1
UVOD
Svojstva i ponašanje metala i legura u proizvodnim procesima i u toku eksploatacije
zavise od sastava,strukture, načina prerade i termičke obrade kojoj mogu biti podvrgnuti.
Važna mehanička svojstva kao što suzatezna čvrstoća, napon tečenja, tvrdoća, žilavost i
plastičnost mogu se poboljšati, kao što smo videli, promenomhemijskog sastava – legiranjem,
promenom veličine metalnog zrna, ali na njih se može uticati i promenomstrukture i
stvaranjem novih faza u procesima termičke obrade.
Termičkom obradom nazivaju se procesi koji se sastoje od zagrevanja do kritičnih
temperatura, držanjem na tim temperaturama određeno vreme, a zatim hlađenje određenim
načinom i brzinom.
Jedan od najrasprostranjenih primera poboljšanja svojstava je termička obrada čelika.
Promena strukture i stvaranje novih faza u procesu termičke obrade čelika događa se u
čvrstom stanju, a bazira se na: svojstvu polimorfije železa, na promeni rastvorljivosti
ugljenika i legirajućih elemenata u rešetki železa i na sposobnosti atoma da se difuzno sele na
povišenim temperaturama.
U ovom poglavlju biće razmotrene promene mikrostrukture u sistemu železo-ugljtehnologije
procesa termičke , termomehaničke i termohemijske obrade čelika.
2
Fazne transformacije u sistemu zeljezo – ugljenik
Transformacija perlita u austenit pojavljuje se u procesu zagrevanja čelika kod mnogih
termičkih obrada. Prema dijagramu stanja Fe–Fe3C, eutektoidni čelik 0,8%C, ima perlitnu
strukturu (lamele ferit + cementit). U procesu zagrevanja do temperature AC11
(linija PSK, 727°C) rastvara se manja količina cementita u feritu po liniji PQ.
Daljim zagrevanjem preko temperature AC1 na granicama feritne i cementitne faze obrazuju
se mala zrna austenita u kojima je rastvoren ugljenik. Dalje, ova obrazovana zrna rastu
uz stvaranje novih zrna austenita, a proces razlaganja cementita se nastavlja. Proces
transformacije perlita u austenit se završava kada se bivše perlitno zrno ispuni austenitnim
zrnima.
Obrazovana zrna austenita nisu homogena u pogledu sadržaja rastvorenog ugljenika, pa je
potrebno neko dodatno vreme da bi se izvršila homogenizacija austenitnih zrna. Prema tome,
transformacija perlita u austenit nastaje usled alotropskih promena rešetke železa α → γ,
razlaganja
Fe3C
i
difuzije
atoma
ugljenika.
Brzina transformacije feritno-cementitne strukture u austenit, pored temperature zagrevanja,
zavisi i od veličine njihovih lamela. Što su lamele ferita i cementita tanje, to se brže obrazuju
jezgra austenita i proces austenitizacije je brži. Sadržaj ugljenika u čeliku takođe ima uticaja
na brzinu procesa austenitizacije. Što je veći sadržaj ugljenika, to se proces brže odvija.
Legirajući elementi u čeliku: hrom, molibden, volfram, vanadijum i drugi karbidoobrazujući
elementi usporavaju proces austenitizacije, zbog teže rastvorljivosti karbida legirajućih
elemenata u austenitu.
Sadržaj rastvorenih legirajućih elemenata u austenitu nije ujednačen. Proces homogenizacije
austenita, koji sadrži legirajuće elemente, nešto duže traje jer je difuzija atoma legirajućih
elemenata u rešetki γ–Fe znatno sporija u odnosu na ugljenik.
4
Martenzitna transformacija
Martenzitna transformacija nastaje kada brzina hlađenja stabilnog austenita dostigne
vrednost kritične brzine, tako da se austenit bez prethodnog oslobađanja ugljenika
transformiše u prezasićen α–čvrsti rastvor. Struktura čelika koja se dobija pri uslovima
kritične brzine hlađenja naziva se martenzit. Martenzit je jednofazna struktura i predstavlja
prezasićen čvrsti rastvor ugljenika i drugih legirajućih elemenata u α–Fe. Nastaje kao rezultat
bezdifuzione transformacije austenita i zavisi samo od temperature, a ne i od vremena trajanja
procesa.
Atomi ugljenika rastvoreni u KPC rešetki austenita, posle vrlo brzog hlađenja, ostaju prisilno
rastvoreni u rešetki α–Fe, nesimetrično je proširuju i prevode u novu tetragonalnu
zapreminski centriranu rešetku TZC. Prema tome, martenzit nastao transformacijom austenita,
sa sadržajem ugljenika preko 0,15%, ima TZC rešetku kod koje je jedan parametar c veći od
drugog a, i zadržanim ugljenikom u čvrstom rastvoru (intersticijski čvrsti Rastvor).
Stepen tetragonalnosti rešetke c/a, zavisi od sadržaja ugljenika u čeliku; što je veći sadržaj
ugljenika u martenzitu, to je veći odnos c/a tj. veća je tetragonalnost rešetke, Kristali
martenzita u zavisnosti od sastava (sadržaj ugljenika), pa prema tome i od temperature na
kojoj se stvaraju, mogu imati različitu građu i oblik. Razlikuju se dva osnovna tipa kristala
martenzita: paketasti i pločasti.
Paketasti kristali martenzita obrazuju se kod niskougljeničnih i srednjeugljeničnih i legiranih
konstrukcionih čelika i imaju oblik tankih letvica usmjerenih u jednom pravcu.
Pločasti kristali martenzita obrazuju se kod visokougljeničnih čelika (> 0,8% C). Kristali
pločastog martenzita imaju sočivasti oblik. Susedni kristali nisu međusobno paralelni i oni
obrazuju u prostoru složene skupine U zavisnosti od ravni sečenja pločasti kristali martenzita
se pod metalografskim mikroskopom vide kao iglice razlićite debljine.
Veličina kristala martenzita, bilo kog oblika i građe, u mnogome zavisi od početne veličine
zrna austenita. Što su zrna austenita manja, to su i kristali martenzita manji.
Kako austenit ima nešto veću gustinu od martenzita, pri transformaciji austenita u martenzit
dolazi do povećanja zapremine. Ovo povećanje zapremine u procesu brzog hlađenja, kod
delova relativno većih dimenzija, može dovesti do deformacija pa čak i do pojava prslina, a
kao rezultat povećanih unutrašnjih napona. Ovo je naročito izraženo kod čelika sa sadržajem
preko
0,5%
C.
