Hartowanie powierzchniowe jest stosowane w celu zwiększenia twardości oraz
odporności na ścieranie wierzchniej warstwy, przy zachowaniu odpowiedniej
ciągliwości rdzenia o znacznie niższej twardości. Osiąga się to poprzez szybkie
nagrzanie warstwy wierzchni

ej przedmiotu do temperatury hartowania i następnie

szybkim chłodzeniu z szybkością, co najmniej równą szybkości krytycznej.

W

zależności od sposobu nagrzewania można wyróżnić następujące rodzaje

hartowania powierzchniowego:

-

płomieniowe

- indukcyjne

- laserowe

- elektronowe

Hartowanie płomieniowe Polega na nagrzaniu powierzchni obrabianej cieplnie
palnikiem gazowym o dużej wydajności cieplnej, a następnie chłodzeniu strumieniem
wody. Palniki płomieniowe są zasilane mieszaniną gazu palnego, przeważnie
acetylenem i tlenem, płomień taki w wierzchołku stożka wewnętrznego ma
temperaturę około 3100°C. Są one zwykle sprzężone z natryskiwaczami, które
umożliwiają bezpośrednie chłodzenie

Rodzaje hartowania płomieniowego:

a) jednoczesne

b) posuwowe

c) obrotowe

d) posuwowo-obrotowe

ad a.

Metoda ta polega na nagrzewaniu powierzchni szybko obracaj

ącego się przedmiotu

(75÷100 obr/min) za pomocą płomienia gazowego i po osiągnięciu żądanej
temperatury na szybkim jego ch

łodzeniu. Metodę tę stosuje się do przedmiotów

okr

ągłych o niedużych średnicach. Najczęściej używa się jej do hartowania czopów

wa

łów korbowych, szyjek wałów i osi, kół zębatych. Chłodzenie może odbywać się

pod strumieniem wody lub przez zanurzenie.

Ad b.

Metoda ta polega na stopniowym nagrzewaniu powierzchni nieruchomego lub powoli
przesuwanego przedmiotu za pomoc

ą płomienia gazowego, za którym znajduje się

natrysk wodny w celu przeprowadzenia nagłego chłodzenia.

Istnieje szereg odmian tej metody, do najważniejszych należą:

• płomień palnika i natrysk wodny posuwają się prostoliniowo wzdłuż

powierzchni nieruchomego przedmiotu

• obrabiany przedmiot obraca się powoli przy nieruchomym płomieniu palnika

i natrysku wodnym.

• płomień palnika i natrysk wodny przesuwają się prostoliniowo przy

jednoczesnym powolnym obrocie przedmiotu obrabianego, dzięki czemu
płomień palnika wykonuje ruch śrubowy - hartowanie śrub pociągowych

ad c.
Przedmiot obrabiany w czasie nagrzewania wykonuje ruch obrotowy, natomiast
palniki i dysze chłodzące pozostają w pozycji nieruchomej.
Ten rodzaj hartowania jest stosowany dla przedmiotów okrągłych np. osi, wałów.

Ad d.
Hartowanie płomieniowe posuwowo-obrotowe jest połączeniem sposobu
posuwowego z jednoczesnym ruchem obrotowym przedmiotu obrabianego cieplnie,
stosuje się je dla długich wałków oraz pomp


Hartowanie indukcyjne
Polega na nagrzaniu przedmiotów za pomocą prądu elektrycznego wysokiej
częstotliwości indukowanego przez zmienne pole magnetyczne.
W tym celu przedmiot umieszcza się wewnątrz lub bardzo blisko odpowiednio
ukształtowanego wzbudnika (induktora), przez który przepływa prąd zmienny.
Wytwarzane wokół wzbudnika zmienne pole magnetyczne wzbudza w przedmiocie
met

alowym prądy wirowe, które nagrzewają przedmiot.

Metody hartowania indukcyjnego :

jednoczesna

• jednoczesno-obrotowa
• posuwowa
• posuwowo-obrotowa
• posuwowo-obwodowa
• posuwowa ze wstępnym podgrzewaniem
• posuwowo-obrotowa ze wstępnym podgrzewaniem
• posuwowo-obwodowa po spirali
• jednoczesno-skokowa
• jednoczesno-obrotowo-skokowa

1.

