AVSTENIZACIJA
Pri vsaki toplotni obdelavi se izdelki najprej segrejejo na določeno temperaturo, pri kateri se določen čas zadržijo in se nato z določeno hitrostjo ohladijo. Faza segrevanja se imenuje avstenizacija, faza ohlajanja pa transformacija avstenita. Ta dva procesa sta prisotna skoraj pri vseh postopkih toplotne obdelave. Dosežene lastnosti bodo dobre samo po pravilni izvedbi obeh faz. Napake, ki so narejene samo pri eni fazi, lahko bistveno poslabšajo lastnost izdelkov. Zato je poznavanje procesov, ki potekajo v materialu pri segrevanju in pri ohlajanju zelo pomembno.
Avstenizacija je proces segrevanja in zadrževanja izdelka na temperaturi pri kateri jeklo ima avstenitno strukturo. Pri tem se perlitna struktura, ki je obstojna pri sobni temperaturi, spremeni v avstenitno. Avstenizacija je izvedena pravilno, če so upoštevani naslednji parametri:
| 1.Temperatura |
| 2.Hitrost segrevanja in |
| 3.Vpliv legirnih elementov. |
1.Temperatura
a) Previsoko izbrana temperatura:
– povzroča grobozrnatost
– povzroča razogličenje površine
– povečano oksidacijo
Pri previsoki temperaturi, zaradi povečanih difuzijskih procesov, se več kristalnih zrn združi v eno večje. Pri ohlajanju, iz enega kristalnega zrna, nastane le eno perlitno zrno. Nastala grobozrnatost se odpravi le s ponovnim normalizacijskim žarjenjem. Razogličenje in oksidacija se preprečijo z izbiro ustrezne zaščitne atmosfere. Iz spodnjega diagrama je razvidno, da na velikost kristalnega zrna bistveno bolj vpliva temperatura kot pa čas avstenizacije. Po avstenizaciji pri 1050°C je kristalno zrno dvakrat večje kot je pri 830°C.
- b) Prenizko temperatura avstenizacije:
– avstenizacija ni popolna
– avstenizacija traja zelo dolgo
Proces avstenizacije se sestoji iz naslednjih faz:
- Razpad Fe3C na Fe in C
- SpremembaαFe v γFe
- Raztapljanje prostega C v avstenitu
- Homogenizacija – ogljik se mora porazdeliti enakomerno po celem kristalnem zrnu
Čas za potek posameznih faz avstenizacije je odvisen od temperature in sestave jekel. Vpliv temperature na čas popolne avstenizacije je razviden iz diagrama. Pri temperaturi 740°C: ferit se spremeni v avstenit po 120 s ogljik se raztopi v avstenitu po 640 s homogenizacija se konča po 3200 s skupno: 1 ura in 6 min ali 3960 s Pri 800°C, celotna avstenizacija traja manj kot 10 sekund
2. Hitrost segrevanja
Pri segrevanju in ohlajanju izdelkov so temperature na površini in v notranjosti izdelkov zelo različne. Te razlike naraščajo z večanjem hitrosti segrevanja in ohlajanja. Na temperaturne razlike vpliva tudi toplotna prevodnost materiala in velikost izdelkov. Posledica temperaturnih razlik je termično raztezanje in s tem pojav notranjih napetosti med posameznimi deli presekov. Večje notranje napetosti zmanjšujejo trdnost ter povzročajo deformacije in nastanek notranjih razpok. Na skici so narisane napetosti in razpoke, ki se pojavijo:
A med segrevanjem – tangencialne razpoke
B med ohlajanjem – radialne razpoke
Učinke notranjih napetosti zmanjšamo, če izberemo ustrezne hitrosti (čas) segrevanja in ohlajanja. V praksi je čas avstenizacije določen po spodnji enačbi:
tc = ( 1 do 2 ) × d
t3 = 0,2 × tc
t1 + t2 = 0,8 × tc
d = premer izdelka
tc = čas celotne avstenizacije v min
t1 = čas segrevanja z manjšo hitrostjo.
Notranje napetosti nastajajo do temperature plastičnosti materiala (Tpl). Nad to temperaturo so deformacije samo plastične in so lahko hitrosti segrevanja nekoliko večje. t2 = čas segrevanja z večjo hitrostjo t3 = čas zadrževanja na temperaturi avstenizacije. S tem se doseže izenačitev temperature po celem presek
3.Vpliv legirnih elementov
– Vpliv legirnih elementov je zelo zapleten. Upoštevati moramo naslednje njihove učinke:
– vplivajo na obliko diagrama Fe – Fe3C in s tem tudi na temperaturo avstenizacije.
– Nekateri se vežejo z ogljikom tako, da tvorijo zelo stabilne karbide, ki razpadajo pri višjih temperaturah. V takih primerih ves ogljik ne bo raztopljen v avstenitu.
– Znižujejo difuzijsko hitrost ogljika, zato so potrebne višje temperature avstenizacije.
– Vplivajo na toplotno prevodnost jekel, zato so hitrosti segrevanja lahko večje ali manjše.
Praviloma so temperature avstenizacije, legirnih jekel nekoliko višje, časi pa so daljši. Ustrezne podatke o temperaturah segrevanja in hitrostih ohlajanja, za določen namen obdelave, najdemo v katalogih proizvajalcev jekel.