Rodzaje przemysłowej obróbki termicznej

Przemysłowa produkcja elementów metalowych często wiąże się z koniecznością znacznego podniesienia ich wytrzymałości. Poprawę właściwości różnych stopów stali można uzyskać za sprawą rozmaitych procesów obróbki termicznej. Dają one możliwość wpłynięcia na powierzchnię metalu lub też na całość elementu, w zależności od potrzeb. Najczęściej tego rodzaju metody stosuje się tam, gdzie części czy podzespoły wykonane z metalu muszą przenosić duże obciążenia, są narażone na tarcie lub udary.

Obróbka termiczna metali ma na celu ulepszenie ich struktury. Najczęściej stosowane metody polegają na ulepszaniu cieplnym powodującym zmianę struktury lub na nasycaniu metalu pierwiastkami poprawiającymi właściwość. W ramach ulepszania cieplnego najczęściej wykorzystywanym procesem jest hartowanie.

Hartowanie stali

Proces hartowania polega na rozgrzaniu stali do wysokiej temperatury, w której może zajść zmiana struktury wewnętrznej materiału wskutek przemiany austenitycznej. Następnie stal jest chłodzona w tempie dobranym do efektów, jakie mają się pojawić. Podczas chłodzenia można doprowadzić do przemiany austenitu w banit lub martenzyt. Chłodzenie może być przeprowadzane w różnych ośrodkach, zwykle stosuje się wodę lub olej hartowniczy.

Kolejnym procesem koniecznym przy hartowaniu jest odpuszczanie. Stal jest ponownie nagrzewana do wysokiej temperatury, niższej jednak od tej, w której zachodziła uprzednio przemiana austenityczna. Następnie stal jest wolno schładzana. Temperatura odpuszczania ma wpływ na właściwości uzyskanej stali. Stosuje się odpuszczanie niskie (150–250°C), średnie (250–500°C) lub wysokie (od 500° do temperatury tworzenia się austenitu).

Nasycanie stali

Innymi sposobami na poprawę parametrów stali jest obróbka cieplno-chemiczna. Polega ona na nasycaniu powierzchni stali pierwiastkami pozwalającymi na osiągnięcie określonych efektów – np. poprawę wytrzymałości na ścieranie, korozję lub zmęczenie. Zwykle stosuje się m.in. nawęglanie, azotowanie, chromowanie czy aluminiowanie.

Azotowanie pozwala na podniesienie wytrzymałości na ścieranie oraz korozję. W przypadku nawęglania można uzyskać wysoką twardość powierzchniową, wytrzymałość na nacisk, odporność na ścieranie i zmęczenie. Chromowanie podnosi odporność termiczną, a aluminiowanie umożliwia pasywację.

Wyżarzanie jako metoda poprawy plastyczności metali

Jednym z podstawowych procesów obróbki termicznej, który znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle, jest wyżarzanie. Metoda ta polega na powolnym nagrzaniu metalu do ściśle określonej temperatury, a następnie bardzo powolnym chłodzeniu. Celem wyżarzania jest zmniejszenie twardości i poprawa plastyczności materiału, co ułatwia jego dalszą obróbkę mechaniczną. Proces ten eliminuje naprężenia wewnętrzne powstałe w wyniku wcześniejszych operacji technologicznych, takich jak walcowanie czy gięcie.

Wyżarzanie pozwala również na ujednorodnienie struktury wewnętrznej metalu, co jest szczególnie istotne przy produkcji elementów wymagających wysokiej jakości i powtarzalności. Stosuje się różne rodzaje wyżarzania, m.in. wyżarzanie rekrystalizujące, normalizujące czy zmiękczające, w zależności od rodzaju materiału i pożądanego efektu końcowego.

Odpuszczanie jako końcowy etap obróbki cieplnej

Odpuszczanie odgrywa kluczową rolę w końcowej fazie obróbki cieplnej elementów stalowych, które były wcześniej hartowane. Proces ten ma na celu redukcję kruchości i poprawę ciągliwości, które mogą zostać utracone podczas szybkiego chłodzenia. Dzięki odpuszczaniu stal zachowuje wysoką twardość powierzchni, ale jednocześnie zyskuje większą odporność na pękanie i udary. Wybór temperatury odpuszczania zależy od wymagań eksploatacyjnych danego elementu – niskie temperatury pozwalają zachować maksymalną twardość, natomiast wyższe umożliwiają lepsze zrównoważenie między twardością a plastycznością. W praktyce przemysłowej odpuszczanie jest nieodzownym etapem przy produkcji narzędzi skrawających, elementów maszyn pracujących pod dużym obciążeniem dynamicznym oraz wszelkich komponentów, które muszą łączyć wytrzymałość z długowiecznością.