Visoka tehnička škola strukovnih studija

Seminarski rad

- Predmet: Termička obrada metala
- Tema: Termička obrada nerđajućih čelika

Student: Mladen Stanišić Mentor:
Broj indeksa: 188/2010 Mr. Zoran Karastojković

Novi Beograd, 2013.

SADRŽAJ

1. Uvod

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..……….………..

2. Termička obrada nerđajućih čelika

………………………………………………………………………………………………………………………….……...………….

2.1 Feritni nerđajući čelici

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………...……..

2.2 Austenitni nerđajući čelici

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………..

2.3 Austenitno-feritni (dupleks) nerđajući čelici

…………………………………………………………………………………………….…………………..

2.4 Martenzitni nerđajući čelici

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

2.5 Fazne transformacije pri zagrevanju

……………………………………………………………………………………………………………………………….…….

2.6 Razlaganje pothlađenog austenita (Dijagram izotermalne transformacije austenita)

……………....

2.7 Perlitna transformacija

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………

2.8 Martenzitna transformacija

………………………………………………………………………………………………………………………………………………..……….

2.9 Međufazna (beinitna) transformacija

……………………………………………………………………………………………………………………...…………

2.10 Izotermalna transformacija austenita

………………………………………………………………………………………………………………….………….

2.11 Transformacija austenita pri kontinuiranom hlađenju

……………………………………………………………………………….…..

2.12 Transformacija martenzita i zaostalog austenita pri zagrevanju (otpuštanje čelika)

………………………...….

2.13 Procesi termičke obrade čelika

……………………………………………………………………………………………………………………………………...…….

2.14 Žarenje

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………

2.15 Kaljenje

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………….

2.16 Prokaljivost čelika

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………..

2.17 Ispitivanje prokaljivosti čeonim hlađenjem

……………………………………………………………………………………………………………..

2.18 Načini kaljenja

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..…………..

2.19 Otpuštanje

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..………..

2.20 Poboljšanje

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

2.21 Gašenje

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………..

3. Termomehaničke obrade čelika

……………………………………………………………………………………………………………………………………………..…..

4. Površinsko kaljenje

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..…………

4.1 Površinsko kaljenje indukcionim zagrevanjem

…………………………………………………………………………………………….………….

4.2 Površinsko kaljenje zagrevanjem gasnim plamenom

……………………………………………………………………….………………..

5. Greške nastale u procesu termičke obrade

…………………………………………………………………………………………………………………...…..

6. Zaključak

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..………………….

7. Literatura

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

2.TERMIČKA OBRADA NERĐAJUĆIH ČELIKA

                   Nerđаjući čelik, ili kаko gа često žаrgonski nаzivаju rostfrаj (nem. Rostfreier Stahl -
nerđаjući čelik), je čelik legirаn u prvom redu hromom i niklom. Nerđаjući čelici poseduju niz
izuzetnih osobinа koje ih rаzlikuju od ostаlih klаsа čelikа. Kаo prvo koroziono su rezistentni,
zаhvаljujući   prvenstveno   uticаju   legirаjućeg   elementа   hromа,   u   širokom   spektru   koroziono
аgresivnih   sredinа.   Ništа   mаnje   neobičnа   osobinа   je   nemаgnetičnost   аustenitnih   nerđаjućih
čelikа   koju   duguju   u   prvom   redu   niklu   kаo   legirаjućem   elementu,   koji   stаbilizuje
visokotemperаturnu, nemаgnetičnu, površinski centrirаnu kubnu modifikаciju železа - аustenit.

Slika 1. Karakteristične mikrostrukture pojedinih grupa nerđajućih čelika

2.1 Feritni nerđajući čelici

          Feritni nerđajući čelici sadrže 13 - 17% hroma i manje od 0,1% ugljenika, te imaju feritnu
mikrostrukturu bez sposobnosti fazne transformacije i usitnjenja kristalnog zrna. Usitnjenje zrna
moglo bi se postići u nekim slučajevima pomoću hladne deformacije (stepen deformacije 30 -
50%), te rekistalizacijskim  žarenjem  (npr. 615  °C/15  minuta; hlađenje na vazduhu  ili vodi).
Feritni   nerđajući   čelici   su   visoko   korozijski   otporni   na   delovanje  nitratne   kiseline  i   njenih
vodenih   otopina,   smesi   nitratne,   fosforne   i  sone   kiseline.   Nasuprot   tome,   nisu   otporni   na

