Hartowność i głębokość hartowania stali to ważne właściwości, które określają zachowanie stali podczas obróbki cieplnej. Właściwości te wpływają na końcowe mechaniczne cechy materiału, takie jak twardość, wytrzymałość i odporność na zużycie.
Hartowność stali
Hartowność to zdolność stali do uzyskania podwyższonej twardości podczas hartowania, czyli podgrzewania do określonej temperatury z następnym szybkim chłodzeniem. Hartowność zależy od składu chemicznego stali i określa, jak głęboko w materiale można osiągnąć pożądaną twardość. Główne czynniki wpływające na hartowność to:
- Zawartość węgla: Im wyższa zawartość węgla w stali, tym większa jej hartowność. Węgiel jest głównym elementem wspomagającym tworzenie struktury martenzytycznej podczas hartowania.
- Pierwiastki stopowe: Obecność pierwiastków stopowych (np. chrom, molibden, wanad) również zwiększa hartowność stali. Pierwiastki te spowalniają dyfuzję węgla i zwiększają stabilność austenitu, co sprzyja tworzeniu martenzytu przy wolniejszym chłodzeniu.
- Rozmiar ziarna: Drobnoziarnista struktura sprzyja lepszej hartowności, ponieważ ziarna austenitu łatwiej przekształcają się w martenzyt.
Głębokość hartowania stali
Głębokość hartowania to zdolność stali do hartowania na określoną głębokość od powierzchni w standardowych warunkach hartowania. Głębokość hartowania zależy od tych samych czynników, co hartowność, ale uwzględnia także rozmiar i kształt detalu, warunki chłodzenia oraz rodzaj środowiska hartowniczego (woda, olej, powietrze).
Głębokość hartowania można zmierzyć za pomocą testu hartowności metodą Jominiego. Test ten przebiega następująco:
- Stalowy próbnik w formie walca podgrzewany jest do temperatury hartowania, a następnie szybko schładzany na jednym końcu za pomocą strumienia wody.
- Po schłodzeniu mierzy się twardość wzdłuż długości próbki od zahartowanego końca do niehartowanego, tworząc krzywą rozkładu twardości.
Znaczenie hartowności i głębokości hartowania
Obie właściwości mają istotne znaczenie przy wyborze stali do określonych zastosowań:
- Stal narzędziowa: Wysoka hartowność i głębokość hartowania są ważne dla narzędzi, które muszą mieć wysoką twardość i odporność na zużycie na całej powierzchni oraz na znaczną głębokość.
- Stal konstrukcyjna: Dla części takich jak wały i koła zębate niezbędna jest stal o dobrej głębokości hartowania, aby zapewnić wystarczającą twardość na określoną głębokość, co wpływa na ich trwałość i niezawodność w eksploatacji.
Hartowność i głębokość hartowania stali to kluczowe cechy, które określają jej zachowanie podczas obróbki cieplnej oraz końcowe właściwości użytkowe. Znajomość tych cech pozwala inżynierom i metalurgom wybierać odpowiednie materiały i metody obróbki do tworzenia części o optymalnych właściwościach dla konkretnych warunków eksploatacyjnych.