Upute za laboratorijske vježbe

Vježba br. 13 – Metalografija toplinski obrañenih čelika 1

Vježba 13

METALOGRAFIJA TOPLINSKI OBRAðENIH

ČELIKA

Ovdje će se pokazati dva primjera kod kojih je izgled mikrostrukture posljedica odreñene

toplinske obrade. U prvom primjeru pokazati će se mikrostruktura čelika u pojedenim

stadijima toplinske obrade cementiranja, dok će se u drugom primjeru pokazati

mikrostruktura jednog čelika za poboljšavanje u odreñenim fazama toplinske obrade.

U prvom primjeru radi se o čeliku C15 (Č 1220) koji sadrži ~0,13%C, dok se u drugom

primjeru radi o čeliku Č 1430 koji sadrži ~ 0,37%C.

Primjer 1

Slika 13.1. Pogljičeni uzorak; povećanje 6x

Slika 13.1. prikazuje pougljičeni uzorak koji je 5 h bio izložen u krutom sredstvu za

cementiranje na temperaturi od 900°C. Nakon 5 h uzorak je lagano hlañen do temperature

okoliša. Kao posljedica takve obrade rub uzorka postao je bogatiji ugljikom i sada ima

koncentraciju ~ 0,9%C. Fotografija na slici 13.1. dobivena je uz koso osvjetljenje i povećanje

od 6 puta. Koso osvjetljenje je razlog što se rub uzorka, koji je bogatiji ugljikom, vidi kao

svjetlije područje.

Slika 13.2. Rub pougljičenog uzorka; povećanje 40x

Materijali 2

Vježba br. 13 – Metalografija toplinski obrañenih čelika 2

Na slici 13.2. prikazan je pougljičeni rub uzorka koji je 5 h bio izložen u prašku za

cementiranje na 900°C. Fotografija na slici 13.2. dobivena je uz vertikalno osvjetljenje i

povećanje od 40 puta. U rubnom naugljičenom području vidi se perlitna faza. Udaljavanjem

od ruba opada količina ugljika i povećava se količina primarnog ferita u mikrostrukturi.

Slika 13.3. Jezgra pougljičenog uzorka; povećanje 250x

Na slici 13.3. prikazana je jezgra pougljičenog uzorka koji je 5 h bio izložen u prašku za

cementiranje na 900°C. Na slici 13.3. se vide gruba feritna i perlitna zrna što je posljedica

dugotrajnog držanja uzorka na temperaturi od 900°C. Ovakvi grubi kristali su nepoželjni sa

stanovišta mehaničkih svojstava te ih treba usitniti normalizacijskim žarenjem.

Slika 13.4. Jezgra pougljičenog uzorka nakon normalizacije; povećanje 250x

Slika 13.4. pokazuje stanje mikrostrukture u jezgri uzorka nakon što je provedeno

normalizacijsko žarenje. Uzorak je normaliziran na način da je zagrijan na 900°C, što je

pravilna temperatura normalizacije za jezgru, a zatim lagano hlañen na zraku. Na slici se vide

sitna feritna i perlitna zrna. Fotografija je nastala pri povećanju od 250 puta, što je isto

povećanje kao i kod slike 13.3. To omogućuje usporedbu veličine zrna u jezgri nakon

pougljičavanja i nakon izvedene normalizacije.

Upute za laboratorijske vježbe

Vježba br. 13 – Metalografija toplinski obrañenih čelika 3

Slika 13.5. Površina pougljičenog uzorka nakon normalizacije; povećanje 250x

Slika 13.5. prikazuje mikrostrukturu površine uzorka nakon što je izvedeno normalizacijsko

žarenje. Vidi se da je normalizacija izazvala okrupnjenje feritnih i perlitinih zrna u

površinskom sloju jer je 900°C prevelika temperatura normalizacije za površinski sloj koji

sadrži ~0,9%C.

