Hartowanie jest to operacja obróbki cieplnej, polegający na nagrzaniu stali podeutektoidalnej do temperatury powyżej A3, a dla nadeutektoidalnej powyżej A1, wygrzaniu w tej temperaturze, a następnie bardzo szybkim chłodzeniu.

Szybkość chłodzenia musi być większa od szybkości krytycznej, tzn. taka powyżej której nie następuje rozkład austenitu na struktury perlityczne.
Celem tej operacji jest uzyskanie struktury martenzytycznej, nadającej stali dużą twardość, jak również odporność na ścieranie i wytrzymałość.

Stale węglowe podeutektoidalne hartuje się od temperatur o 30-50 °C wyższych od A3 zaś stale nadeutektoidalne od temperatur o 30-50 °C wyższych od A1.

Dolna granica zakresu 30-50 °C wynika z konieczności ujednorodnienia austenitu pod względem zawartości węgla.
Tuż po przemianie podczas nagrzewania, austenit utworzony w obszarach uprzedniego występowania perlitu ma znacznie większą zawartość węgla niż austenit powstały w obszarach uprzedniego występowania ferrytu. W stalach nadeutektoidalnych natomiast zaraz po przekroczeniu temperatury A1 rozpoczyna się rozpuszczanie cementytu drugorzędowego, co daje lokalne wzbogacenie austenitu w węgiel.

Nagrzewanie natomiast do temperatur wyższych niż 50 °C od temperatur krytycznych (A3 czy A1) może doprowadzić do nadmiernego rozrostu ziarna austenitu w stalach podeutektoidalnych oraz rozpuszczenia zbyt dużych ilości cementytu drugorzędowego w stalach nadeutektoidalnych. Cementyt drugorzędowy w stalach nadeutektoidalnych jest fazą o wysokiej twardości (ok. 750 HB) i niecelowe byłoby jego rozpuszczanie, które doprowadziłoby do wzrostu zawartości węgla w austenicie. Spowodowałoby to silne obniżenie temperatur Ms i Mf oraz wzrost udziału austenitu szczątkowego i zwiększenie wielkości ziarna austenitu.

Stale węglowe podeutektoidalne hartuje się od temperatur o 30-50 °C wyższych od A3 zaś stale nadeutektoidalne od temperatur o 30-50 °C wyższych od A1.

Dolna granica zakresu 30-50 °C wynika z konieczności ujednorodnienia austenitu pod względem zawartości węgla.
Tuż po przemianie podczas nagrzewania, austenit utworzony w obszarach uprzedniego występowania perlitu ma znacznie większą zawartość węgla niż austenit powstały w obszarach uprzedniego występowania ferrytu.

W stalach nadeutektoidalnych natomiast zaraz po przekroczeniu temperatury A1 rozpoczyna się rozpuszczanie cementytu drugorzędowego, co daje lokalne wzbogacenie austenitu w węgiel. Nagrzewanie natomiast do temperatur wyższych niż 50 °C od temperatur krytycznych (A3 czy A1) może doprowadzić do nadmiernego rozrostu ziarna austenitu w stalach podeutektoidalnych oraz rozpuszczenia zbyt dużych ilości cementytu drugorzędowego w stalach nadeutektoidalnych.

Cementyt drugorzędowy w stalach nadeutektoidalnych jest fazą o wysokiej twardości (ok. 750 HB) i niecelowe byłoby jego rozpuszczanie, które doprowadziłoby do wzrostu zawartości węgla w austenicie. Spowodowałoby to silne obniżenie temperatur Ms i Mf oraz wzrost udziału austenitu szczątkowego i zwiększenie wielkości ziarna austenitu.

 

Technologia procesu hartowania stali:

Nagrzewanie przedmiotów w czasie obróbki cieplnej przeprowadza się w specjalnych piecach. Zależnie od sposobu nagrzewania rozróżnia się piece gazowe, elektryczne i z kąpielą.

