hartowanie metali

hartowanie metali,

operacja obróbki cieplnej gł. stopów metali (najczęściej stali) prowadzona w celu zwiększenia ich twardości lub — w połączeniu z odpuszczaniem — uzyskania optymalnej kombinacji właściwości wytrzymałościowych i plastycznych.

H. jest również stosowane w celu zwiększenia twardości niektórych stopów metali nieżelaznych (np. brązów aluminiowych). Hartowaniepolega na nagrzaniu stopów do temperatury odpowiednio wyższej od temperatury przemiany alotropowej, wygrzaniu w tej temperaturze w celu uzyskania jednorodnej struktury i następnie chłodzeniu z szybkością zapewniającą uzyskanie innej, metastabilnej struktury o b. dużej twardości. Największe znaczenie ma hartowanie stali, którego celem jest wytworzenie struktury martenzytycznej lub bainitycznej (żelaza stopy). Temperatura wygrzewania stali podczas hartowania zależy od zawartości w niej węgla: stale węglowe podeutektoidalne (zawierające do 0,8% węgla) wygrzewa się w temperaturach zapewniających wytworzenie jednorodnej struktury austenitycznej, stale węglowe nadeutektoidalne (zawierające 0,8 do 1,35% węgla) — w temperaturze istnienia struktury dwufazowej, złożonej z austenitu i cementytu drugorzędowego. Zależnie od sposobu nagrzewania rozróżnia się hartowanie objętościowe (nagrzanie obejmuje całą objętość przedmiotu) i hartowanie powierzchniowe (nagrzanie — indukcyjne, płomieniowe lub kąpielowe — obejmuje tylko warstwy powierzchniowe przedmiotu). Zależnie od sposobu chłodzenia rozróżnia się: hartowanie zwykłe (z ciągłym oziębianiem w środowisku o temperaturze niższej od temperatury początku przemiany martenzytycznej); hartowanie stopniowe (szybkie ochłodzenie do temperatury nieco wyższej od temperatury początku przemiany martenzytycznej i przetrzymanie w tej temperaturze w celu wyrównania temperatury w całym przekroju przedmiotu, wolne chłodzenie w powietrzu do temperatury otoczenia); hartowanie przerywane (z chłodzeniem kolejno w 2 ośr. o różnej zdolności chłodzenia, ale bez przetrzymywania w temperaturze pośredniej); przy hartowaniu stopniowym i przerywanym powstają mniejsze naprężenia wewn. niż przy hartowaniu zwykłym; hartowanie z przemianą izotermiczną (z oziębieniem w kąpieli o temperaturze nieco wyższej od temperatury początku przemiany martenzytycznej i przetrzymywaniem w tej kąpieli aż do całkowitego zakończenia przemiany austenitu w bainit), hartowanie to kosztem mniejszej twardości zapewnia większą ciągliwość i udarność. Szybkość chłodzenia podczashartowania musi być większa od szybkości kryt. zależnej od składu chem. stali. Stale węglowe chłodzi się zwykle w wodzie (z szybkością ok. 600°C/s), stopowe — w oleju (ok. 200°C/s), w kąpielach solnych i metal., a także w sprężonym powietrzu (ok. 30°C/s). Grubość warstwy zahartowanej jest zależna od hartowności obrabianej stali, sposobu nagrzewania, wymiarów i kształtu przedmiotu oraz zdolności chłodzącej ośr. chłodzącego. Hartowanie stali jest operacją poprzedzającą jej odpuszczanie, wyjątkiem jest hartowanie, którego efektem jest struktura bainityczna.

Hartowanie metali znane było już w starożytnym Egipcie, ale jego mechanizm poznano dopiero na pocz. XX w. Do najnowocześniejszych metod należy hartowanie laserowe, stosowane gł. do narzędzi skrawających i kół zębatych; hartowanie to umożliwia precyzyjną lokalizację utwardzanych elementów i wzrost ich trwałości nawet o 40%.