Metoda ta jest stosowana do utwardzania powierzchniowego małych
przedmiotów. Przedmiot i nagrzewaj±cy go wzbudnik pozostaj± nieruchome, a
warstwa wierzchnia podlegaj±ca hartowaniu nagrzewana jest jednocze¶nie.
Po austenizacji przedmiot chłodzony jest poprzez zanurzenie lub natrysk
doprowadzony ze wzbudnika.

2.

Podczas nagrzewania przedmiot walcowy obraca się we wzbudniku, dzięki
czemu

uzyskuje się równomierne i jednoczesne nagrzewania całej hartowanej

strefy.

3.

Wzbudnik pokrywa tylko małą część hartowanej powierzchni. Nagrzana strefa
przesuwa się powoli wzdłuż całej hartowanej powierzchni na skutek ruchu
wzbudnika względem przedmiotu. Po wysunięciu się spod wzbudnika strefa
nagrzana jest stopniowo chłodzona, przeważnie za pomocą natrysku ze
wzbudnika lub oddzielnego natryskiwacza. Czasami chłodzenie zachodzi
przez stopniowe zanurzenie w kąpieli hartowniczej

4.

Przebieg hartowania odbywa się podobnie jak w metodzie posuwowej.
Hartowane są tylko przedmioty cylindryczne, które podczas hartowania
obracają się wokół własnej osi.

5.

Metoda ta jest stosowana do hartowania powierzchni walcowych o długiej
tworzącej. Wzbudnik nagrzewa wąską strefę wzdłuż tworzącej. Hartowanie
przebiega posuwowo na skutek powolnego obrotu przedmiotu dookoła własnej
osi. Chłodzenie przebiega jak w metodzie posuwowej.

6.

Stosowana do hartowania powierzchni walcowych o długiej tworzącej.
Wzbudnik ustawiony wzdłuż tworzącej wykonuje względny ruch po obwodzie,
ponadto wykonuje równocześnie jednostajny ruch poosiowy tak dobrany, że
strefa zahartowana tworzy spiralę na powierzchni przedmiotu. Chłodzenie
przebiega podobnie jak w metodzie posuwowej

7.

Nieruchomy przedmiot wstępnie podgrzewa się we wzbudniku do temperatury
austenityzacji, po czym włącza się posuw i natrysk chłodzący jak w metodzie
posuwowej. W przypadku, gdy wzbudnik musi mieć dodatkowy, oddzielny od
natryskiwacza obieg chłodzenia wodnego

8. Jest podobna do metody posuwowe

j ze wstępnym podgrzewaniem,

a przedmiot obrabiany dodatkowo wykonuje ruch obrotowy.

9. Jest stosowana do kolejnego hartowania tego samego przedmiotu w kilku

miejscach. Podczas nagrzewania kolejnych warstw przedmiot pozostaje nie
ruchomy względem wzbudnika. Po nagrzewaniu do temperatury austenityzacji
następuje szybki ruch przedmiotu względem wzbudnika, podczas którego
wzbudnik zostaje przemieszczony w obszar nagrzewania następnej warstwy,
a strefa nagrzana przemieszcza się pod natrysk chłodzący lub do ośrodka
chłodzącego.

10. Metoda podobna do metody jednoczesno-skokowej, a przedmiot obrabiany

dodatkowo obraca się.

Hartowanie laserowe

Polega na nagrzaniu obrabianego cieplnie przedmiotu do temperatury
austenityzowania i następnym samochłodzeniu. Chcąc ułatwić posługiwanie się
nagrzewnicami laserowymi opracowuje się wykresy i nomogramy pozwalające na
optymalizację parametrów obróbki cieplnej. W porównaniu z technikami tradycyjnymi
hartowania przy hartowaniu laserowym uzyskuje się warstwy twardsze o ok. 30%, o
bardziej drob

noziarnistej strukturze oraz o mniejszej grubości w zakresie 0,25 do 2,5

mm.

Hartowanie z użyciem wiązki laserowej zwiększa:

• twardość
• wytrzymałość statyczną i zmęczeniową w

wyniku uzyskania w warstwie wierzchniej

korzystnych naprężeń ściskających

• udarność i ciągliwość rdzenia
• odporność na zużycie przez tarcie

Hartowanie elektronowe
Hartownie powierzchniowe z wykorzystaniem nagrzewania elektronowego polega na
krótkotrwałym (od ok. 1 ms do ok. 1 s) nagrzewaniu warstwy wierzchniej do
temperatury znacznie wyższej od Ac3 (lecz niższej od temperatury topnienia). Do

nagrzewania stosuje się nagrzewnice elektronowe o mocy od kilku do kilkudziesięciu
kilowatów
Kształt elementów obrabianych powinien być tak dobrany, aby obrabiana
powierzchnia była możliwie prostopadła do wiązki elektronowej. Preferowane są
powierzchnie długie płaskie i obrotowo-symetryczne. Najczęściej metodą
elektronową hartuje się powierzchniowo fragmenty maszyn lub narzędzi np. koła
zębate, wały korbowe, wałki rozrządu, pierścienie tłokowe, przeguby kulowe,
popychacze, łopatki turbin, krawędzie tnące – frezów, noży tokarskich, wierteł oraz
bieżnie łożysk tocznych

