Termička obrada metala  

Opći pregled 

Termička obrada metala obuhvata niz toplotnih procesa kojima se mijenjaju fizičke i mehaničke osobine metalnih materijala, prije svega čelika, bez promjene njihovog hemijskog sastava. Proces uključuje kontrolisano zagrijavanje, zadržavanje na određenoj temperaturi i hlađenje metala u cilju postizanja željenih svojstava kao što su:

• tvrdoća,

• žilavost,

• otpornost na habanje,

• obradivost,

• dimenzijska stabilnost.

Mikrostrukturne promjene tokom termičke obrade uslovljene su transformacijom kristalnih struktura – naročito faze austenita u ferit, perlita, bainit i martenzit, ovisno o brzini hlađenja i temperaturama procesa (1).

Termička obrada je ključna u metaloprerađivačkoj industriji, naročito u mašinstvu, alatnoj proizvodnji, automobilskoj, vazduhoplovnoj i energetskoj industriji (2).

Vrste termičke obrade 

1. Žarenje (Annealing)

Cilj: Oslobađanje unutrašnjih napona, poboljšanje plastičnosti, omekšavanje materijala i poboljšanje obradivosti.

Postupak: Metal se zagreva do određene temperature (ispod ili iznad kritičnih tačaka), zadržava određeno vrijeme, a zatim se polako hladi, najčešće u peći.

Vrste žarenja:

• Potpuno žarenje – koristi se za čelike radi omekšavanja i dobivanja grube perlitne strukture.

• Rekristalizaciono žarenje – uklanja deformacije nastale plastičnom obradom na hladno.

• Stresno žarenje – otklanja unutrašnje napone nakon zavarivanja ili obrade.

2. Normalizacija (Normalizing)

Cilj: Dobijanje ujednačene i fine mikrostrukture, povećanje čvrstoće i udarne žilavosti.

Postupak: Čelik se zagreva na temperaturu iznad gornje kritične tačke (Ac₃), zatim se hladi na vazduhu. Rezultat je sitnozrnata perlitno-feritna struktura.

Primjena: Srednjeugljenični i niskolegirani čelici – prije obrade rezanjem ili zavarivanja.

3. Kaljenje (Quenching)

Cilj: Povećanje tvrdoće i čvrstoće.

Postupak: Metal se zagreva do austentitne oblasti (iznad Ac₃), drži na toj temperaturi, a zatim se naglo hladi (u vodi, ulju, polimerima ili vazduhu).

Rezultat: Formira se tvrda i krta martenzitna struktura.

Nedostatak: Značajni unutrašnji naponi i krtost – zato se nakon kaljenja primenjuje popuštanje.

4. Popuštanje (Tempering)

Cilj: Smanjenje krtosti kaljenog metala, povećanje žilavosti uz zadržavanje potrebne tvrdoće.

Postupak: Kaljeni metal se ponovo zagreva na nižu temperaturu (150–700 °C), zatim se polako hladi. Temperatura određuje balans između tvrdoće i žilavosti.

Primjena: Kod alatnih čelika, brzoreznih čelika, opruga i delova izloženih udaru.

5. Austempering i Martempering

Savremenije metode koje koriste izotermno hlađenje za kontrolisano dobijanje bainitne ili martenzitne strukture, uz manja unutrašnja naprezanja i distorzije.

Austempering: hladi se do bainitne oblasti, zadržava dok se ne formira bainit.

Martempering: hladi se do malo iznad temperature martenzitske transformacije, zatim se usporeno hladi kako bi se smanjila unutrašnja naprezanja.

6. Površinske termičke obrade

Cilj: Ojačavanje površine uz zadržavanje žilave jezgre.

Cementacija – difuziono unošenje ugljenika u površinske slojeve.

Nitriranje – unošenje azota; povećava otpornost na habanje i koroziju.

Indukciono i plameno kaljenje – lokalno zagrevanje površine pomoću indukcije ili plamena, zatim brzo hlađenje.

Zaključak:

Termička obrada je ključna za optimizaciju osobina metala u zavisnosti od njihove primjene. Razumevanje pojedinačnih postupaka omogućava racionalno projektovanje materijala, duži vijek trajanja i povećanu bezbjednost u radu. U industriji, kombinacije različitih tretmana daju najbolje rezultate – naročito kod alatnih čelika, dijelova za automobile i preciznih mašinskih komponenti.

1. S. Kalpakjian, S. Schmid, Manufacturing Engineering and Technology, Pearson, 2014. ↩
   
   

2. J. R. Davis, Heat Treating: Understanding the Basics, ASM International, 1995. ↩

Peč za termičku obradu