Stal bez specjalnej obróbki cieplnej jest materiałem miękkim, mało wytrzymałym i giętkim, a narzędzia z niej zrobione mogłyby wyginać w rękach. Aby nadać stali właściwości z którymi zwykle ją kojarzymy należy przeprowadzić specjalną obróbkę cieplną. To właśnie hartowanie stali jest procesem, który pozwala na zwiększenie jej wytrzymałości, twardości, odporności na ścieranie, a także na wzrost jej granicy sprężystości i plastyczności. Jak hartować stal? W dalszej części artykułu przedstawiamy sprawdzone sposoby na hartowanie stali.

Czym jest stal i jak powstaje?

Mianem stali określa się stop żelaza z węglem, plastycznie obrobiony i obrabialny cieplnie. Zgodnie z Polskimi Normami PN-EN 10020:2003 pierwszy składnik (w tym przypadku żelazo) stanowi większą część mieszanki, a drugi (węgiel) nie więcej niż 2,11%. W przypadku większej zawartości węgla mówi się o żeliwie czy stali stopowej. 

Zobacz sprawdzone elektronarzędzia warsztatowe. 

Jak hartować stal?

Odpowiedź na to pytanie nie jest tak oczywista, jak mogłoby się to wydawać. Hartowanie stali jest jednym z rodzajów obróbki cieplnej, który przebiega poprzez:

• nagrzanie stali do określonej temperatury hartowania (materiał nagrzewa się zwykle do temperatury wyższej o 30 do 50 °C od temperatury przemiany austenitycznej),
• podtrzymywanie stali w owej temperaturze do czasu zmiany struktury wewnętrznej,
• szybkie szybkie schłodzenie stali.

Warto jednak pamiętać, że istnieją różne metody hartowania stali - ich wybór powinien być uzależniony od rodzaju stali oraz przeznaczenia konkretnej metody.

Zobacz również: JAKIE SĄ RODZAJE STALI? GATUNKI STALI I ICH ZASTOSOWANIA

Hartowanie stali - różne sposoby hartowania

Hartowanie martenzytyczne (zwykłe)

Metoda ta jest najpopularniejszą z metod. Kluczowym w niej czynnikiem jest austenityzowanie, czyli nagrzewanie stali w celu uzyskania struktury austenitu oraz szybkie chłodzenie materiału w kąpieli chłodzącej, czyli w wodzie lub w oleju. Tempo kolejnych działań powinno być tak dobrane, aby nie doszło do odkształceń hartowniczych. Tego typu hartowanie stali umożliwia uzyskanie twardych, sztywnych i wytrzymałych elementów.

Hartowanie stopniowe (Ausbay)

Technika ta polega na szybkim chłodzeniu stali w stopionej saletrze. Ograniczona jest ona do pewnych wysokowytrzymałych stali stopowych, a jej zastosowanie wymaga wiedzy i doświadczenia z określaniem czasu kąpieli. Pozwala na uniknięcie naprężeń, odkształceń i pęknięć, których ryzyko jest wzmocnione przy zastosowaniu konwencjonalnego hartowania w oleju. Hartowanie stopniowe wykorzystywane jest chociażby w branży lotniczej i wojskowej.

Hartowanie izotermiczne

Jest to proces obróbki cieplnej, w którym nie zachodzi przemiana martenzytyczna. Wykorzystywany jest on do zwiększenia twardości i wytrzymałości stali, do zmniejszenia nadmiernych odkształceń w obrabianym detalu oraz do zwiększenia ciągliwości materiału. Hartowanie izotermiczne wykorzystywane jest w produkcji części wytwarzanych z blachy lub taśm o małym przekroju, ale także do cienkich części ze stali węglowej wymagających wyjątkowej ciągliwości. W procesie tym przedmiot zostaje nagrzany, ale potem utrzymany w kąpieli z saletry lub ołowiu o stałej temperaturze.

