacijsko žarenje

Normalizacijsko žarenje

Homogenizacijsko žarenje

Žarenje na grubo zrno

650

400

500

Page 38: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

38

Page 39: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

39POSTUPCI MODIFICIRANJA I PREVLAČENJA

zakaljeni sloj (OT)

nekaljena jezgra

Izvori topline (velika gustoća energije):

� plinski plamenici

� inducirana električna energija

� laserski snop

� elektronski snop

POVRŠINSKO KALJENJE

Page 40: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

40POSTUPCI MODIFICIRANJA I PREVLAČENJA

TOPLINSKO KEMIJSKI POSTUPCI

Austenitno područje Feritno područje

� cementiranje

� boriranje

� nitriranje

� nitrokarburiranje

DIFUZIJA

Page 41: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

41

Austenitno područje

• termokemijske obrade pougljičavanja (obogaćivanje površ. slojeva s C)

• kaljenja• nisko(temperaturnog) popuštanja

cemetiranje

� niskougljični čelici (do 0,25 %C)

Udaljenost od površine, mm

% C

C – potencijalCpovrš ≈ 0,8 900-950 °C/2, 4,...h)

Cj

t1t2

t3

t3 > t2 > t1

POSTUPCI MODIFICIRANJA I PREVLAČENJA

� cilj cementiranja:

� tvrdi površinski slojevi otporni na trošenje

� žilava jezgra otporna na udarna opterećenja

Udaljenost od rubaT

vrdoća

mm

HV1

površina

jezgra

pougljičavanje - sredstva:• kruta• tekuća• plinovita• plazmatična

cementirano:

A1

A3 jezgre

Vrijeme, h

ϑp ≈ 200 oC

Kaljenje

Nisko(temperaturno)popuštanje

Tem

pera

tura

, oC

gašenje

površina

jezgra

Pougljičavanje

sporo hlađenje

VISOKA OTPORNOSTNA UMOR POVRŠINE!!

� zupčanici

� bregaste osovine

Page 42: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

42

Feritno područje

POSTUPCI MODIFICIRANJA I PREVLAČENJA

nitriranje - obogaćivanje površinskih slojeva dušikom → nitridi (FeN)� solne kupke� plinske atmosfere� ionizirane plinske atmosfere s reguliranim potencijalom dušika (N)

zona spojeva difuzijska zona jezgra(nitridi) [N] u F

100

200

300

Tvr

doća

HV 0,5

Udaljenost od ruba

mm1,0 1,5

Tvrdoća jezgre

0,5

Visoka otpornostna adhezijsko trošenje !

Parametri:

ϑn ispod A1 (400...600 °C)tn = do nekoliko h

- klipnjača

- pogontahometra

- pužni vijak

- ukovanj

- zupčanici uljne pumpe

Page 43: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

43POSTUPCI MODIFICIRANJA I PREVLAČENJATOPLINSKA PREVLAČENJA U PARNOJ FAZI

Osnova(P30)

TiCN

Al2O3

TiN

CVD (Chemical Vapour Deposition) postupci

~ 1000 °C

PVD (Physical Vapour Deposition) postupci

200...500 °C

Vrste spojeva (slojeva): Podloga:

- Čelici

- Keramika

- TM

Neoksidna keramika:

- karbidi: TiC, B4C, SiC,...

- nitridi: TiN (∼2300 HV), TiAlN (∼3300 HV),CrN (∼ 1800 HV),

- karbonitridi: TiCN (∼ 3000 HV), TiAlCN,...

Oksidna keramika: - oksidi: Al2O3, TiO2, ZrO2, ...

Dijamant i dijam. slični spoj. - DLC (Diamond like Carbon)

Svojstva: visoka HV, visoka OT (abraziju, adheziju, tribokoroziju), OK, izgled; δ= 1,2 ... µm

Vrste prevlaka: jednoslojne, višeslojne,...

Osnova(čelik)

Page 44: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

44

Primjena:

TiN

TiAlN

CrNW-C:H

TiN

POSTUPCI MODIFICIRANJA I PREVLAČENJA

TOPLINSKO POSTUPCI PREVLAČENJA U PARNOJ FAZI

Page 45: Prezentacija Mat II TO tekst - fsb.unizg.hr · KALJENJE je postupak toplinske obrade koji se sastoji od naglog ohlađivanja (gašenja) austenitiziranog čelika. Postupak kaljenja

45

Puno uspjeha na kolokviju!!!

Primjer pitanja za kolokvij:

- Od kojih sirovina i u kojem postrojenju se proizvodi sirovo željezo?- Skicirajte TTT dijagram podeutektoidnog čelika, ucrtajte tijek postupkanormalizacijskog žarenja i opišite promjene mikrostrukture i svojstava.

- Opišite uvjete pretvorbe u martenzit i navedite o čemu ovisi postignuta tvrdoća.- Opišite promjene mikrostrukture i mehaničkih svojstava pri popuštanju kaljenog čelika.- Opišite mikrostrukturu i svojstva nitriranih čelika.- Što je prokaljivost čelika i o čemu ovisi?

Kolokvij (3 pitanja): 29. i 30. 03. 2011.