Hartowanie płomieniowe stali i żeliwa

Hartowanie płomieniowe stali i żeliwa - Kazimierz Podgórecki

Hartowanie – rodzaj obróbki cieplnej materiału polegający na nagrzaniu danego materiału do odpowiedniej temperatury zwanej temperaturą hartowania, wytrzymaniu w tej temperaturze przez czas konieczny do przebudowy struktury wewnętrznej materiału (głównie przemian fazowych) oraz następnym odpowiednio szybkim schłodzeniu. Po tak przeprowadzonym zabiegu w materiale powstają lokalne koncentracje naprężeń powodujące zwykle wzrost własności wytrzymałościowych: twardości, wytrzymałości, granicy plastyczności i sprężystości oraz odporności na ścieranie kosztem wzrostu kruchości oraz spadku plastyczności i wydłużenia. Hartowanie stopów żelaza to rodzaj obróbki cieplnej stopów żelaza (np. stali), polegający na szybkim schłodzeniu uprzednio nagrzanego materiału w celu wytworzenia struktury martenzytycznej bądź bainitycznej. Materiał nagrzewa się najczęściej do temperatury wyższej o 30 do 50 °C od temperatury przemiany austenitycznej. Dla stali niestopowej o zawartości węgla 0,77–2,11% temperatura ta wynosi Ac1 = 727 °C. W zależności od gabarytów, kształtu i składu chemicznego obrabianego stopu, materiał nagrzewa się ciągle lub stopniowo. Po osiągnięciu docelowej temperatury następuje wygrzewanie wsadu. Tak przygotowany materiał hartuje się w kąpieli hartowniczej (wodzie, oleju mineralnym, emulsji wodno-olejowej, wodnym roztworze polimeru, stopionych solach, stopionych ługach), w gazach lub w ośrodkach fluidalnych. Chłodzenie odbywa się z szybkością większą niż krytyczna prędkość chłodzenia dla danego materiału. Ciągłe chłodzenie prowadzone, aż do temperatury Mf pozwala uzyskać strukturę w pełni martenzytyczną, jeżeli nie powstanie austenit szczątkowy. Hartowanie z wytrzymaniem izotermicznym stosuje się, aby otrzymać strukturę bainityczną. Hartowanie przeprowadza się, by podnieść twardość i wytrzymałość stali. Przy hartowaniu istotny jest dobór szybkości chłodzenia. Zbyt wolne chłodzenie powoduje wydzielanie się cementytu i uniemożliwia przemianę martenzytyczną, podczas gdy zbyt szybkie chłodzenie powoduje powstanie zbyt dużych naprężeń hartowniczych, które mogą doprowadzić do trwałych odkształceń hartowanego elementu lub jego pęknięć. Szybkość chłodzenia wpływa także na głębokość hartowania. Przy elementach o większych rozmiarach, których grubość przekracza maksymalną głębokość hartowania, tylko część objętości przedmiotu hartowanego zostanie zahartowana. W takiej sytuacji martenzyt powstanie w warstwach powierzchniowych. Im głębiej zaś, tym udział martenzytu maleje, a cementytu wzrasta. Bardzo często jest to zjawisko pożądane, wtedy, gdy element ma być twardy na powierzchni, a ciągliwy w swym rdzeniu. Głębokość hartowania zależy także od hartowności stali.