VELEUČILIŠTE U KARLOVCUKARLOVAC UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCESTrg J. J. Strossmayera 9HR • 47000 Karlovac • Croatiatel. +385 (0)47 843-500fax. +385 (0)47 843-503e-mail: dekanat@vuka.hr

Naziv studija: Specijalistički stručni studij strojarstva

Naziv kolegija: Toplinska obrada

Usmjerenje: Proizvodno strojarstvo

SEMINARSKI RAD

TEMA: PREGLED I KOMENTAR PO GRUPAMA GREŠAKA

U TERMIČKOJ OBRADI

U Karlovcu: 27. 04. 2016. Student: Krunoslav Alduk, 0111415001

1. DOKUMENTACIJA I PRIPREMA TEHNOLOŠKOG POSTUPKA I KONTROLE.........................................................................................................4

2. GREŠKE PRILIKOM ZAGRIJAVANJA I AUSTENITIZACIJE..................4

2.1. Nepravilno zagrijavanje (prebrzo ili neumjereno).....................................5

2.2. Suviše brzo zagrijavanje............................................................................5

2.3. Neodgovarajuća temperatura termičke obrade..........................................5

2.4. Nedovoljno zagrijavanje............................................................................6

2.5.Pregrijanost.................................................................................................6

2.6. Neravnomjernost temperature....................................................................6

2.7. Pregrijavanje i pregorenje..........................................................................6

3. GREŠKE PRILIKOM HLAĐENJA...............................................................7

4. PROMJENE NA POVRŠINI I GREŠKE U STRUKTURI............................7

4.1. Promjene na površini.................................................................................7

4.1.1. Oksidacija i razugljičenje...................................................................8

4.1.2. Svijetlo žarenje...................................................................................8

4.1.3. Pougljičenje........................................................................................8

5.   LOŠA OBRADIVOST....................................................................................9

6.  PUKOTINE......................................................................................................9

6.1. Pukotine od zagrijavanja............................................................................9

6.2. Pukotine od ohlađivanja...........................................................................10

7. DEFORMACIJE, VOLUMENSKE PROMJENE I  UNUTARNJA NAPREZANJA...................................................................................................10

7.1. Volumenske promjene kod kaljenja........................................................10

7.2. Deformacije kod kaljenja.........................................................................10

7.3. Napetosti pri kaljenju...............................................................................10

7.4. Napetosti u čeliku zbog hladne deformacije prilikom mehaničke obrade........................................................................................................................11

7.5. Deformacije.............................................................................................11

8. TVRDOĆA I MEHANIČKA SVOJSTVA...................................................12

8.1. Nedovoljna tvrdoća..................................................................................12

8.2. Neodgovarajuća mehanička svojstva.......................................................12

8.3. Nedovoljna tvrdoća žarenog čelika..........................................................12

8.4. Loša mehanička svojstva.........................................................................13

9. KRTOST.......................................................................................................13

9.1. Krtost pri popuštanju...............................................................................13

1. DOKUMENTACIJA I PRIPREMA TEHNOLOŠKOG POSTUPKA I KONTROLE

Nesređena dokumntacija i nedefiniran tehnološki postupak su uzroci mnogih grešaka ili

loših rezultata u termičkoj obradi. Kontrolne točke moraju predstavljati redovne tehnološke

operacije i rezultati kontrole predstavljaju najčvršću osnovu za poboljšanje kvalitete termičke

obrade.

Tehnološki postupak mora biti podešen tako, da zadovoljava postavljene zahtjeve, a mora biti

prije svega u suglasnosti sa karakteristikama vrste čelika, dimenzija i oblikom komada.

Termička obrada zahtjeva stručnu pripremu tehnologije i kontrole u većoj mjeri nego drugi

pogoni. Priprema tehnologije i kriterija za kontrolu traže vrlo dobro poznavanje karakteristika

čelika.

Kod izbora čelika i kod planiranja termičke obrade potrebno je uzeti u obzir i stanje opreme,

mogućnosti mjerenja i regulacije.

Kod nekih dijelova potrebno je termičku obradu podesiti na postizanje minimalnih

deformacija, pri čemu je potrebna sređena dokumentacija i znatno iskustvo. Pri tome pažnju

posvetiti načinu hlađenja

Jedna od grešaka neodgovarajuće pripreme termičke obrade i nesređene tehnološke

dokumentacije je potpuno izostavljanje termičke obrade ili nekih njenih faza. U praksi se

često događa da dolazi do lomova raznih komada i strojnih ili konstrukcijskih dijelova zbog

toga što nije bilo izvršeno propisno poboljšavanje.

