2
1. UVOD
Termičkom obradom nazivaju se procesi koji se sastoje od zagrijavanja do kritičnih
temperatura, držanjem na tim temperaturama određeno vrijeme, a zatim hlađenje određenim
načinom i brzinom. Jedan od najrasprostranjenih primjera poboljšanja svojstava je termička
obrada čelika. Promjena strukture i stvaranje novih faza u procesu termičke obrade čelika
događa se u čvrstom stanju, a bazira se na: svojstvu polimorfije željeza, na promjeni
rastvorljivosti ugljenika i legirajućih elemenata u rešetki željeza i na sposobnosti atoma da se
difuzno sele na povišenim temperaturama. U ovom radu će mo razmotriti promjene
mikrostrukture u sistemu željezo-ugljenik, kao i tehnologije procesa termičke obrade čelika.
2.
FAZNE TRANSFORMACIJE ČELIKA
2.1 Fazne transformacije pri zagrijavanju
Transformacija perlita u austenit pojavljuje se u procesu zagrijavanja čelika kod mnogih
termičkih obrada. Prema dijagramu stanja Fe–Fe3C, (sl.1) eutektoidni čelik 0,8%C, ima
perlitnu strukturu (lamele ferit + cementit). U procesu zagrijavanja do temperature AC1 (linija
PSK, 727°C) rastvara se manja količina cementita u feritu po liniji PQ. Daljim zagrijavanjem
preko temperature AC1 na granicama feritne i cementitne faze obrazuju se mala zrna
austenita, (sl.1a) u kojima je rastvoren ugljenik. Dalje, ova obrazovana zrna rastu uz stvaranje
novih zrna austenita, a proces razlaganja cementita se nastavlja, (sl.1 b i c). Proces
transformacije perlita u austenit se završava kada se bivše perlitno zrno ispuni austenitnim
zrnima, (sl.1d). Obrazovana zrna austenita nisu homogena u pogledu sadržaja rastvorenog
ugljenika, pa je potrebno neko dodatno vrijeme da bi se izvršila homogenizacija austenitnih
zrna. Prema tome, transformacija perlita u austenit nastaje usled alotropskih promena rešetke
željeza α → γ, razlaganja Fe3C i difuzije atoma ugljenika.
4
temperaturama različito vrijeme, tj. do potpune transformacije austenita. Proces
transformacije austenita na konstantnoj temperaturi može se prikazati eksperimentalno
dobijenom krivom (sl.2), na osnovu koje se može ocijeniti količina transformisanog austenita
u zavisnosti od vremena koje je proteklo od početka hlađenja pothlađenog austenita. U toku
nekog vremenskog intervala, od početka procesa pa do tačke P, kako se to vidi na slici 2. ne
dolazi do transformacije austenita. Ovo vrijeme naziva se inkubacioni period. Po isteku ovog
perioda počinje transformacija austenita u feritno–cementitnu strukturu. Tokom vremena
količina transformisanog austenita raste. Potpuna transformacija austenita završava se po
isteku nekog vremena (tačka K). Prema tome, možemo zaključiti da je za transformaciju
austenita u feritno–cementitnu strukturu na nekoj konstantnoj temperaturi potrebno da
protekne neko određeno vrijeme. Na osnovu eksperimentalnih krivih dobivenih ispitivanjem
za više temperatura pothlađivanja t1, t2, t3 ... tn, može se konstruisati dijagram izotermalne
transformacije austenita ili TTT dijagram.
Slika 2. Eksperimentalno dobivene krive izotermalne transformacije austenita u perlit (ferit +
cementit), za ugljenični čelik sa 0,8%C u funkciji vremena i temperature. Vrijeme početka
transformacije (tačke P1, P2, P3 ... Pn) i vrijeme završetka transformacije (tačke K1, K2,
K3 ... Kn), za svaku temperaturu prenesemo na dijagram, tako što na apscisnu osu nanosimo
vrijeme u logaritamskim koordinatama (lnτ), a na ordinatu temperaturu na kojoj se odvija
transformacija u °C. Tačke P (vrijeme početka transformacije) i tačke K (vrijeme završetka
transformacije) za svaku ispitivanu temperaturu transformacije austenita prenesu se na
odgovarajuću temperaturu u dijagramu, a zatim tačke P1, P2, P3 ... Pn spojimo, dobijamo
krivu u dijagramu koja određuje početak transformacije austenita. Isto to uradimo i sa
5
tačkama završetka transformacije tačke K1, K2, K3, ... Kn, i tako dobijamo krivu na
dijagramu koja odgovara završetku transformacije austenita, (sl.3a). Oblast lijevo od krive
početka transformacije austenita odnosi se na inkubacioni period. Duži inkubacioni period
karakteriše stabilnost pothlađenog austenita na datoj temperaturi. Sa povećanjem temperature
pothlađivanja stabilnost austenita brzo opada, dostiže minimum, a dalje sa smanjivanjem
temperature ponovo raste. Na temperaturi odmah posle kritične tačke A1 i temperature nešto
iznad početka martenzitne transformacije Mp, austenit je veoma stabilan. Pothlađivanjem
austenita na temperaturi ispod temperature početka martenzitne transformacije Mp, difuzioni
procesi se potpuno obustavljaju i obrazovanje strukture koja se sastoji iz ferita i cementita
više nije moguće. U tom slučaju dolazi do bezdifuzione transformacije austenita u jednu novu
strukturu koja se naziva martenzit. Ako se na dijagramu izotermalnog razlaganja austenita,
(sl.3a), koji je karakterističan za eutektoidni čelik, zamjene uslovno označene temperature
tačnim podacima, dobijamo dijagram izotermalne transformacije austenita, kako je to
prikazano na slici 3b. U zavisnosti od stepena pothlađivanja austenita razlikuju se tri
temperaturne oblasti transformacije: perlitna oblast, međuoblast (oblast između perlitne i
martenzitne oblasti) i martenzitna oblast, (sl.3b). Perlitna oblast kod ugljeničnih čelika nalazi
se u temperaturnom intervalu od A1 do temperature na kojoj je najmanja vrijednost
inkubacionog perioda (~550°C) ili „koljeno“ krive. U ovoj oblasti dolazi pri razlaganju
austenita do difuzionog seljenja atoma ugljenika i obrazovanja strukture koja se sastoji iz
perlita (ferita + cementita).
