Sposoby hartowania stali

Stal przed obróbką cieplną jest stopem miękkim i niezbyt wytrzymałym, dlatego gdyby używano jej do produkcji, wykonane narzędzia wyginałyby się w rękach. Aby zatem nadać stali jej charakterystycznych właściwości, należy ją poddać m.in. hartowaniu.

Proces ten składa się z trzech etapów: rozgrzania stali do tzw. temperatury hartowania, przetrzymania jej w zadanej temperaturze przez czas niezbędny do przebudowania struktury materiału i wreszcie szybkiego schłodzenia wyrobu. Umożliwia to zwiększenie wytrzymałości stopu, jego twardości i odporności na ścieranie, a także wpływa na wzrost sprężystości i plastyczności. Należy jednak pamiętać, że zbyt szybkie schłodzenie może spowodować duże naprężenia hartownicze, a te doprowadzają do trwałych odkształceń lub pęknięć. Z tego powodu hartowanie stali powinno być przeprowadzane przez specjalistów takich jak pracownicy firmy PPHU Głowacki.

W jaki sposób można przeprowadzić proces hartowania stali?

Istnieje kilka technik hartowania stali, które różnią się między sobą warunkami przeprowadzanej obróbki cieplnej. Wyróżniamy wśród nich takie metody jak:

• Hartowanie zwykłe (martenzytyczne)

Najpopularniejsza ze współcześnie dostępnych metod. Kluczowy czynnik procesu stanowi austenityzowanie, czyli nagrzewanie stali w celu uzyskania struktury austenitu, a także szybkie chłodzenie elementu w kąpieli chłodzącej (w wodzie bądź oleju). Tempo każdej z tych operacji musi być dobrane w taki sposób, aby nie doszło do odkształceń hartowniczych. Dzięki temu można uzyskać twarde, sztywne i wytrzymałe wyroby stalowe.

• Hartowanie stopniowe

Używa się go w celu uniknięcia naprężeń wewnątrz stali, co znajduje zastosowanie np. w branży lotniczej czy wojskowej. Podobnie jak w przypadku hartowania zwykłego należy nagrzać, a następnie szybko schłodzić wyrób. Różnica polega jednak na tym, że najpierw przygotowuje się kąpiel saletrzaną lub ołowiową o temperaturze nieco wyższej niż początek przemiany martenzytycznej, a następnie dochodzi do chłodzenia w oleju lub na powietrzu.

• Hartowanie izotermiczne

Proces przebiega podobnie jak hartowanie stopniowe – po austenityzowaniu stal zanurza się w kąpieli z saletry bądź ołowiu o temperaturze wyższej od przemiany martenzytycznej, przetrzymuje się ją do czasu zakończenia przemiany bainitycznej i w końcu chłodzi na powietrzu lub w wodzie. Dzięki temu dochodzi do zwiększenia twardości, wytrzymałości oraz ciągliwości stali, a przy tym zmniejszenia nadmiernych odkształceń w obrabianym elemencie.

• Hartowanie powierzchniowe

Polega na nagrzaniu wyłącznie powierzchni wyrobu. Stal poddana obróbce hartowania powierzchniowego zyskuje dużą twardość wierzchnią przy zachowaniu niezmienionych właściwości rdzenia. Zewnętrzna warstwa wykazuje ponadto dużą odporność na ścieranie, a dodatkowo przedmiot staje się wytrzymały na uderzenia. W ramach tej metody rozróżniamy m.in. hartowanie płomieniowe, indukcyjne, kąpielowe, ślepe oraz laserowe.

• Hartowanie stali w atmosferze ochronnej

W niektórych przypadkach hartowanie stali przeprowadza się w atmosferze ochronnej. Jest to technika stosowana w celu zminimalizowania niepożądanych reakcji chemicznych zachodzących na powierzchni metalu podczas obróbki cieplnej. Gdy stal nagrzewa się do wysokich temperatur, może dochodzić do utleniania, odwęglania czy powstawania zgorzeliny, co obniża jakość wyrobu. W atmosferze ochronnej, którą tworzy się z gazów obojętnych, takich jak azot, argon czy mieszaniny azotu z wodorem, te niekorzystne zjawiska zostają wyeliminowane. Proces hartowania odbywa się w szczelnych piecach, gdzie dostarczany jest odpowiednio dobrany gaz, a obieg atmosfery jest kontrolowany.

Dzięki temu stal po hartowaniu nie wymaga intensywnego oczyszczania, zachowując gładką powierzchnię i równomierną twardość na całej obrabianej części. Ta metoda jest szczególnie ceniona w produkcji precyzyjnych detali, gdzie każdy mikrometr powierzchni ma znaczenie dla funkcjonowania gotowego elementu.

• Hartowanie w próżni

Alternatywną i bardzo nowoczesną metodą jest hartowanie stali w próżni, które zyskuje coraz większą popularność w przemyśle wymagającym wysokiej jakości powierzchni i jednorodności twardości. Proces ten polega na nagrzewaniu elementów stalowych w warunkach niskiego ciśnienia, co skutecznie eliminuje obecność tlenu i innych gazów mogących reagować ze stalą. Dzięki temu powierzchnia obrabianych detali pozostaje czysta, bez tlenków i innych zanieczyszczeń, co przekłada się na lepszą trwałość i odporność na korozję.

Po osiągnięciu wymaganej temperatury stal jest schładzana. Proces chłodzenia może być przeprowadzony przy użyciu obojętnych gazów, takich jak azot, pod ciśnieniem. Hartowanie próżniowe jest często wybierane do obróbki narzędzi skrawających, łożysk, form wtryskowych oraz innych precyzyjnych komponentów, które muszą spełniać rygorystyczne wymagania jakościowe.