delovanje aluminijuma, antimona, olova, barijumovog hlorida, broma itd. Ostala svojstva feritnih
nerđajućih čelika su: relativno su mekani, slabo zavarljivi zbog sklonosti pogrubljenju kristalnog
zrna (> 900 °C), slaba deformabilnost, dobra obradljivost odvajanjem čestica (bolja od
austenitnih), loša postojanost u hloridnim rastvorima (npr. morska voda), dodatkom molibdena
povećava im se otpornost na koroziju, ekonomski prihvatljiviji od ostalih nerđajućih čelika,
skloni lomu pri niskim temperaturama. Uklanjanje ili smanjenje navedenih nedostataka može se
postići podizanjem udela hroma, sniženjem udela ugljenika, te legiranjem s molibdenom i
niklom. Znatna poboljšanja svojstava postižu se porastom čistoće feritnih čelika, tj. dobijanjem
vrlo niskih udela nečistoća i primesa pomoću savremenih metoda rafinacije (npr. indukcijska
vakuumska peć, elektronski mlaz i sl.). Zbog niskih udela “dodataka“ takvi čelici se nazivaju
ELA čelici (eng. Extra Low Additions).

2.2 Austenitni nerđajući čelici

          Austenitni nerđajući čelici uglavnom sadrže 0,02 - 0,15% ugljenika, 15 - 20% hroma, 7 -
20%  nikla, uz moguće dodavanje određene količine  molibdena,  titanijuma,  niobijuma,  tantala.
Svi   dodaci   dovode   do   pojave  ferita  u  mikrostrukturi.   Glavna   prednost   ove   grupe   čelika   je
otpornost   na   interkristalnu   koroziju.   Glavna   svojstva   austenitnih   nerđajućih   čelika   su:   nema
mogućnosti usitnjavanja zrna, nemagnetični su, veće su deformacije tokom zavarivanja nego kod
feritnih čelika, odlična plastičnost, legiranjem s molibdenom, volframom i vanadijumom postiže
se dobra otpornost pri temperaturama iznad 600 °C, visoka žilavost, oksidacijska i korozijska
otpornost,   visok   odnos   čvrstoća/masa,   dobra   svojstva   pri   niskim   temperaturama,   postojana
austenitna   struktura,   kristalna   rešetka   koja   osigurava   visoku   deformabilnost,   nisu   skloni
povećanju kristalnog zrna u zoni uticaja toplote tokom zavarivanja.

2.3 Austenitno-feritni (dupleks) nerđajući čelici

Dupleks čelici poseduju dvofaznu austenitno -feritnu mikrostrukturu sa 40 - 60% ferita.
Čelik s 22 - 24% hroma i 6 - 8% nikla pri temperaturi 20 °C, tj. zagrejan do ≈ 1000 °C sastojaće
se od ferita i austenita. Ukoliko su prisutni ostali legirajući elementi tada vredi da dodatak
molibdena, silicijuma, titanijuma i niobijuma deluje slično kao porast sadržaja hroma, a
mangana, bakra i ugljenika kao povišenje sadržaja nikla. Povišenjem temperature iznad 1000° C
poraste udeo ferita, a smanjuje se udeo austenita tako da čelik s 22% hroma i 8% nikla pri
1350°C poseduje jednofaznu feritnu mikrostrukturu. Jedan od glavnih ciljeva legiranja dupleks
čelika je održavanje dovoljno visokog udela austenita, što je posebno važno tokom zavarivanja

Slika 2. Deo dijagrama stanja Fe–Fe

C i šematski prikaz obrazovanja austenitnih zrna u procesu

zagrevanja.

Zagrevanjem podeutektoidnih čelika, strukture ferit + perlit, proces austenitizacije

počinje pri dostizanju temperature u kritičnoj tački Ac1  (linija PS, temperatura 727°C) perlit
transformiše   u   austenit   i   obrazuje   se   struktura   ferit   +   austenit.   Daljim   zagrevanjem   ferit   se
postepeno transformiše u austenit i dostizanjem temperature koja odgovara kritičnoj tački Ac3
(linija GS), struktura čelika postaje austenitna. Pri zagrevanju nadeutektoidnih čelika, struktura
perlit   +   cementit,   dolazi   do   analogne   transformacije,   s   tom   razlikom   što   se   ovde   cementit
potpuno transformiše u austenit pri dostizanju temperature u kritičnoj tački ACm (linija SE).
                    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.

2.6 Razlaganje pothlađenog austenita. (Dijagram izotermalne transformacije austenita)

Razlaganje austenita događa se samo na temperaturama nižim od 727°C (kritična tačka

Ar1), Za opisivanje kinetike transformacije pothlađenog austenita koriste se eksperimentalno
dobijeni dijagrami vreme–temperatura–stepen razlaganja, ili dijagrami izotermalne