Namen toplotne obdelave je izboljšati mehanske lastnosti jeklenih cevi in preciznih jeklenih cevi, odpraviti preostale napetosti in izboljšati obdelovalnost jeklenih kovin. Glede na posebne cilje lahko postopke toplotne obdelave na splošno razvrstimo v dve kategoriji: pripravljalno toplotno obdelavo in končno toplotno obdelavo.
Pripravljalna toplotna obdelava
Cilj pripravljalne toplotne obdelave je izboljšanje obdelavnosti, odprava notranjih napetosti in priprava ugodne metalurške strukture za končno toplotno obdelavo. Vključeni postopki vključujejo žarjenje, normalizacijo, staranje ter kaljenje in popuščanje.
(1) Žarjenje in normalizacija
Žarjenje in normalizacija se uporabljata za vroče obdelane surovce. Ogljikova jekla in legirana jekla z vsebnostjo ogljika nad 0,5 % se pogosto žarijo, da se zmanjša njihova trdota in olajša rezanje. Nasprotno pa so tista z vsebnostjo ogljika pod 0,5 % podvržena normalizaciji, da se prepreči prekomerna mehkoba, ki lahko vodi do lepljenja orodja med rezanjem. Žarjenje in normaliziranje tudi izboljša zrnate strukture, homogenizira mikrostrukture in pripravi material za nadaljnje toplotne obdelave. Ti postopki se običajno izvajajo po proizvodnji surovcev in pred grobo obdelavo.
(2) Zdravljenje staranja
Obdelava s staranjem se uporablja predvsem za odpravo notranjih napetosti, ki nastanejo med proizvodnjo surovcev in strojno obdelavo. Za dele, ki zahtevajo splošno natančnost, zadostuje enkratno staranje pred končno obdelavo, da se izognete čezmernemu transportu. Za dele z višjimi zahtevami glede natančnosti (kot je ohišje koordinatnega vrtalnega stroja) pa sta lahko potrebni dve ali več obdelav staranja. Preprosti deli na splošno ne zahtevajo staranja.
Poleg ulitkov so natančni deli s slabo togostjo (npr. natančni vodilni vijaki) pogosto podvrženi večkratnemu staranju med grobo in polkončno obdelavo, da se odpravijo notranje napetosti in stabilizira natančnost obdelave. Nekateri aksialni deli po ravnanju zahtevajo tudi obdelavo staranja.
(3) Kaljenje in kaljenje
Kaljenje in popuščanje vključuje kaljenje, ki mu sledi popuščanje pri visoki temperaturi. Ta postopek daje enotno in drobnozrnato strukturo kaljenega sorbita, ki pripravi material za zmanjšano deformacijo med poznejšim površinskim kaljenjem in nitriranjem. Tako lahko kaljenje in popuščanje služita tudi kot pripravljalna toplotna obdelava.
Zaradi odličnih celovitih mehanskih lastnosti se lahko kaljenje in popuščanje uporablja tudi kot končna toplotna obdelava za dele z zmernimi zahtevami glede trdote in odpornosti proti obrabi.
Končna toplotna obdelava
Cilj končne toplotne obdelave je izboljšati mehanske lastnosti, kot so trdota, odpornost proti obrabi in moč.
(1) Kaljenje
Kaljenje je lahko površinsko ali skozi kaljenje. Površinsko kaljenje se pogosto uporablja zaradi minimalne deformacije, oksidacije in razogljičenja. Ponuja visoko zunanjo trdnost, dobro odpornost proti obrabi ter ohranja dobro notranjo žilavost in odpornost na udarce. Za izboljšanje mehanskih lastnosti površinsko kaljenih delov se predhodno pogosto izvedejo pripravljalne toplotne obdelave, kot sta kaljenje in popuščanje ali normalizacija. Tipičen tok postopka je: rezanje → kovanje → normalizacija (ali žarjenje) → groba obdelava → kaljenje in popuščanje → polkončna obdelava → površinsko kaljenje → končna obdelava.
(2) Naogljičenje in kaljenje
Naogljičenje in kaljenje sta primerna za nizkoogljična in nizkolegirana jekla. Ta postopek poveča vsebnost ogljika na površini dela, kar povzroči visoko površinsko trdoto po kaljenju, medtem ko jedro ohrani zmerno trdnost, visoko žilavost in plastičnost. Naogljičenje je lahko popolno ali delno, pri čemer so za slednje potrebni ukrepi proti naogljičenju (npr. bakrenje ali premazi proti naogljičenju) za neoglinjena območja. Zaradi znatne deformacije in globine naogljičenja, običajno med 0,5 in 2 mm, je postopek naogljičenja na splošno načrtovan med polkončno in končno obdelavo.
Tipičen procesni tok je: rezanje → kovanje → normalizacija → groba in polkončna obdelava → naogljičenje in kaljenje → končna obdelava.
Ko se neogličen del delno naogljičenega dela poveča, da se omogoči odstranitev odvečnih naogljičenih plasti, se ta korak odstranitve izvede po naogljičenju, vendar pred kaljenjem.
(3) Nitriranje
Nitriranje vključuje infiltracijo dušikovih atomov v kovinsko površino, da se tvori plast dušikovih spojin. Nitrirana plast poveča trdoto površine dela, odpornost proti obrabi, odpornost proti utrujenosti in odpornost proti koroziji. Ker nitriranje poteka pri nizkih temperaturah z minimalno deformacijo in proizvaja tanko plast (običajno ne več kot 0.6-0,7 mm), je treba postopek nitriranja načrtovati čim pozneje. Da bi zmanjšali deformacijo med nitriranjem, se po rezanju običajno izvede visokotemperaturno kaljenje za razbremenitev.
