Svrha toplinske obrade je poboljšati mehanička svojstva čeličnih cijevi i preciznih čeličnih cijevi, eliminirati zaostala naprezanja i poboljšati obradivost čeličnih metala. Ovisno o specifičnim ciljevima, procesi toplinske obrade mogu se općenito klasificirati u dvije kategorije: pripremna toplinska obrada i završna toplinska obrada.
Pripremna toplinska obrada
Cilj pripremne toplinske obrade je poboljšati obradivost, ukloniti unutarnja naprezanja i pripremiti povoljnu metaluršku strukturu za završnu toplinsku obradu. Uključeni procesi uključuju žarenje, normalizaciju, starenje te kaljenje i popuštanje.
(1) Žarenje i normaliziranje
Žarenje i normaliziranje primjenjuju se na vruće obrađene proizvode. Ugljični čelici i legirani čelici s udjelom ugljika većim od 0,5% često se žare kako bi se smanjila njihova tvrdoća i olakšalo rezanje. Nasuprot tome, oni s udjelom ugljika ispod 0,5% podvrgavaju se normalizaciji kako bi se izbjegla pretjerana mekoća koja može dovesti do lijepljenja alata tijekom rezanja. Žarenje i normalizacija također pročišćavaju zrnate strukture, homogeniziraju mikrostrukture i pripremaju materijal za naknadnu toplinsku obradu. Ovi se procesi obično provode nakon proizvodnje sirovih dijelova i prije grube strojne obrade.
(2) Liječenje starenja
Tretman starenjem prvenstveno se koristi za uklanjanje unutarnjih naprezanja koja nastaju tijekom proizvodnje i strojne obrade. Za dijelove koji zahtijevaju opću preciznost, dovoljan je jedan tretman starenja prije završne obrade kako bi se izbjegao prekomjerni transport. Međutim, za dijelove s većim zahtjevima za preciznošću (kao što je kutija stroja za koordinatno bušenje), mogu biti potrebna dva ili više postupaka starenja. Jednostavni dijelovi općenito ne zahtijevaju tretman starenja.
Osim odljevaka, precizni dijelovi slabe krutosti (npr. precizni vodeći vijci) često se podvrgavaju višestrukim tretmanima starenja između grube i poluzavršne strojne obrade kako bi se uklonila unutarnja naprezanja i stabilizirala točnost obrade. Neki aksijalni dijelovi također zahtijevaju tretman starenjem nakon ravnanja.
(3) Kaljenje i kaljenje
Kaljenje i kaljenje uključuje kaljenje nakon čega slijedi kaljenje na visokoj temperaturi. Ovaj proces daje ujednačenu i fino zrnatu kaljenu strukturu sorbita, pripremajući materijal za smanjenu deformaciju tijekom naknadnog površinskog kaljenja i nitriranja. Dakle, kaljenje i popuštanje također mogu poslužiti kao pripremna toplinska obrada.
Zbog izvrsnih sveobuhvatnih mehaničkih svojstava, kaljenje i kaljenje se također mogu koristiti kao završna toplinska obrada za dijelove s umjerenim zahtjevima za tvrdoću i otpornost na trošenje.
Završna toplinska obrada
Cilj završne toplinske obrade je poboljšati mehanička svojstva kao što su tvrdoća, otpornost na trošenje i čvrstoća.
(1) Kaljenje
Kaljenje može biti površinsko ili kroz kaljenje. Površinsko kaljenje je široko korišteno zbog minimalne deformacije, oksidacije i dekarburizacije. Nudi visoku vanjsku čvrstoću, dobru otpornost na trošenje i održava dobru unutarnju žilavost i otpornost na udarce. Kako bi se poboljšala mehanička svojstva površinski kaljenih dijelova, pripremne toplinske obrade kao što su kaljenje i popuštanje ili normalizacija često se izvode prije. Tipični tok procesa je: rezanje → kovanje → normalizacija (ili žarenje) → gruba obrada → kaljenje i popuštanje → poluzavršna obrada → površinsko kaljenje → završna obrada.
(2) Karburizacija i kaljenje
Naugljičavanje i kaljenje prikladni su za niskolegirane i niskolegirane čelike. Ovaj proces povećava sadržaj ugljika na površini dijela, što rezultira visokom površinskom tvrdoćom nakon kaljenja, dok jezgra zadržava umjerenu čvrstoću, visoku žilavost i plastičnost. Naugljičenje može biti potpuno ili djelomično, pri čemu potonje zahtijeva mjere protiv naugljičavanja (npr. bakrenje ili premazi protiv naugljičavanja) za područja koja nisu naugljičena. Zbog značajne deformacije i dubine naugljičavanja obično između 0,5 i 2 mm, postupak naugljičavanja općenito je raspoređen između poluzavršne i završne strojne obrade.
Tipični tijek procesa je: rezanje → kovanje → normalizacija → gruba i poluzavršna obrada → pougljičenje i kaljenje → završna obrada.
Kada se neugljičeni dio djelomično naugljičenog dijela poveća kako bi se omogućilo uklanjanje viška naugljičenih slojeva, ovaj korak uklanjanja trebao bi se dogoditi nakon naugljičenja, ali prije gašenja.
(3) Nitriranje
Nitriranje uključuje infiltraciju atoma dušika u metalnu površinu kako bi se formirao sloj dušikovih spojeva. Nitrirani sloj povećava tvrdoću površine dijela, otpornost na habanje, čvrstoću na zamor i otpornost na koroziju. Budući da nitriranje radi na niskim temperaturama s minimalnom deformacijom i proizvodi tanak sloj (obično ne više od 0.6-0.7 mm), postupak nitriranja treba zakazati što je kasnije moguće. Kako bi se smanjila deformacija tijekom nitriranja, nakon rezanja se obično izvodi kaljenje na visokoj temperaturi za ublažavanje naprezanja.