2. GREŠKE PRILIKOM ZAGRIJAVANJA I AUSTENITIZACIJE

Svaka se termička obrada sastoji u principu od zagrijavanja, držanja na temperaturi i

ohlađivanja

Vrijeme je kao faktor manje važno, nego temperatura. Može se reći da relativno malo

povećanje temperature ima veći efekt na promjenu nego produženje vremena. Vrijeme se

pojavljuje kao važna činjenica, ako uzmemo u obzir veličinu komada, tj. presjek, termičku

provodljivost čelika, razugljičenje i ostale površinske reakcije koje ovisi o atmosferi u peći.

Što je veći presjek komada, vrijeme držanja na temperaturi je duže, jer je potrebno više

vremena da se komad progrije kroz čitav presjek.

Greške koje se javljaju prilikom zagrijavanja i austenitizacije su:

nepravilno zagrijavanje

suviše brzo zagrijavanje

neodgovarajuća temperatura termičke obrade

nedovoljno zagrijavanje

pregrijanost

neravnomjerenost temperature

pregrijavanje i pregorenje

Slika 2.1. Prikaz stepenastog zagrijavanja

2.1. Nepravilno zagrijavanje (prebrzo ili neumjereno)

Najviše poteškoća u termičkoj obradi komada velikih dimenzija stvaraju pukotine i

lomovi zbog unutrašnjih naprezanja prilikom prebrzog zagrijavanja.

Pri prebrzom zagrijavanju se zbog velikih temperaturnih razlika po presjeku javljaju

unutrašnje pukotine, najčešće prstenastog oblika.

2.2. Suviše brzo zagrijavanje

Kod predmeta velikih presjeka mogu kod suvišebrzog zagrijavanja nastati velika

toplinska naprezanja koja uzrokuju prskotine. U slučaju komada izduženih oblika većinom se

javljaju poprečne pukotine.

Brzo zagrijavanje je naročito opasno kod čelika sa manjom toplinskom provodljivošću i

velikim koeficijentom izduženja.

2.3. Neodgovarajuća temperatura termičke obrade

Slučaj kada u komadu određenih dimenzija, zagrijanom u peć na odgovarajuću

temperaturu, zbog teškoća prilikom transportiranja u toku postupka, temperatura pada, pa ne

odgovara više onoj koja se traži za određenu termičku obradu.

Na drugoj strani u cilju sprečavanja gore spomenutih nedostataka dolazi često do pretjerivanja

u zagrijavanju na visoke temperature, što izaziva povećanje zrna.

2.4. Nedovoljno zagrijavanje

Uzrok nedovoljnom zagrijavanju može biti preniska temperatura ili prekratko vrijeme

postupka termičke obrade. Najveći utjecaj ima ova greška u procesu austenitizacije za

kaljenje. Nije sigurno da će doći do efekta zakaljivanja pošto se u dijelu čelika još nije u

potpunosti postigla austenitna struktura.

2.5. Pregrijanost

Ukoliko se vrši grijanje na suviše visokoj temperaturi nastaje pogrubljenje strukture, što se

može vidjeti na prijelomu.

2.6. Neravnomjernost temperature

Temperature kaljenja, ukoliko nisu ravnomjene po cijelom presjeku, čak i u slučaju kada su

niže od zahtjevanih mogu izazvati pucanje alata. Ova pojava je najčešća kod ugljičnih čelika.

Da bi se ova pojava izbjegla potrebno je dovoljno dugo držanje na temperaturi kaljenja, da se

postigne izjednačenje temperature po prosjeku.

2.7. Pregrijavanje i pregorenje

Pregrijavanje se manifestira porastoma austenitnog zrna zbog predugog zadržavanja na

temperaturi kaljenja ili zbog predugog zadržavanja na temperaturi kaljenja ili zbog upotrebe

suvše visoke temperature.

Jedina mogućnost sprečavanja ovih defekata je pravilan izbor uvjeta zagrijavanja i kontrole

poštivanja tehnoloških propisa.

3. GREŠKE PRILIKOM HLAĐENJA

Pored utjecaj austenitizacije pri normalizacijii kaljenju čelika, za sve vrste termičke

obrade najsnažniji utjecaj imaju uvjeti ohlađivanja.

Velika većina grešaka pri hlađenju svodi se na neodgovarajuću brzinu ohlađivanja. Suviše

velika brzina ohlađivanja pri kaljenju često uzrokuje pukotine.