Slika 13.6. Jezgra nakon ponovnog zagrijavanja uzorka na 900°C, njegovog hlañenja na

zraku do 780°C, te kaljenja u vodi ; povećanje 250x

Na slici 13.6. vidi se mikrostruktura u jezgri uzorka koja je nastala ponovnim zagrijavanjem

uzorka na 900°C, njegovim hlañenjem na zraku do 780°C, nakon čega je slijedilo kaljenje u

vodi. Sa slike 13.6. vidljivo je da se u mikrostrukturi nalaze zrna ferita i martenzita. Primarni

ferit koji se izlučio u temperaturnom intervalu od 900 do 780°C ostao je, usprkos brzom

hlañenju, nepromijenjen do temperature okoliša. Od austenita je brzim hlañenjem nastao

martenzit.

Materijali 2

Vježba br. 13 – Metalografija toplinski obrañenih čelika 4

Slika 13.7. Površina nakon ponovnog zagrijavanja uzorka na 900°C, njegovog hlañenja na

zraku do 780°C, te kaljenja u vodi ; povećanje 250x

Slika 13.7. prikazuje mikrostrukturu površine uzorka koji je toplinski obrañen kao uzorak na

slici 13.6. vidi se da je na površini nastao fini martnezit jer 780°C predstavlja pravilnu

temperaturu austenitizacije za kaljenje površine koja je obogaćena ugljikom i koja sadrži

~0,9%C. Udaljavanjem od ruba opada količina ugljika pa se u mikrostrukturi pojavljuje i

primarni frit.

Primjer 2

Slika 13.8. Mikrostruktura čelika za poboljšavanje Č 1430 koji je prošao kroz proces

toplog valjanja; povećanje 250x

Slika 13.8. prikazuje mikrostrukturu čelika za poboljšavanje Č 1430 koji sadrži ~0,37%C, a

koji je prošao proces toplog valjanja. U mikrostrukturi se vide feritni i perlitni kristaliti koji su

blago usmjereni u smjeru valjanja.

Upute za laboratorijske vježbe

Vježba br. 13 – Metalografija toplinski obrañenih čelika 5

Slika 13.9. Mikrostruktura čelika za poboljšavanje Č 1430 koji je pregrijan na 1250°C

i ohlañen na zraku; povećanje 250x

Na slici 13.9. prikazana je mikrostruktura čelika Č 1430 koji je toplinski obrañen na način da

je bio zagrijan na visoku temperaturu od 1250°C, a zatim lagano hlañen na zraku. U

mikrostrukturi se vide igličasta feritna zrna koja probadaju perlita zrna. Ovakva

mikrostruktura poznata je pod imenom Widmannstättenova struktura i potrebno je izbjegavati

njeno stvaranje jer daje loša mehanička svojstva, prvenstveno žilavost.

Slika 13.10. Mikrostruktura čelika za poboljšavanje Č 1430 koji je zagrijan na 850°C

i zakaljen u vodi; povećanje 250x

Slika 13.10. prikazuje mikrostrukturu u čeliku Č 1430 koji je zagrijan na temperaturu

austenitizacije od 850°C i zakaljen u vodi. Vide se martenzitna zrna, zrna nepretvorenog ferita

i mala količina zrna bainita.

ZADATAK

Potrebno je skicirati hodograf toplinske obrade cementiranja koja je objašnjena u primjeru 1,

te skicirati hodograf toplinske obrade klasičnog poboljšavanja. Objasniti faze u pojedinim

stadijima za postupak cementiranja i za postupak poboljšavanja.

Kolika se približna tvrdoća očekuje u normaliziranoj jezgri čelika za cementiranje Č 1220 koji

sadrži ~0,13%C (tvrdoća perlita je 210HV, a ferita 100 HV), a kolika na površini nakon

kaljenja, ako je površina bila hlañena nadkritičnom brzinom.

Materijali 2

Vježba br. 13 – Metalografija toplinski obrañenih čelika 6

Hodograf toplinske obrade cementiranja i poboljšavanja