  • Piece gazowe mogą mieć budowę komorową, gdzie paliwo spala się w osobnej komorze, a przedmiot nagrzewany jest przez spaliny przepływające do komory grzejnej. W piecach o budowie muflowej spaliny nagrzewają zewnętrzne ściany ogniotrwałej komory zwanej muflą i przez promieniowanie cieplne nagrzewają przedmioty umieszczone w mufli.
  • Piece elektryczne wytwarzają ciepło podczas przepływu prądu elektrycznego przez elementy grzewcze o dużym oporze elektrycznym Te elementy wykonane np. z nikieliny, sylitu itp. Zaletą tych pieców jest utrzymanie stałej temperatury, a wadą znaczny koszt wykonania i eksploatacji.
  • Piece z kąpielą np. solną, budowane są w formie tygla stalowego wypełnionego solami, które pod wpływem nagrzania topią się tworząc kąpiel grzewczą.

Sól znajdująca się w wannie nagrzewana jest za pomocą dwóch elektrod, prądem płynącym z sieci przez transformator, a temperaturę kąpieli mierzy się za pomocą termoelementu. Piece tego typu mogą być ogrzewane prądem elektrycznym, gazem, koksem itp. Nagrzewanie przedmiotów odbywa się przez zanurzenie ich w gorącej kąpieli solnej.

 

Zależnie od sposobu nagrzewania rozróżnia się następujące rodzaje hartowania powierzchniowego:

  • kąpielowe,
  • indukcyjne,
  • płomieniowe,
  • wiązkowe (laserowe, wiązką elektronów).

 

Oziębianie:

Oziębianie – dmienne ośrodki chłodzące posiadają inne prędkości chłodzenia przedmiotów, dzięki czemu wykonując ten zabieg cieplny możemy otrzymać różne rodzaje struktury materiału.

W procesach obróbki cieplnej wykorzystuje się następujące ośrodki chłodzące:

  • woda oraz wodne roztwory soli, zasad i polimerów,
  • oleje hartownicze,
  • kąpiele solne i metaliczne,
  • ośrodki sfluidyzowane,
  • powietrze i inne gazy.

Ośrodkami najintensywniej chłodzącymi są roztopione sole oraz kąpiele metaliczne. Dużą zdolność chłodzenia wykazują również wodne roztwory soli i zasad. Mieszając w odpowiednich proporcjach wodę z olejami lub polimerami uzyskuje się emulsje o pośrednich intensywnościach chłodzenia. Najmniej intensywnie chłodzącym ośrodkiem jest powietrze. Własności chłodzące poszczególnych ośrodków ulegają zmianom ze zmianą ich temperatury oraz w wyniku ich ruchu (cyrkulacji).

Do urządzeń chłodzących zalicza się wanny hartownicze, które wypełnia się cieczami chłodzącymi. Wanny wykonane z blachy stalowej zaopatrzone są w urządzenia do dopływu i odpływu wody lub oleju. Wanny olejowe mają zazwyczaj podwójne ściany, między którymi przepływa woda. Podczas hartowania przedmioty chłodzone są poruszane w celu oddzielania się od ich powierzchni pęcherzyków pary, które utrudniają chłodzenie.

 

Ośrodek chłodzący Szybkość chłodzenia w C/s
500-650 C 200 – 300C
woda o temperaturze 18 °C 600 270
woda o temperaturze 26 °C 500 270
woda o temperaturze 50 °C 100 270
woda o temperaturze 74 °C 30 200
10% roztwór wodny NaOH o temperaturze 18 °C 1200 300
10% roztwór wodny NaCl o temperaturze 18 °C 1100 300
10% roztwór wodny sody o temperaturze 18 °C 800 270
10% roztwór wodny H2SO4 o temperaturze 18 °C 750 300
woda destylowana 250 200
emulsja oleju w wodzie 70 200
woda z mydłem 30 200
olej mineralny maszynowy 150 30
olej transformatorowy 120 25
stop 75 %Sn 25 %Cd o temperaturze 175 °C 450 50
rtęć o temperaturze otoczenia 500 130
płyty miedziane 60 30
płyty żelazne 35 15

 

O autorze

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *