Hartowanie to proces obróbki cieplnej, którego celem jest zwiększenie twardości i wytrzymałości stali. Stal nagrzewa się do odpowiedniej temperatury, wygrzewa, a następnie szybko chłodzi. Od tego, jak szybko i w czym ją schłodzisz, zależy, jaka struktura powstanie w metalu – a więc jak twardy, wytrzymały i odporny na pękanie będzie gotowy detal. Więcej artykułów o obróbce cieplnej znajdziesz w dziale Hartownictwo.
Na czym polega hartowanie? Cztery etapy
Nagrzewanie
Stal nagrzewa się do temperatury hartowania – dla stali węglowych zwykle ok. 780–900°C. Jej struktura zmienia się wtedy w austenit.
Wygrzewanie
Detal pozostaje w piecu tak długo, aż cały przekrój osiągnie jednakową temperaturę.
Chłodzenie
Szybkie chłodzenie w wodzie, oleju lub innym ośrodku zamienia austenit w twardy martenzyt.
Odpuszczanie
Ponowne nagrzanie do 150–650°C usuwa kruchość i naprężenia. Bez tego zahartowana stal łatwo pęka.
Metody hartowania – zobacz, co dzieje się w stali
Metody hartowania różnią się przede wszystkim przebiegiem chłodzenia. Wykres poniżej to uproszczony wykres przemian stali: pokazuje, jaka struktura powstaje w zależności od tego, jak szybko spada temperatura. Wybierz metodę, aby zobaczyć jej krzywą chłodzenia i efekt.
↔ Przesuń wykres palcem w bok, aby zobaczyć całość.
Hartowanie zwykłe
Stal chłodzi się szybko i bez przerwy, w wodzie, oleju lub roztworze polimerowym, aż do temperatury bliskiej otoczenia. Krzywa omija „nos” wykresu, więc powstaje twardy martenzyt. Prędkość chłodzenia trzeba dobrać do gatunku stali – za ostre chłodzenie grozi odkształceniami i pęknięciami.
Hartowanie stopniowe
Stal schładza się w kąpieli o temperaturze nieco powyżej Ms i przetrzymuje, aż temperatura wyrówna się w całym przekroju. Dopiero potem chłodzi się ją na powietrzu. Martenzyt powstaje jednocześnie w całym detalu, dzięki czemu naprężenia i odkształcenia są dużo mniejsze. Metoda sprawdza się przy detalach o złożonych kształtach.
Hartowanie izotermiczne
Stal schładza się do kąpieli o temperaturze powyżej Ms i utrzymuje w niej tak długo, aż austenit całkowicie przemieni się w bainit. Twardość jest nieco niższa niż przy martenzycie, ale stal jest znacznie bardziej udarna, a ryzyko odkształceń i pęknięć – najmniejsze. Po takim hartowaniu zwykle nie trzeba odpuszczać.
Chłodzenie powolne
To nie jest hartowanie, tylko przykład dla porównania. Gdy stal stygnie powoli, np. razem z piecem, krzywa przechodzi przez obszar ferrytu i perlitu. Stal pozostaje miękka – tak przebiega wyżarzanie, które stosuje się m.in. przed obróbką skrawaniem.
Wykres jest schematyczny. Położenie krzywych i temperatura Ms zależą od składu stali – dokładne parametry podaje karta materiałowa.
Hartowanie na wskroś czy powierzchniowe?
Oprócz sposobu chłodzenia hartowanie różni się tym, jaka część detalu zostaje utwardzona. Przełącz, aby porównać przekroje wałka.
Hartowanie objętościowe
Detal nagrzewa się w całości w piecu i hartuje na całym przekroju lub na głębokość, na jaką pozwala hartowność stali. Tak hartuje się narzędzia, noże, sprężyny, matryce i większość części maszyn. To właśnie zadanie pieców hartowniczych komorowych.
Hartowanie powierzchniowe
Szybko nagrzewa się tylko cienką warstwę wierzchnią – indukcyjnie, płomieniem lub laserem – i natychmiast ją chłodzi. Powierzchnia jest twarda i odporna na ścieranie, a rdzeń pozostaje ciągliwy i dobrze znosi uderzenia. Metoda typowa dla wałów, kół zębatych i prowadnic.
Barwy żarzenia – dlaczego nie warto zgadywać temperatury?
Kowale od wieków oceniali temperaturę stali po kolorze żarzenia. To dobra orientacja, ale bardzo niedokładna – ta sama barwa wygląda inaczej w słońcu, a inaczej w ciemnym warsztacie, a różnica kilkudziesięciu stopni potrafi zepsuć hartowanie.
W piecu hartowniczym nie musisz zgadywać. Termopara typu K i programowalny sterownik utrzymują zadaną temperaturę z dokładnością, której nie zapewni żadne oko.
Gdzie stosuje się hartowanie?
Hartowanie to podstawowy proces w wielu branżach. Zahartowana stal trafia do elementów, które muszą być twarde, wytrzymałe i odporne na ścieranie.
Narzędzia
Noże, dłuta, wiertła, frezy, matryce i stemple.
Motoryzacja i lotnictwo
Wały, koła zębate, sworznie i elementy zawieszenia.
Rolnictwo i ogrodnictwo
Lemiesze, noże do kosiarek, zęby bron i ostrza.
Budownictwo i sport
Elementy konstrukcyjne, sprężyny i sprzęt sportowy.
Podsumowanie
Hartowanie zwiększa twardość i wytrzymałość stali, ale tylko wtedy, gdy jest przeprowadzone precyzyjnie: we właściwej temperaturze, z odpowiednim wygrzaniem i dobranym chłodzeniem, a na końcu z odpuszczaniem. Dobór metody – zwykłej, stopniowej, izotermicznej czy powierzchniowej – zależy od gatunku stali, kształtu detalu i wymaganych właściwości. Podstawą każdej z nich jest dokładnie kontrolowane nagrzewanie.
Precyzyjne nagrzewanie to połowa sukcesu
Nasze piece hartownicze utrzymują zadaną temperaturę dzięki termoparze typu K i programowalnemu sterownikowi. Dobierzemy piec do Twoich detali i gatunków stali.
Zobacz piece hartownicze Piece do długich elementów Odpowiadamy na zapytania w ciągu 24 godzin.
