Na czym polega hartowanie stali?

Stal to stop żelaza, bez którego trudno wyobrazić sobie dziś działanie przemysłu – to właśnie ze stali wytwarzane są elementy wszelkiego rodzaju maszyn produkcyjnych, pojazdów, instalacji oraz konstrukcji budowlanych. Modyfikowanie właściwości stali jest możliwe dzięki różnymi metodom obróbki. Jedną z nich jest tak zwane hartowanie. Na czym ono polega i jakie właściwości dzięki niemu uzyskuje metal?

Na czym polega hartowanie?

Hartowanie to bodaj najbardziej znany ze wszystkich rodzajów obróbki cieplnej, jakiej poddawane są różne gatunki metali – w tym stal. Polega ona na podgrzaniu materiału do odpowiednio wysokiej temperatury i następnym gwałtownym schłodzeniu go. Co to jednak znaczy, że temperatura jest odpowiednio wysoka?

- Aby hartowanie dało pożądane efekty, materiał powinien być nagrzany do właściwej sobie temperatury hartowania – mówi przedstawiciel firmy Polmet – Dla każdego metalu temperatura ta ma inną wartość, na przykład dla stali węglowej wynosi ona ponad 720 stopni Celsjusza.

Dlaczego utrzymanie odpowiedniej temperatury jest tak ważne dla hartowania? Ponieważ tylko w takich warunkach dochodzi do przebudowy struktury metalu, głównie przemian fazowych i martenzytycznych, które są niezbędne do tego, by poprawić niektóre jego właściwości. Jeśli temperatura materiału będzie utrzymywana przez dłuższy czas, a więc do zakończenia tych przemian, a następnie gwałtownie obniżona, nowy wzorzec strukturalny zostanie w nim utrwalony. Do schładzania stali używa się tak zwanej kąpieli hartowniczej, składającej się np. z wody, oleju mineralnego lub emulsji wodno-olejowej. Dla otrzymania pożądanych efektów ważna jest szybkość schładzania metalu.

Efekty hartowania

W wyniku hartowania dochodzi do powstania lokalnych koncentracji naprężeń, czego efektem jest znaczny wzrost twardości, wytrzymałości i odporności na ścieranie metalu. Z drugiej strony materiał staje się mniej plastyczny i bardziej kruchy.

Rodzaje hartowania

W zależności od tego w jaki sposób przeprowadzany jest proces hartowania wyróżniamy między innymi hartowanie:

• stopniowe – polega na schłodzeniu metalu do osiągnięcia temperatury powyżej przemiany martenzytycznej i przytrzymaniu, a następnie schłodzeniu do uzyskania przemiany martenzytycznej.
• Izotermiczne – nie zachodzi w nim przemiana martenzytyczna, metal przetrzymuje się w kąpieli o stałej temperaturze
• Objętościowe – polega na nagrzaniu całego elementu
• Powierzchniowe – nagrzaniu podlega jedynie cienka warstwa na powierzchni metalu.