Popuštanje

višeznačna odrednica na Vikimediji

Popuštanje je toplinska obrada, u pravilu nakon kaljenja, kako bi se postigla određena svojstva, prije svega žilavost i duktilnost. Sastoji se od zagrijavanja na određenu temperaturu (ispod Ac1), izotermnog držanja na toj temperaturi (npr. 1 sat) i ohlađivanju primjerenom brzinom. Postupak se može i ponoviti. Nakon kaljenja, čelici imaju veliku čvrstoću, ali su veoma krhki. Popuštanjem se povećava žilavost kaljenog čelika, a smanjuje se čvrstoća.[1]

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.
Dijagram izotermne pretvorbe ili izotermni TTT dijagram (engl. Time-temperature transformation) za čelik.
Krivulja hlađenja čistog željeza.

Martenzitna je mikrostruktura čelika nestabilna i mijenja se pri zagrijavanju na povišene temperature. Promjene ovise o temperaturi popuštanja koja seže od približno 100 °C do temperature Ae1. Odabirom temperature popuštanja mogu se postići sve moguće vrijednosti čvrstoće čelika između kaljenog i praktički žarenog (sferoidiziranog) stanja. Metal se grije drži neko vrijeme na dovoljno visokoj temperaturi i potom sporo hladi. Posljedice popuštanja su:

Vrste popuštanja

uredi

Popuštanje se može podijeliti na:

  • niskotemperaturno popuštanje (manje od 220 ºC);
  • srednjetemperaturno popuštanje (od 220 °C do 400 °C);
  • visokotemperaturno popuštanje (više od 400 °C);

Vrste su popuštanja i:

  • potpuno popuštanje: grijanje materijala na bazi željeza do područja austenita, te sporo hlađenje (u peći) radi stvaranja krupnozrnog perlita;
  • normalizacija: kao i potpuno popuštanje, uz nešto brže hlađenje (na zraku) radi stvaranja 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.

Poboljšavanje

uredi

Poboljšavanje je složena toplinska obrada koja se sastoji od kaljenja, te popuštanja pri povišenim temperaturama. Poboljšavanjem se mogu postići optimalne kombinacije čvrstoće, tvrdoće i žilavosti čelika za određenu primjenu. Najveći učinak ima ta toplinska obrada kod čelika za poboljšanje s udjelom ugljika od 0,3% do 0,6%, a dijele se na ugljične i legirane.[2]

Nakon kaljenja čelici imaju veliku čvrstoću, ali su veoma krhki. Popuštanjem se povećava žilavost kaljenog čelika, a smanjuje se čvrstoća. Popuštanje je toplinska obrada, u pravilu nakon kaljenja, kako bi se postigla određena svojstva, prije svega žilavost i duktilnost. Sastoji se od zagrijavanja na određenu temperaturu (ispod Ac1), izotermnog držanja na toj temperaturi (npr. 1 sat) i ohlađivanju primjerenom brzinom. Postupak se može i ponoviti.

Martenzitna je mikrostruktura čelika nestabilna i mijenja se pri zagrijavanju na povišene temperature. Promjene ovise o temperaturi popuštanja koja seže od približno 100 °C do temperature Ae1. Odabirom temperature popuštanja mogu se postići sve moguće vrijednosti čvrstoće čelika između kaljenog i praktički žarenog (sferoidiziranog) stanja.

Poseban je primjer poboljšavanja tzv. izotermno poboljšavanje (austempering), kad se čelik s temperature austenizacije brzo ohladi u solnoj ili kovinskoj kupelji, u temperaturnom području bainita, te izotermno transformira u bainit, koji ima razmjerno veliku čvrstoću i žilavost.[3]

Tvrdoća čelika

uredi

Tvrdoća čelika (martenzita) nakon kaljenja ovisi najviše o udjelu ugljika. Kod čelika s malim udjelom ugljika (manjim od 0,25%) nakon kaljenja se postiže premala tvrdoća, a i zbog djelomičnog razugljičenja površine. Zbog toga se čelici s udjelom ugljika manjim od 0,3% u pravilu ne kale, za razliku od čelika za poboljšanje s udjelom ugljika od 0,3% do 0,6%. Pri kaljenju nastaju u čeliku naprezanja zbog fazne pretvorbe (razlike u obujmima između austenita i martenzita). Zbog tih naprezanja čelik se može deformirati ili puknuti.[4]

Minimalna naprezanja (teorijski nula) u čeliku postižu se tzv. kaljenjem bez naprezanja (martempering), što je poseban oblik stupnjevitog kaljenja pri kojem nastaje martenzit istovremeno po cijelom presjeku. Naprezanja kaljenja smanjuju se također i primjenom tzv. prekinutog kaljenja, kada se čelik kali u sredstvu s većim, a zatim s manjim intenzitetom ohlađivanja.

Unutarnja naprezanja u kaljenom čeliku smanjuju se izotermnim žarenjem (popuštanjem) na temperaturama od 150 °C do 200 °C (bez osjetnog sniženja mehaničkih svojstava čelika) ili toplinskim obradama koji slijede nakon kaljenja.

Kaljivost čelika, odnosno njegova tvrdoća nakon kaljenja, ovisi prije svega o udjelu ugljika u čeliku. Tvrdoća martenzita se povećava s povećanjem udjela ugljika u martenzitu do približno 0,6%.

Prokaljivost je mogućnost zakaljivanja čelika u dubinu, a ovisi o više utjecajnih čimbenika. Najveći utjecaj na prokaljivost imaju legirni elementi. Prokaljivost jedni povećavaju (Mn, Cr, Mo, Ni), a drugi ju smanjuju (Co, Al, Ti, V). Djelovanje na prokaljivost ovisi o vrsti pojedinačnih legirnih elemenata ili o skupini legirnih elemenata, te o njihovim udjelima. Djelovanje ugljika na prokaljivost zanemarivo je u usporedbi s djelovanjem legirnih elemenata. Prokaljivost čelika uspoređuje se na temelju Jominyjeva pokusa, a prokaljivost čeličnih dijelova ocjenjuje se na osnovi kritičnog promjera, koji se određuje po Grossmannovoj metodi.[5]

Reference

uredi
  1. "Strojarski priručnik", Bojan Kraut, Tehnička knjiga Zagreb 2009.
  2. "Specijalni čelici", skripta - Sveučilište u Zagrebu, www.simet.unizg.hr, 2011.
  3. "Prilagodba materijala", www.ffri.uniri.hr, 2011.
  4. [1] Arhivirano 2014-07-04 na Wayback Machine-u "Fizikalna metalurgija I", dr.sc. Tanja Matković, dr.sc. Prosper Matković, www.simet.unizg.hr, 2011.
  5. "Tehnička enciklopedija", glavni urednik Hrvoje Požar, Grafički zavod Hrvatske, 1987.