Žarjenje in normalizacija sta obe metodi toplotne obdelave, kjer se jeklo segreje na ustrezno temperaturo, zadržuje določen čas in nato počasi ohladi. Glavna razlika je v tem, da se žarjenje običajno izvaja s hlajenjem v peči, normalizacija pa z zračnim hlajenjem.
1.1 Žarjenje
Žarjenje je postopek toplotne obdelave, pri katerem jeklo segrejemo na določeno temperaturo, jo zadržujemo določen čas in nato počasi ohladimo.
(1) Namen žarjenja
Zmanjšajte trdoto in izboljšajte obdelovalnost obdelovanca;
Odpravite preostale napetosti, da preprečite deformacijo in razpoke obdelovanca;
Izboljšajte zrnato strukturo in izboljšajte organizacijo, da izboljšate mehanske lastnosti jekla in pripravite strukturo za končno toplotno obdelavo.
(2) Vrste in uporabe žarjenja
Odvisno od kemične sestave jekla in namena žarjenja ga lahko razvrstimo v polno žarjenje, izotermno žarjenje, sferoidizirajoče žarjenje, homogenizirajoče žarjenje, rekristalizacijsko žarjenje in žarjenje za razbremenitev napetosti.
Popolno žarjenje
Popolno žarjenje vključuje segrevanje jekla na popolnoma avstenitizirano temperaturo (Ac3 + 30 stopinj ~50 stopinj), zadrževanje za nekaj časa in nato ohladitev v peči pod 550 stopinj pred zračnim hlajenjem, da se doseže skoraj ravnovesna struktura .
Popolno žarjenje se uporablja predvsem za toplotno obdelavo ulitkov, odkovkov, vroče valjanih profilov in varjenih konstrukcij iz hipoevtektoidnega jekla. Ni primeren za hiperevtektoidno jeklo, saj lahko segrevanje hiperevtektoidnega jekla nad temperaturo Accm za popolno avstenitizacijo povzroči izločanje mrežastega sekundarnega cementita vzdolž meja avstenitnih zrn med počasnim procesom ohlajanja, kar zmanjša trdnost in žilavost jekla.
Izotermno žarjenje
Izotermno žarjenje vključuje segrevanje jekla nad Ac3 (ali Ac1), zadrževanje za določen čas in nato hitro ohlajanje na temperaturo pod Ar1 za izotermno obdelavo, da se avstenit spremeni v strukturo tipa perlita, čemur sledi počasno ohlajanje.
Namen izotermnega žarjenja je enak kot pri popolnem žarjenju, vendar lahko nadzoruje želeno strukturo in lastnosti s prilagajanjem izotermne temperature. Izotermno žarjenje se običajno uporablja za žarjenje legiranega jekla s stabilnim avstenitom. V primerjavi s popolnim žarjenjem izotermno žarjenje bistveno skrajša čas žarjenja in doseže boljše rezultate.
Sferoidizirajoče žarjenje
Sferoidizirajoče žarjenje je postopek toplotne obdelave, pri katerem se evtektoidno ali nadevtektoidno jeklo segreje nad Ac1 za 20 do 30 stopinj, se zadrži določeno obdobje in nato ohladi v peči pod 550 stopinj pred zračnim hlajenjem, da nastanejo zrnati karbidi.
Ta postopek se uporablja predvsem za evtektoidna ali nadevtektoidna ogljikova in legirana jekla. Ta jekla pogosto vsebujejo grobi lamelni perlit in sekundarni cementit po vročem valjanju ali kovanju, kar zmanjša njihovo obdelovalnost in lahko povzroči deformacije in razpoke med kaljenjem. Sferoidizirajoče žarjenje lahko pretvori lamelni cementit in mrežasti sekundarni cementit v perlitu v sferične karbide. Ta struktura, kjer so sferični karbidi enakomerno porazdeljeni na feritni matrici, se imenuje sferoidizirani perlit.
Pri jeklu s sekundarnim cementitom z močno mrežo se lahko najprej izvede postopek normalizacije, da se mreža razbije pred sferoidizirajočim žarjenjem.
Homogenizirajoče žarjenje
Znano tudi kot difuzijsko žarjenje, homogenizirajoče žarjenje segreva ingot, ulitek ali kovanje na 100 stopinj 15 ur in nato počasi ohlaja, da se doseže enotna struktura. Čeprav ta metoda porabi več energije in je draga, se v glavnem uporablja za visokokakovostne ingote, ulitke ali odkovke iz legiranega jekla, da se elementi v jeklu dovolj razpršijo za homogenizacijo. Po homogenizirajočem žarjenju lahko velikost zrn postane groba, zato je za prečiščevanje zrn potrebno popolno žarjenje ali normalizacija.
Žarjenje za lajšanje stresa
Znan tudi kot nizkotemperaturno žarjenje, ta postopek segreje obdelovanec na 100 stopinj ~200 stopinj pod Ac1 (običajno med 500 in 600 stopinjami), zadrži določeno obdobje in se nato počasi ohladi v peči. Ker je temperatura ogrevanja pod točko A1, med postopkom žarjenja za razbremenitev napetosti ne pride do fazne spremembe.
Žarjenje za razbremenitev napetosti se uporablja predvsem za odpravo preostale napetosti v ulitkih, odkovkih, varjenih delih, hladno vtisnjenih delih in strojno obdelanih komponentah za stabilizacijo dimenzij obdelovanca, zmanjšanje deformacije in preprečevanje razpok zaradi napetosti med nadaljnjo obdelavo ali uporabo.
1.2 Normalizacija
Normalizacija vključuje segrevanje jekla na 30 stopinj ~50 stopinj nad Ac3 (ali Accm) za popolno avstenitizacijo, čemur sledi zračno hlajenje, da dobimo finejšo perlitno strukturo. Ko je vsebnost ogljika pod 0,6 %, je normalizirana struktura ferit + sorbit; ko vsebnost ogljika presega 0,6%, je to sorbit.
Glavna razlika med normalizacijo in žarjenjem je, da je hitrost ohlajanja pri normalizaciji hitrejša, kar ima za posledico boljšo strukturo, večjo trdnost in trdoto. Postopek je preprost, proizvodni cikel pa krajši. Normalizacija se uporablja predvsem v naslednjih primerih:
Izboljšanje obdelovalnosti nizkoogljičnega jekla in nizkoogljičnega legiranega jekla
Struktura po normalizaciji je fini perlit, ki izboljša trdoto in zmanjša "lepljivost" med obdelavo ter tako zmanjša hrapavost površine obdelovanca.
Odstranjevanje mrežnega cementita
Normalizacija lahko odstrani močan mrežni cementit v nadevtektoidnem jeklu ali površinsko plast karburiziranih delov.
Predtoplotna obdelava delov iz srednje ogljikovega jekla
Normalizacija lahko odpravi grobo zrnate strukture in preostale napetosti ter pripravi strukturo za končno toplotno obdelavo.
Končna toplotna obdelava za navadne strukturne dele
Za nekatere velike ali zapletene dele, pri katerih lahko kaljenje povzroči razpoke, se lahko kot končna toplotna obdelava namesto kaljenja in popuščanja uporabi normalizacija.