Nenormalno, prebrzo ili lokalizirano ohlađivanje javlja se ne samo prilikom kaljenja nego i

pri drugim operacijama termičke obrade. Ohlađivanje je jedna od kritičnih faza plastične

prerade u vrućem stanju nakon završne deformacije

Pojava defekata u velikoj mjeri zavisi od karakteristike čelika, kemijskog sastava i stupnja

legiranosti, preobražajnih točaka, oblika i dimenzija, brzine ohlađivanja, polaznog stanja,

strukture...

Da bi izbjegli pojavu defekata treba obratiti pažnju na slijedeće činjenice:

izbjegavati oštre i brze promjene presjeka i osigurati kvalitetnu mehaničku obradu

izbjegavati oštre rubove, zareze i ostala mjesta na kojima može doći do koncentracija

naprezanja

izbjegavati rupe, naročito na tankim presjecima, ako se ne mogu izbjeći, neka budu što

simetričnije postavljene i dobro zaštićene i začepljne glinom

izabrati manje oštro sredstvo ua kaljenje

izvršiti popuštanje neposredno prije kaljenja

4. PROMJENE NA POVRŠINI I GREŠKE U STRUKTURI

4.1. Promjene na površini

Neodgovarajuća atmosfera u peći prouzrokuje promjene na površini, koje utjeću na

kvalitetu

Za vrijeme zagrijavanja prije valjanja, kovanja ili termičke obrade može pod utjecajem

atmosfere u peći doći do pougljičenja, razugljičenja ili oksidacije površine zagrijavanih

komada.

Tvrdoća i mehaničke karakteristike u razugljičenom površinskom sloju se bitno smanjuju i u

takvom sloju javljaju se inicijalni teški defekti, pa i lom. Relativno mekan površinski sloj

smanjuje dinamičku čvrstoću i povećava mogućnost stvaranja pukotina kod kaljenja.

Promjene na površini vidljive su kao:

oksidacija i razugljičenje

svijetlo žarenje

pougljičenje

4.1.1. Oksidacija i razugljičenje

Zbog sniženja sadržaja ugljika na površini, ugljik iz unutrašnjih slojeva difundira u

vanjske površinske slojeve, gdje se u kontaktu s atmosferom ponavlja spomenuti proces

površinske oksidacije.

Jako razugljičenje može dovesti do potpune oksidacije površine i do formiranja tipičnog,

potpuno oksidnog sloja – cundera. Ako je oksidacija vrlo jaka, dobivamo na površini debeli

sloj cundera.

Razugljičenje nastaje zbog kemijskih reakcija ugljika iz površinskog sloja čelika sa plinovima

u peći.Stupanj razugljičenja i oksidacije ovisi o vrsti i konstrukciji peći, o uvjetima i pažnji

prilikoma zagrijavanja kao i o zaštiti i karakteristikama atmosfere u peći.

Razugljičenje i oksidaciju potrebno je smanjiti na minimum odgovarajućim zaštitnim

mjerama.

Cunder na površini otežava daljnu mehamičku obradu, pa ga je potrebno odstraniti putem

luženja, pjeskarenja, što poskupljuje proces

4.1.2. Svijetlo žarenje

Ukoliko prilikom žarenja spriječimo oksidaciju i razugljičenje, dobivamo svijetlu i

čistu površinu – svijetlo žarenje. Svijetlo žarenje se izvodi u pećima s neutralnom ili

redukcijskom tj. zaštitnom atmosferom.

4.1.3. Pougljičenje

Pod utjecajem atmosfere koja okružuje čelik ili zbog neodgovarajuće zaštite protiv

razugljičenja, kao i zbog nepravilnog izbora korištenih kupki može doći do povećanja

sadržaja ugljika na površini. Pougljičena površina zbog velike tvrdoće otežava provođenje

mehaničke obrade, a nepovoljno utječe i na druge načine.

Slika 4.1.3. Prikaz pougljičenog zupčanika

4.2. Greške u strukturi

Greške koje se mogu javiti u strukturi čelika su:

neodgovarajuća mikrostruktura

lamelarni perlit

neravnomjerni krupnozrnati perlit

karbidna mreža

grubozrnata struktura

trakasta struktura

zaostali austenit

Slika 4.2.1. Strukturne greške koje možemo korigirati normalizacijskim žarenjem; 1.Mrežasta

struktura, 2. Widmannstättenova struktura, 3. Strukturno – trakasta struktura, 4. Grubozrnatost

Prethodno navedene strukturne greške možemo korigirati normalizacijskim žarenjem kojim se

čelik dovodi iz nenormalnog stanja u normalno.

