Czemu służy odpuszczanie zahartowanej stali?

Odpuszczanie jest to proces obróbki cieplnej polegający na grzaniu do odpowiedniej temperatury uprzednio zahartowanej stali. Ma to na celu zniwelowanie naprężeń hartowniczych, zmianę własności fizycznych oraz podniesienie udarności danego materiału. Odbywa się to kosztem zmniejszenia twardości w zahartowanej stali. Przeczytaj, jak dokładnie przebiega ten proces i jakie są z tego korzyści.

Przebieg procesu odpuszczania

Zahartowany przedmiot jest rozgrzewany do temperatury niższej od temperatury przemiany eutektoidalnej, czyli od 150 do 650^oC. Jest on utrzymywany w takiej temperaturze przez pewien czas, a następnie schładzany. Proces ten zazwyczaj przeprowadza się w specjalnych piecach do odpuszczania, które mogą być wyposażone w opcję gazu ochronnego zapobiegającego utlenianiu się powierzchni podczas obróbki. Wyróżnia się trzy rodzaje odpuszczania:

• odpuszczanie niskie – stosuje się je do stali narzędziowych przy temperaturach od 150 do 250^oC. Usuwa naprężenia hartownicze i zachowuje przy tym wysoką trwałość poprzez utrzymanie dużego udziału martenzytu w strukturze.
• odpuszczanie średnie – wykonuje się je w temperaturach od 250 do 500^oC. Znaczne obniżenie twardości pozwala uzyskać wysoką sprężystość i wytrzymałość. Zastosowanie dotyczy obróbki resorów, sprężyn, części samochodowych i mechanizmów pracujących na uderzenie.
• odpuszczanie wysokie – przeprowadza się je powyżej 500^oC. Dzięki niemu zyskuje się wysoką wytrzymałość kosztem twardości. Taką stal wykorzystuje się do obróbki skrawaniem.

W przypadku niektórych gatunków stali oprócz określonej temperatury ważny jest także czas. Dłuższe podtrzymywanie poskutkuje bowiem wyższą temperaturą odpuszczania i bezpieczniejszym sposobem dochodzenia do pożądanych właściwości.

Korzyści wynikłe z odpuszczania

Stal poddana hartowaniu staje się podatna na samoistne pękania, wykazuje wysoki stan naprężeń wewnętrznych i ma niską ciągliwość. Przy zastosowaniu określonych parametrów temperatury i czasu można dostosowywać stosunek twardości do ciągliwości w zależności od późniejszego zastosowania wybranych elementów. Możliwe jest otrzymanie najwyższej granicy wytrzymałości i plastyczności przy odpowiedniej ciągliwości, udarności i obrabialności materiału. Odpuszczanie stali jest to więc proces, który praktycznie usuwa wady, jakie wykazuje stal hartowana. Warto jednak zaznaczyć, że w niektórych gatunkach może dojść do tzw. kruchości odpuszczania. Występuje ona w wersji nieodwracalnej (powoduje zmniejszenie odporności na pękanie) oraz odwracalnej. Można jednak tego uniknąć poprzez stosowanie się do obszarów temperaturowych wskazanych przez dostawców stali lub przez zastosowanie innego środka chłodzącego, np. oleju lub wody.

Rodzaje odpuszczania a właściwości stali

Odpuszczanie, mimo że zawsze prowadzi do zmiany właściwości mechanicznych stali, w zależności od wybranej temperatury i czasu trwania procesu, może znacząco różnić się co do efektów. W przypadku odpuszczania niskiego stal zachowuje dużą twardość, ale zyskuje też nieco większą odporność na pękanie wynikające z naprężeń. Przy odpuszczaniu średnim pojawia się wyraźna poprawa sprężystości i zdolności do pracy pod obciążeniem dynamicznym. Z kolei odpuszczanie wysokie prowadzi do takiej przebudowy struktury metalu, która umożliwia bardziej intensywną eksploatację w warunkach zmiennych obciążeń, przy jednoczesnym zachowaniu odpowiedniej plastyczności.

W praktyce wybór odpowiedniego rodzaju odpuszczania jest uzależniony od późniejszego zastosowania elementów stalowych. Dla narzędzi, które muszą być odporne na ścieranie, a jednocześnie nie ulegać pęknięciom, wystarczające będzie odpuszczanie niskie. W przypadku części maszyn, które muszą elastycznie reagować na zmienne siły, stosuje się odpuszczanie średnie. Wysokie temperatury odpuszczania są natomiast niezbędne wtedy, gdy liczy się trwałość w trudnych warunkach i konieczność dalszej obróbki skrawaniem.

Znaczenie odpuszczania dla dalszej obróbki stali

Ważnym aspektem odpuszczania jest jego wpływ na możliwości dalszej obróbki mechanicznej materiału. Stal, która została poddana odpowiednio dobranemu procesowi odpuszczania, znacznie lepiej znosi cięcie, frezowanie czy szlifowanie. Twardość powierzchni po hartowaniu może bowiem utrudniać obróbkę, prowadząc do szybkiego zużycia narzędzi, a nawet ich uszkodzenia. Dzięki odpuszczaniu uzyskuje się kompromis między twardością a obrabialnością, co jest istotne zwłaszcza w produkcji seryjnej elementów o wysokiej precyzji.

Dodatkowo, połączenie hartowania z odpuszczaniem pozwala na lepsze kontrolowanie wymiarów detali, co jest kluczowe przy wymagających tolerancjach. Dzięki stabilizacji wymiarowej, jaką daje ten proces, gotowe wyroby są bardziej jednorodne, co podnosi ich jakość i niezawodność w eksploatacji. To sprawia, że odpuszczanie stanowi nie tylko końcowy etap obróbki cieplnej, ale również przygotowanie do dalszych procesów produkcyjnych, które wymagają wysokiej dokładności.