Toplotna obdelava "štirje ognji"

1. Normalizacija

Beseda »normalizacija« ne opisuje narave postopka. Natančneje, gre za postopek homogenizacije ali rafiniranja zrn, zasnovan tako, da se sestava po celotnem delu dosledno uskladi. S toplotnega vidika je normalizacija postopek hlajenja v mirovanju ali vetru po avstenitizirajočem ogrevalnem delu. Običajno se obdelovanec segreje na približno 55 °C nad kritično točko na faznem diagramu Fe-Fe3C. Ta postopek je treba segreti, da se dobi homogena avstenitna faza. Dejanska uporabljena temperatura je odvisna od sestave jekla, običajno pa je okoli 870 °C. Zaradi inherentnih lastnosti litega jekla se normalizacija običajno izvaja pred obdelavo ingotov in pred utrjevanjem jeklenih ulitkov in odkovkov. Jekla, kaljena z zračnim kaljenjem, niso uvrščena med normalizirana jekla, ker ne pridobijo perlitne mikrostrukture, značilne za normalizirana jekla.

2. Žarjenje

Beseda žarjenje predstavlja razred, ki se nanaša na metodo obdelave s segrevanjem in zadrževanjem pri ustrezni temperaturi ter nato hlajenjem z ustrezno hitrostjo, predvsem za mehčanje kovine, hkrati pa ustvarja druge želene lastnosti ali mikrostrukturne spremembe. Razlogi za žarjenje vključujejo izboljšano obdelovalnost, enostavno hladno obdelavo, izboljšane mehanske ali električne lastnosti ter povečano dimenzijsko stabilnost, med drugim. Pri zlitinah na osnovi železa se žarjenje običajno izvaja nad zgornjo kritično temperaturo, vendar se kombinacija časa in temperature zelo razlikuje glede na temperaturno območje in hitrost hlajenja, odvisno od sestave jekla, stanja in želenih rezultatov. Ko se beseda žarjenje uporablja brez kvalifikatorja, je privzeto polno žarjenje. Ko je edini namen lajšanje napetosti, se postopek imenuje lajšanje napetosti ali žarjenje za lajšanje napetosti. Med popolnim žarjenjem se jeklo segreje na 90~180 °C nad A3 (hipoevtektoidno jeklo) ali A1 (hipoevtektoidno jeklo) in nato počasi ohladi, da se material lažje reže ali upogiba. Pri popolnem žarjenju mora biti hitrost ohlajanja zelo počasna, da se dobi grobi perlit. Pri žarjenju počasno ohlajanje ni potrebno, saj bo vsaka hitrost ohlajanja pod A1 dosegla enako mikrostrukturo in trdoto.

3. Kaljenje

Kaljenje je hitro ohlajanje jeklenih delov s temperature avstenitizacije ali raztopine, običajno v območju od 815 do 870 °C. Nerjaveče jeklo in visoko legirano jeklo se lahko kali za zmanjšanje karbida, ki obstaja na meji zrn, ali za izboljšanje porazdelitve ferita, vendar je pri večini jekel, vključno z ogljikovim jeklom, nizko legiranim jeklom in orodnim jeklom, kaljenje namenjeno mikroskopski količini martenzita. V tkivu se doseže nadzorovana količina martenzita. Cilj je doseči želeno mikrostrukturo, trdoto, trdnost ali žilavost z čim manjšim potencialom za preostale napetosti, deformacije in razpoke. Sposobnost kalilnega sredstva za utrjevanje jekla je odvisna od hladilnih lastnosti kalilnega medija. Učinek kaljenja je odvisen od sestave jekla, vrste kalilnega sredstva in pogojev uporabe kalilnega sredstva. Zasnova in vzdrževanje kalilnega sistema sta prav tako ključ do uspeha kaljenja.

4. Kaljenje

Pri tej obdelavi se predhodno kaljeno ali normalizirano jeklo običajno segreje na temperaturo pod spodnjo kritično točko in nato ohladi z zmerno hitrostjo, predvsem za povečanje plastičnosti in žilavosti, pa tudi za povečanje velikosti zrn matrice. Popuščanje jekla je ponovno segrevanje po kaljenju, da se doseže določena vrednost mehanskih lastnosti in sprosti napetost gašenja, da se zagotovi dimenzijska stabilnost. Popuščanju običajno sledi kaljenje od zgornje kritične temperature.