Hartowanie stali – co należy wiedzieć o tym procesie?
Hartowanie to proces obróbki cieplnej stali, która zwiększa jej twardość, ale też kruchość. Polega na nagrzaniu elementu stalowego do określonej temperatury, a następnie szybkim schłodzeniu.
Wykonuje się je zazwyczaj na gotowym produkcie, a nie na surowcu. Dzieje się tak z kilku powodów, ale przede wszystkim wynika to z ekonomii i trudności obróbki. Hartowanie całego bloku stali byłoby nieopłacalne, ponieważ podczas późniejszej obróbki większość materiału i tak zostanie usunięta. Z kolei jeżeli chodzi o trudność obróbki, to hartowana stal jest znacznie twardsza, co utrudnia jej obróbkę skrawaniem. Narzędzia tnące mają problem z penetracją materiału, co wydłuża czas obróbki i zwiększa jej koszty.
Istnieje wiele metod hartowania, różniących się temperaturą i sposobem chłodzenia. Stosowana metoda zależy od rodzaju stali i pożądanych właściwości końcowych elementu.
Kluczowe etapy hartowania:
- Nagrzewanie: Element stalowy jest nagrzewany do temperatury powyżej temperatury przemiany austenitycznej.
- Wytrzymywanie: Element jest utrzymywany w tej temperaturze przez określony czas, aby umożliwić równomierne rozpuszczenie węgla w austenicie.
- Chłodzenie: Element jest szybko schładzany w oleju, wodzie, powietrzu lub solach. Szybkie chłodzenie „zamraża” nową strukturę krystaliczną, tworząc twardy martenzyt.
Ważne aspekty hartowania:
- Temperatura hartowania: Im wyższa temperatura, tym większa twardość i kruchość elementu.
- Środowisko chłodzące: Różne media chłodzące dają różne efekty. Woda zapewnia najszybsze chłodzenie, a olej wolniejsze, co może zmniejszyć kruchość.
- Naprężenia: Należy kontrolować naprężenia powstające podczas hartowania, aby uniknąć pęknięć.
Struktura martenzytu – najtwardsza forma wewnętrznej struktury stali
Martenzyt to najtwardsza struktura krystaliczna stali, powstająca w wyniku przemiany martenzytycznej. Polega ona na szybkim schłodzeniu rozgrzanego żelaza austenitycznego. W efekcie węgiel zostaje „uwięziony” w strukturze krystalicznej, co powoduje utwardzenie stali.
Martenzyt charakteryzuje się igiełkowatą mikrostrukturą, zbudowaną z płytek soczewkowatych lub płytek oddzielających ziarna fazy macierzystej. Te płytki zawsze się stykają, ale nigdy nie przecinają. Kluczowe właściwości martenzytu to:
- Bardzo wysoka twardość i wytrzymałość
- Niska plastyczność i kruchość
- Odporność na zużycie
- Magnetyczność
Hartowanie to niezbędny proces, który pozwala uzyskać mocniejszą i bardziej wytrzymałą stal. Stal w stanie naturalnym jest stosunkowo miękka i plastyczna, co czyni ją podatną na deformacje i pękanie pod wpływem obciążeń. Hartowanie zmienia jej strukturę krystaliczną, zwiększając twardość i odporność na zużycie.
Pamiętaj jednak, że hartowanie to złożony proces, który wymaga fachowej wiedzy i precyzji. Należy ściśle przestrzegać odpowiednich parametrów takich jak temperatura hartowania, czas nagrzewania i chłodzenia oraz rodzaj medium chłodzącego. Źle przeprowadzone hartowanie może doprowadzić do pogorszenia właściwości stali, a nawet do jej pęknięcia. W JG C.A.H.T przeprowadzamy proces hartowania stali w oleju. Raptowne schłodzenie w oleju powoduje austenizację, czyli wytworzenie strukturalnego stopu węglowo-żelazowego. Odpuszczając schładzanie otrzymujemy strukturę martenzytu lub bainitu.