Slika 4.2.2. Shematski prikaz normalizacijskog žarenja

5.   LOŠA OBRADIVOST

Zbog neravnomjerne ili previsoke tvrdoće i neodgovarajuće strukture, mogu se javljati

poteškoće prilikom mehaničke obrade. Ovaj nedostatak se može ispraviti ponovnim žarenjem.

6.  PUKOTINE

Svaki čelik posjeduje određenu čvrstoću, koja je manje ili više poznata. Ukoliko vanjska

opterečenja predaju čvrstoću, dolazi do pucanja. Zbog brzog hlađenja i strukturnih promjena

prilikom termičke obrade dolazi u materijalu do pojave toplinskih i strukturnih unutrašnjih

napetosti.Napetosti mogu biti tolike da čelik prilikom termičke obrade pukne.

Slika 6. Prikaz nastale pukotine u čeliku

6.1. Pukotine od zagrijavanja

Ako je zagrijavanje za vruću preradu ili termičku obradu prebrzo ili nejednoliko mogu

nastati prilično velika naprezanja u pojedinim dijelovima komada. Ponekad ova naprezanja

mogu i nadmaštit i čvrstoću čelika, te dovesti do različitih pukotina

Površinske pukotine najčešće nastaju zbog stavljanja hladnih komada u peć na previsokoj

temperaturi bez potrebnog predgrijavanja

Transverzalne pukotine obično nastaju zbog prebrzog zagrijavanja. One se javljaju u

unutrašnjosti velikh komada i često dovode do potpunog prijeloma

6.2. Pukotine od ohlađivanja

Ove pukotine je po obliku lako prepoznati.

7. DEFORMACIJE, VOLUMENSKE PROMJENE I UNUTARNJA NAPREZANJA

7.1. Volumenske promjene kod kaljenja

Kod kaljenja nisko ugljičnih čelika s 0,2 do 0,3 % C volumen se poveća za 0,3 do 0,4,

a kod visokougljičnih alatnih čelika sa 1,2 do 1,4 % C. Što je veći sadržaj ugljika u čeliku to

su veće volumenske promjene kod kaljena.

7.2. Deformacije kod kaljenja

Deformacije kod kaljena nastupaju zbog vrlo brzog zagrijavanja prije kaljenja ili zbog

neravnomjernog hlađenja u sredstvu za kaljenje. Za smanjenje deformacija i izbjegavanje

pojave vitoperenja kod kaljenja, mora se zagrijavanje vršiti po mogućnosti lagano i

ravnomjerno. Duge komade treba spuštati u sredstvo za kaljenje vertikalno.

7.3. Napetosti pri kaljenju

Pri kaljenju se javljaju visoke napetosti zbog brzog hlađenja. Napetosti zbog promjene

volumena javljaju se nezavisno od strukturnih preobražaja kao posljedica temperaturnih

razlika po presjeku nastalih pri različitim brzinama hlađenja. Pri hlađenju nastaju najprije

zatezna naprezanja u vanjskoj zoni.

Naprezanja kod kaljenja se povećavaju porastom brzine hlađenja i zbog toga treba

primjenjivati samo toliku brzinu hlađenja kolika je potrebna.

Deformacije su posljedice razlika specifičnog volumena u žarenom i kaljenom stanju i s

pojavom deformacija pri kaljenju se mora računati.

Nije moguće potpuno izbjeći deformacije ali treba poduzeti mjere da se one smanje na

minimum.

7.4. Napetosti u čeliku zbog hladne deformacije prilikom mehaničke obrade

Napetosti koje nastaju u čeliku prilikom mehaničke obrade mogu biti uzrok većih deformacija

kod toplinske obrade, a ponekad mogu prouzrokovati i lomove.

Kod čelika koji se nitriraju, hladne deformacije mogu dovesti do prekomjernog i

nekontroliranog deformiranja oblika.

Da bi se otklonio utjecaj hladne deformacije kod obrade, čelik se podvrgava žarenju na niskim

temperaturama.

7.5. Deformacije

Pojam deformacije označava bilo kakvu promjenu dimenzije i oblika komada, koja nastaju

prilikom termičke obrade.

