Upute za laboratorijske vježbe
Vježba br. 9– Poboljšavanje
1
Vježba 9
POBOLJŠAVANJE
Poboljšavanje je toplinska obrada koja se sastoji od kaljenja i visokotemperaturnog
popuštanja, a
č
iji je osnovni cilj dobiti što ve
ć
u žilavost i naprezanje te
č
enja za zadanu
vrijednost
č
vrsto
ć
e. Žilavost je produkt
č
vrsto
ć
e i duktilnosti i od izuzetne je važnosti kod
strojnih elemenata koji su u eksploataciji podvrgnuti dinami
č
kim ili udarnim optere
ć
enjima.
Poboljšani strojni elementi obi
č
no imaju i ve
ć
u
č
vrsto
ć
u i ve
ć
u duktilnost, a s time i žilavost,
od strojnih elemenata koji su u normaliziranom ili zakaljenom stanju. Svojstva poboljšanih
elementa su u korelaciji sa mikrostrukturom koja se postigne nakon kaljenja, ali i onom koja
se dobije nakon visokog popuštanja. Maksimalna žilavost se dobije kada se popušta zakaljena
mikrostruktura koja se sastoji od fino-zrnatog martenzita koji se popuštanjem pretvara u ferit
sa sitnim karbidnim
č
esticama. Takva mikrostruktura
ć
e se posti
ć
i
č
ak i kod uglji
č
nih
č
elika
ako je uzorak malih dimenzija (manji od 10 mm). Za uzorke ve
ć
ih dimenzija morati
ć
e se
odabrati legirani
č
elici koji imaju ve
ć
u prokaljivost od uglji
č
nih. To
ć
e posebno biti izraženo
za visoko napregnute strojne elemente kada
ć
e se zahtijevati da stupanj zakaljenosti jezgre
bude ve
ć
i od 0,95 (više od 97% martenzita). Stoga je kod
č
elika za poboljšavanje svojstvo
prokaljivosti vrlo važno radi postizanja jednolikih svojstava po popre
č
nom presjeku
proizvoda, a posebno kod proizvoda velikih dimenzija. Ve
ć
se kaljenjem nastoji posti
ć
i što
više martenzita u jezgri proizvoda, a onda se popuštanjem postiže daljnje ujedna
č
avanje
svojstava po popre
č
nom presjeku. Za razliku od ostalih mikrostruktura sa smjesama razli
č
itih
faza, martenzitna mikrostruktura najviše gubi na tvrdo
ć
i popuštanjem. To se vidi na slici 9.1.
gdje se tvrdo
ć
a na
č
elu Jominy epruvete snizuje više nego tvrdo
ć
a u dijelu gdje je u
mikrostrukturi postignuta smjesa razli
č
itih faza. Svojstva po popre
č
nom presjeku proizvoda
biti
ć
e jednoli
č
nija što je vi
ć
a prokaljivost
č
eliku te što je temperatura popuštanja viša.
Slika 9.1. Izgled Jominy krivulja za
č
elik 42CrMo4 (
Č
4732) nakon popuštanja na razli
č
itim
temperaturama [1]
Materijali 2
Vježba br. 9 – Poboljšavanje
2
Č
elici za poboljšavanje su naj
č
eš
ć
e nelegirani ili niskolegirani te sadrže od 0,3 do 0,6%C,
iako se
č
esto poboljšavaju i
č
elici za cementiranje u necementiranom stanju, te sitnozrnati
zavarljivi niskolegirani
č
elici.
Zagrijavanje do temperature austenitizacije treba se izvesti dovoljno usporeno te se na 400-
650°C preporu
č
uje predgrijavanje, dok se za proizvode velikih dimenzija predgrijavanje i
propisuje. Naglo hla
ñ
enje kod postupka kaljenja izvodi se u vodi ili ulju ovisno o vrsti
č
elika.
Visoko popuštanje treba izvesti odmah nakon kaljenja jer su napetosti koje prate kaljenje vrlo
visoke. Temperatura popuštanja odabire se iz dijagrama poboljšavanja kao kompromis
izme
ñ
u naprezanja te
č
enja i žilavosti. Dijagram poboljšavanja za
č
elik 42CrMo4 (
Č
4732),
koji je dobiven za uzorak promjera Ø 30 mm, može se vidjeti na slici 9.2. Na slici se može
vidjeti nagliji porast relativnog produljenja i kontrakcije za temperature popuštanja iznad
450°C.
Slika 9.2. Dijagram poboljšavanja za
č
elik 42CrMo4 dobiven za
uzorak Ø 30 mm kaljen u ulju [2]
Vrijeme držanja na temperaturi popuštanja su oko 1 sat za manje proizvode do nekoliko sati
za strojne elemente velikih dimenzija. Hla
ñ
enje s temperature popuštanja trebalo bi biti
dovoljno sporo da se izbjegnu toplinske napetosti i deformacije. Me
ñ
utim kod nekih
č
elika za
poboljšavanje takvim hla
ñ
enjem nastupa visokotemperaturna krhkost kada se popuštaju s
temperatura od 450 do 550°C. Rezultat toga je pojava niske žilavosti kod poboljšanih
č
elika.
Visokotemperaturna krhkost popuštanja ne nastupa kod uglji
č
nih
č
elika, niti kod
č
elika s više
od 0,2% Mo (ili više od 1% W), a ne nastupa niti ako se proizvod brzo hladi sa kriti
č
nih
temperatura popuštanja. Visokotemperaturna krhkost popuštanja ima povratni karakter te se
može eliminirati ponovnim popuštanjem na temperaturama oko 600°C i proizvoljnom
brzinom hla
ñ
enja ili popuštanjem na oko 500°C i brzim hla
ñ
enjem.
