ŽARJENJE JEKEL

Žarjenje imenujemo postopke toplotne obdelave pri katerih izdelek segrejejo na določeno temperaturo, ga pri določeni temperaturi zadržujemo toliko časa, kot je potrebno za določene spremembe in ga nato počasi ohladijo, brez pretirane naglice. . Temperatura in čas žarjenja sta odvisni od namena, ki ga hočemo doseči. Najbolj pogosti so naslednji postopki žarenja:

1.Homogenizacijsko ali difuzijsko.
2..Žarjenje za gnetenje v toplem.
3.Normalizacijsko.
4.Mehko.
5. Žarjenje za odpravo notranjih  napetosti.
6. Rekristalizacijsko žarjenje

1.HOMOGENIZACIJSKO Homogenizacijsko ali difuzijsko žarjenje se izvaja z namenom, da se odpravi kemična nehomogenost. Pri obravnavi diagramov stanj smo spoznali, da se med kristalizacijo zlitin, sestava trde in tekoče faza ves čas spreminja. Kristalna zrna, ki nastanejo v začetku kristalizacije imajo čisto drugačno sestavo od tistih, ki nastanejo proti koncu. Omenili smo tudi blokovno nehomogenost, ki je posledica velikih razlik v gostoti in temperatur taljenja posameznih komponent. Nehomogenost sestave povzroča velike razlike mehanskih in ostalih lastnosti. Pri jeklih se homogenizacija izvaja v temperaturnem intervalu 180 do 300°C nad črto Ac3. Pri zlitinah barvnih kovin pa nekaoliko pod solidus črto. Čas žarenja je zelo dolg; celo do 100 ur. Visoke temperature in daljši časi žarenja povzročajo lahko oksidacijo in razogličenje površine ter grobozrnatost strukture. Oksidacijo in razogličenje se prepreči z uporabo ustrezne zaščitne atmosfere. Grobozrnatost se lahko odpravi z ponovnim normalizacijskim žarjenjem. Homogenizacijsko žarjenje se pogosto uporablja pri zlitinah barvnih kovin. Pri Fe zlitinah se uporablja le pri zahtevnih odlitkih iz jeklene, nodularne in legirane sive litine.

2.ŽARJENJE ZA GNETENJE v toplem stanju. Preoblikovanje poteka hitreje in z manj energije, če se izvaja nad temperaturami pri katerih je material plastičen. Pri tem se material ne utrjuje in ne nastajajo notranje razpoke. Preoblikovanje poteka v toplem stanju, če je temperatura višja od temperature rekristalizacije. Pri jeklih se preoblikovanje začne začne in konča v avstenitnem področju (1200 do 800°C). Pri preoblikovanju v dvofaznem (avstenitno-feritnem) področju, zaradi različnih mehanskih lastnosti ferita in avstenita, je možnost notranjih razpok bistveno večja.

3.NORMALIZACIJSKO. Spoznali smo, da je struktura odlitkov heterogena po obliki in velikosti. Pri toplotni obdelavi lahko nastane grobozrnatost. Pri hladnem preoblikovanju lahko nastane trakasta struktura. Strukturo ponovno spremenimo v normalno velikost in obliko z normalizacijskim žarjenjem. Tehnološki postopki, pri katerih dobimo neprimerno strukturo, ki jo z normaliziranjem popravimo, so valjanje, kovanje, litje in varjenje.   Normalizacija poteka pri temperaturah 30 do 50°C nad črto GOSE (ali GSK) Čas normalizacije je 1 ura za 25 mm premera.

4.MEHKO ŽARJENJE. Pri hitrem ohlajanju se posamezni deli izdelkov po vlivanju, varjenju ali toplotni obdelavi lahko zakalijo. Z mehkim žarjenjem se zmanjša trdnost in trdota materialov, izboljša pa se obdelavnost. Jekla imajo najboljšo obdelavnost, če je njihova trdota 160 do 200 HB.  Pri tej toplotni obdelavi se karbidi (n.pr. ploščice Fe3C pri lamenarnem perlitu) oblikujejo v majhne kroglice (zrnati perlit). Temperatura mehkega žarenja je odvisna od deleža ogljika. Za podevtektoidna jekla je pod 723, za evtektoidna pa okrog 723°C. Nadevtektoidna jekla se žarijo tako, da temperatura večkrat zaniha okrog 732°C.Žarjenje poteka s počasnim segrevanjem in počasnim ohlajanjem ter traja nekaj ur.

5.ŽARJENJE ZA ODPRAVO NOTRANJIH NAPETOSTI Hitro segrevanje in ohlajanje je vzrok, da so temperaturne razlike med zunanjimi in notranjimi deli preseka izdelkov zelo velike. To povzroča pojav napetosti med posameznimi deli elementov. Vzroki za nastajanje notranjih napetosti so: termični raztezek (?l), zaradi različnih temperatur transformacijski – nastajajo zaradi skokovitih sprememb volumna pri transformaciji strukturni – zunanji deli imajo drugačno strukturo od jedra. Posamezne strukture imajo različno specifično prostornino. Učinki notranjih napetosti so: zmanjšujejo trdnost in žilavost povzročajo deformacije povzročajo pojav notranjih razpok porušitev elementov Najboljši način odpravljanja učinkov notranjih napetosti je preprečitav njihovega nastajanja. V primerih, ko to ni možno se izdelki popuščajo. Notranje napetosti so odpravljene delno, po žarenju pri 200 do 400°C ali popolno, če je popuščanje izvedeno nad temperaturo plastičnosti materiala. Temperature popolne odprave notranjih napetosti pri jeklih so: konstrukcijska 550 do 600°C * Čas popuščanja je 2 do 6 ur. orodna  600 do 650°C Segrevanje in ohlajanje poteka zelo počasi. hitrorezna  700°C

 

6.REKRISTALIZACIJSKO ŽARJENJE. Pri preoblikovanju v hladnem stanju se materiali utrjujejo. Trdnost in trdota naraščata, plastičnost in žilavost pa padata. Po določenem procentu preoblikovanja plastičnost pade tako nizko, da je nadaljnje preoblikovanje, zaradi nastajanja razpok nemogoče. Material se ponovno omehča z rekristalizacijskim žarjenjem. Temperatura rekristalizacije je odvisna od kemične sestave in od stopnje deformacije. Čim višji je bil procent hladne deformacije tem nižja je temperatura rekristalizacije.  Trk ~ 0,4 × Ttal   za jeklo Trk ~ (0,4 ÷ 0,6) × Ttal za barvne kovine in zlitine Pri rekristalizacijskem žarenju material prekristalizira. Prekristalizacija vsakega kristalnega zrna se izvrši iz več centrov (ponavadi na kristalnih mejah) tako, da iz enega kristalnega zrna nastane več manjših. Na ta način struktura postane bolj finozrnata kot je bila na začetku. Pri tem se je števila dislokacij (napake v kristalni zgradbi) bistveno zmanjšalo, zato material postane ponovno mehkejši in plastičen.  * Pri rekristalizaciji po določeni (kritični) stopnji deformacije so nastala kristalna zrna lahko zelo groba, zato se jo izogibajo. Pri jeklih je ta kritična stopnja deformacije med 10 in 20%