Przemiany zachodzące w stali podczas hartowania powierzchniowego:
Austenityczna (podczas nagrzewania) - Podczas hartowania powierzchniowego
następuje nagrzewanie stali do temperatury zapewniającej wystąpienie struktury
austenitu. Proces tworzenia austenitu z mieszaniny ferrytu i cementytu
uwarunkowany jest nagrzaniem stali do temperatury wyższej od Ac1. W wyniku
nagrzania stali do tej temperatury, na granicach międzyfazowych ferrytu i cementytu
następuje jednorodne zarodkowanie austenitu.

Podczas wolnego chłodzenia w nagrzanej stali do temperatury austenityzowania
zachodzą przemiany zgodnie z wykresem równowagi faz żelazo-cementyt. W czasie
chłodzenia austenitu w zależności od temperatury przechłodzenia i szybkości
chłodzenia mogą zachodzić przemiany:

martenzytyczna

• bainityczna
• perlityczna

przemiana austenityczna
Przemiana ta ma charakter dyfuzyjny. Ziarna, które powstają w pierwszej fazie
procesu maj± bardzo zróżnicowane stężenie węgla. Sferoidalna postać cementytu
utrudnia zarodkowanie austenitu. W następnych fazach procesu tworzenia austenitu
następuje rozpuszczanie węglików i ujednorodnienie składu chemicznego austenitu.
Przemiana

ferrytu w austenit o małym stężeniu węgla przebiega z dużą szybkością.

Ujednorodnienie austenitu jest procesem długotrwałym, nawet przy dużym
przegrzaniu stali powyżej temperatury Ac1.

Przemiana martenzytyczna
Przemiana martenzytyczna zachodzi przy dużym przechłodzeniu austenitu do
temperatury Ms

, początku tej przemiany, przy chłodzeniu

z szybkością większą od krytycznej vk. W wyniku tej przemiany powstaje martenzyt,
czyli przesycony roztwór węgla w żelazie α. Przemiana martenzytyczna zachodzi
wtedy, gdy temperatura jest obniżana w sposób ciągły w zakresie od temperatury
początku przemiany Ms, do temperatury Mf jej końca.
W wyniku przemiany martenzyty-

cznej w stalach mogą powstać

dwa rodzaje martenzytu:

- martenzyt listwowy

-

martenzyt płytkowy

Przemiana bainityczna zawiera w sobie cechy przemiany bezdyfuzyjnej i dyfuzyjnego
przemieszczenia węgla. Występuje przy przechłodzeniu stali do temperatury w
zakresie 450÷200°C. W wyniku przemiany powstaje bainit, który jest mieszaniną
ferrytu przesyconego węglem i dyspersyjnych węglików.

W zależności od temperatury przechłodzenia rozróżnia się:

- bainit górny - ziarna przesyconego węglem ferrytu z wydzieleniami

węglików oraz austenitu szczątkowego

- bainit dolny - przesycony węglem ferryt o postaci listwowej,

płytkowe węgliki oraz austenit szczątkowy

Przemiana perlityczna zachodzi po ochłodzeniu austenitu nieznacznie poniżej
temperatury Ar1

. Powstaje mieszanina eutektoidalna złożona z płytek ferrytu i

cementytu zwana perlitem. Jest to przemiana dyfuzyjna, związana z
przegrupowaniem atomów węgla. Wzrost płytki cementytu bogatej w węgiel
powoduje zmniejszenie stężenia węgla w austenicie. Szybkość przemiany zależy od
szybkości zarodkowania

Urz

ądzenia do hartowania powierzchniowego:

-

Prze

twornica częstotliwości - TIV

-

Przetwornica częstotliwości – TIC

-

uniwersalna maszyna hartująca

-

urządzenia do obróbki cieplnej

- cewki grzejne do hartowania indukcyjnego