Co oznacza hartowanie w atmosferze ochronnej?

Dzięki poddaniu stali obróbce cieplnej można w prosty sposób znacząco podnieść parametry techniczne wytwarzanych z niej elementów. Aby jednak zagwarantować prawidłowy przebieg procesów, w ich trakcie często stosuje się tzw. atmosferę ochronną. Składa się ona z odpowiednio dobranego gazu (czystego bądź mieszaniny) uniemożliwiającego zainicjowanie określonych typów reakcji, które miałyby niekorzystny wpływ na efekt obróbki cieplnej. W przypadku hartowania stali atmosfera ochronna ma za zadanie chronić wsad przed utlenianiem oraz odwęgleniem.

Dlaczego należy chronić stal przed utlenianiem i odwęglaniem?

Skutkiem utleniania stali podczas hartowania jest pogorszenie jej właściwości mechanicznych, w tym plastyczności i sprężystości. Wystąpienie tego zjawiska powoduje obniżenie wytrzymałości zmęczeniowej – powierzchnia staje się porowata, zubożała w składniki stopowe i mniej trwała. W takiej sytuacji konieczne staje się przeprowadzenie kosztownego procesu szlifowania powierzchni na dość dużą głębokość w celu usunięcia deformacji i uszkodzeń wierzchniej warstwy. Znów węgiel zawarty w stali wpływa na jej twardość, dlatego gdy dyfunduje z powierzchni stopu, osłabia w ten sposób strukturę wyrobu. Efekt odwęglania nie tylko obniża wytrzymałość, ale także zwiększa naprężenie ścinające stali, co przekłada się na wzrost szybkości rozwoju pęknięć i zużycia.

Jak wygląda hartowanie w atmosferze ochronnej?

Do wnętrza pieca, w którym przeprowadza się proces hartowania stali, zwykle dostarcza się wodór, azot bądź argon. Można również zastosować specjalnie opracowane mieszaniny o nieco bardziej złożonym składzie. Obecność w mieszance gazu obojętnego (np. azotu) i gazu redukującego (np. wodoru) stanowi w takim przypadku ochronę przed utlenieniem. Znów dla zabezpieczenia stopu przed odwęgleniem konieczne są składniki zapewniające równowagę węgla w elemencie grzanym i w atmosferze (np. CO). Rzadziej spotykaną metodą na hartowanie stali w atmosferze ochronnej jest zapewnienie w piecu próżni lub przynajmniej odpowiednio niskiego ciśnienia.