Hartowanie powierzchniowe

Jak nazwa może sugerować - polega na nagrzaniu wyłącznie powierzchni przedmiotu. Proces ten prowadzi do wzrostu twardości powierzchni, odporności na zużycie i wytrzymałości zmęczeniowej przy zachowaniu elastyczności rdzenia. Wykorzystuje się go w przypadkach, w których trzeba utwardzić jedynie fragmenty powierzchni przedmiotu.

Inne rodzaje hartowania stali

Wyróżniamy także inne, rzadziej wykorzystywane sposoby hartowania stali. Różnice pomiędzy nimi nie są duże, gdyż celem hartowania stali jest jej wzmocnienie - metody te odróżniają zatem sposoby osiągnięcia celu oraz dodatkowe właściwości, które w procesie można uzyskać. Są nimi między innymi:

• hartowanie indukcyjne,
• hartowanie w prasach,
• hartowanie przerywane,
• hartowanie podwójne.

Może zainteresować Cię także: CIĘCIE STALI - NAJPOPULARNIEJSZE METODY I MASZYNY WYKORZYSTYWANE W PROCESIE

 

Jak hartować stal w domu?

Jednym z najczęściej wybieranych domowych sposobów hartowania stali jest zastosowanie palnika z propanem. W celu osiągnięcia zamierzonego efektu należy każdorazowo i dokładnie zapoznać się z instrukcją - producent wskazuje w niej jak przeprowadzić cały proces sprawnie, bezpiecznie i skutecznie. Hartowanie przeprowadza się na powierzchni metalowej lub stalowej, dzięki czemu znacznie obniżone jest ryzyko powstania pożaru. Stal hartuje się trzymając ją niedominującą ręką bezpośrednio w płomieniu (dominująca ręka trzyma palnik). Niezwykle ważne jest w tym przypadku przygotowanie szczypiec oraz ognioodpornej powierzchni roboczej. Następnym krokiem jest oczekiwanie na moment, w którym stal zmieni kolor na wiśniowo-czerwony, ma ona wtedy około 750° C i jest wystarczająco nagrzana, aby móc ją wzmacniać.

Schładzanie stali rozpoczynamy od przeniesienia jej za pomocą szczypiec do środka chłodzącego. Należy trzymać ją tak mocno, aby podczas studzenia nie wypadła ona z uścisku. Gdy środek ten (woda, olej czy innego rodzaju preparat chłodzący) przestanie wrzeć można wyjąć ją z wody oraz odłożyć na powierzchnię roboczą. Po ostygnięciu stali można zetrzeć z niej wszelkie pozostałości środka hartującego.

Podczas całego procesu niezwykle ważne jest zachowanie bezpieczeństwa. Należy zadbać o odpowiedni ubiór ochronny, rękawice oraz okulary, a także mieć w pobliżu gaśnicę klasy B.

Hartowanie stali - na co jeszcze należy zwrócić uwagę?

1. Głównym czynnikiem wpływającym na hartowność stali jest jej skład chemiczny (zawartość węgla oraz pierwiastków stopowych i technologicznych). Przed rozpoczęciem procesu warto więc poznać właściwości konkretnego jej rodzaju. Wpływ na hartowność mają także wielkość ziarna i jednorodność austenitu oraz obecność innych, nierozpuszczonych cząstek.
2. Niewłaściwe ustalenie warunków przeprowadzenia procesu hartowania może doprowadzić do częściowego lub całkowitego zniszczenia przedmiotu, należy zatem określić czynniki takie jak temperatura, szybkość nagrzewania, czas przetrzymywania oraz szybkość chłodzenia.
3. Przy hartowaniu stali bardzo ważna jest odpowiednie tempo chłodzenia. Zbyt wolne chłodzenie powoduje wydzielanie się cementytu przez co uniemożliwiona jest przemiana martenzytyczna, zbyt szybkie chłodzenie natomiast powoduje powstanie dużych naprężeń hartowniczych, które mogą doprowadzić do trwałych odkształceń hartowanego elementu lub jego pęknięć. Tempo hartowania może wpływać również na jego głębokość - w przypadku większych elementów (których grubość przekracza maksymalną głębokość hartowania) tylko część objętości przedmiotu zostanie zahartowana.