Makrodeformacije se javljaju, kada se ne vodi računa o slijedećim činjenicama:

da je čelik na temperaturi austenitizacije plastičan

da nehomogenost pri zagrijavanju ili hlađenju prouzrokuje neravnomjeran raspored

naprezanja

Da bi se izbjegla pojava deformacija treba obraditi pažnju na slijedeće:

u toku zagrijavanja komadi moraju biti u peći tako da se sa svih strana ravnomjernije

zagrijavaju.

uventualno prenošenje iz jedne peći u drugu ili iz peć za predgrijavanje mora se

izvršiti brzo

hlađenje mora se izvršiti na način koji omogućava homogeni odvod topline

Treba imati u vidu, da naprezanja u čeliku nastaju zbog toplinskih i transformacijskih efekata.

Prilikom transformacije austenita u martenzit volumen čelika se povećava.

Utjecajni faktori koji utječu na naprezanja su:

sastav čelika

temperatura kaljenja

dimenzije komada

pojave zaostalog austenita

djelomično rastvaranje karbida

oblik komada (nesimetričnost, promjene presjeka itd.)

8. TVRDOĆA I MEHANIČKA SVOJSTVA

8.1. Nedovoljna tvrdoća

Nedovoljna tvrdoća poslije kaljenja može biti posljedica:

preniske i nejednolike temperature kaljenja

kratkog vremena držanja na temperaturi kaljenja

velikog pada temperature prilikom prijenosa iz peći do sredstva za kaljenje

Nejednoliko ohlađivanje ima za posljedicu pojavu mekih mjesta.

Za sprečavanje mekih mjesta treba komad prilikom kaljenja gibati, sredstvo za kaljenje treba

miješati, očistiti cunder upotrebljavati dobar alat itd.

8.2. Neodgovarajuća mehanička svojstva

Mehanička svojstva koja utječu na pojavu grešaka kod toplinske obrade čelika su:

preniska čvrstoća

slaba žilavost

loša dinamička izdržljivost

loša izdržljivost na povišenim temperaturama

loša svojstva kod niskih temperatura

8.3. Nedovoljna tvrdoća žarenog čelika

Prisustvo fino lamelarnog čelika obično je praćeno tvrdoćom koja je iznad gornje

granice koja je dozvoljena za žareni čelik sa sitno zrnatim prelitom

U nekim slučajevima pregrijavanjem čelika na suviše visoku temperaturu žarenja nastaje

nastaje krupno lamelarni perlit, a kod dugog žarenja na visokoj temperaturi nastaje krupno

zrnati perlit.

Tvroća ovakve strukture je niska i kontrola kvalitete žarenja na osnovu tvrdoće može dovesti

do pogrešnog zaključka.

8.4. Loša mehanička svojstva

Često se mehanička svojstva utvrđuju mjerenjem tvrdoće.

Nedovoljna i neravnomjerna tvrdoća obično je posljedica:

nedovoljnog i neravnomjernog pregrijavanja

nepotpunih strukturnih promjena

suviše sporog hlađenja

pojave zaostalog austenita

razugljičenja površine

loše očišćene površine

pojave parnih mjehurića kod hlađenja

grešaka prilikom mjerenja tvrdoće

Pravilno i ravnomjerno zagrijavanje i odgovarajuće hlađenje je uvjet za pravilan tok

strukturnih promjena i postizanja željenih tehnoloških svojstava.

Tvrdoća zavisi o sadržaju ugljika. U razugljičenoj zoni sadržaj ugljika je manji, a time se

smanjuje i tvrdoća.

9. KRTOST

Krtost čelika je posljedica krupnog zrna zbog previsoke temperature ili predugog vremena

zagrijavanja, a često i nepravilnog popuštanja u području popustne krtosti.

Kod cementiranih predmeta može preduboko i preoštro cementiranje biti uzrok pojave krtosti.

9.1. Krtost pri popuštanju

Kod određenih vrsta čelika žilavost u poboljšanom stanju se jako smanjuje dužim

zadržavanjem na temperaturnom području između 450 i 600 °C ili lagani hlađenjem poslije

popuštanja na temperaturi iznad 600°C. U drugom slučaju može se ovu krtost spriječiti brzim

hlađenjem sa temperature popuštanja.

Popustnoj krtosti skloni su prije svega Mn, Cr-Mn i Cr-Ni čelici.

Krtost se smanjuje dodavanjem Mo i W-ma.

LITERATURA

1. Cajner F. Stupnišek M.: Osnove toplinske obrade metala, fakultet strojarstva i bropdogradnje, Zagreb, 1996.

2. Krumes D.: Toplinska obrada ,Strojarski fakultet u Slavonskom Brodu, 2000.

3. Rodič J.: Greške i problematika u postupcima toplinske obrade, Metalbiro Zagreb,1983.