1)
Wnioski:
Austenityzowanie stali podeutektoidalnych przeprowadza się w temperaturach wyższych od A
C3
, następnie stal chłodzi się z
prędkością większą od krytycznej. Nagrzanie stali podeutektoidalnej 30÷50
C powyżej temperatury A
C3
jest konieczne do uzyskania
jednorodnej struktury austenitycznej. Niedogrzanie powoduje niecałkowitą przemianę na austenit i po zahartowaniu otrzymuje się strukturę
tylko częściowo zamienioną na martenzyt. Stale nadeutektoidalne nagrzewa się przy hartowaniu 30÷50
C powyżej A
C1
i to niezależnie od
zawartości węgla. W stalach tych znajduje się cementyt wtórny, którego rozpuszczanie jest niecelowe, gdyż prowadzi do obniżenia
twardości na skutek ilości austenitu szczątkowego. Cementyt jest najtwardszym składnikiem strukturalnym stali i osadzony w twardym
podłożu martenzytycznym zwiększa ogólną twardość, a zwłaszcza odporność na ścieranie.
Błędy przy doborze lub dotrzymaniu temperatury austenityzacji są przyczyną niepowodzenia całej obróbki cieplnej.
Czas wygrzewania zależy od składu chemicznego stali, wymiarów hartowanego przedmiotu i warunków nagrzewania, rodzaju
pieca, ośrodka grzewczego itp. Czas ten musi być tak dobrany, aby w całym przekroju materiału powstał austenit. Wygrzewanie należy
przeprowadzać w zasadzie w atmosferze obojętnej, aby nie mogło zachodzić odwęglanie czy utlenianie stali.
Jednym z ważniejszych parametrów procesu hartowania jest szybkość chłodzenia, zależna od użytego ośrodka chłodzącego.
Powinien on być tak dobrany, aby szybkość chłodzenia była większa od szybkości krytycznej (czyli najmniejszej szybkości chłodzenia, przy
której powstaje sam martenzyt). Różnica między tymi dwoma szybkościami musi być niewielka, gdyż im szybciej chłodzone są przedmioty,
tym istnieje większa możliwość powstania naprężeń hartowniczych. Szybkie chłodzenie podczas hartowania jest konieczne tylko w
granicach minimalnej trwałości austenitu (to jest przy 650÷400
C), gdyż w tym zakresie temperatur austenit ulega bardzo szybkiej
przemianie. Powyżej 650
C i poniżej 400
C trwałość przechłodzonego austenitu jest dość znaczna, co pozwala na powolniejsze chłodzenie.
Przemiana martenzytyczna przebiega przez zarodkowanie i bardzo szybki wzrost płytek martenzytu w obrębie ziarn, z czego
wynika, że z drobnoziarnistego austenitu powstanie drobnoiglasty martenzyt, a z gruboziarnistego – gruboiglasty martenzyt. Nowe zarodki
martenzytu powstają tylko przy obniżaniu temperatury i rozrastają się kosztem austenitu, dzieląc go na coraz mniejsze obszary, coraz
mniejszymi płytkami martenzytu, przy czym w każdym ziarnie płytki ułożone są względem siebie pod kątem 60
i 120
, co wynika z
zależności orientacji sieci krystalicznych martenzytu i austenitu.
Martenzyt ma większą objętość właściwą o około 1,5% niż austenit, dlatego w miarę postępu przemiany pozostału austenit
podlega coraz większym naprężeniom ściskającym hamującym przemianę, aż do jej całkowitego ustania.
Temperatury M.
S
i M
f
zależą od zawartości węgla w austenicie (im więcej węgla, tym są one niższe). Przy zawartości powyżej
około 0,6% temperatura M.
f
jest niższa od 0
C, co oznacza, że po zakończeniu chłodzenia pewna część austenitu nie ulegnie przemianie.
Określa się ją jako austenit szczątkowy. Jego ilość zwiększa się wraz z ze wzrostem zawartości węgla i można go usunąć przez wymrażanie
(ochłodzenie przedmiotu do temperatury poniżej 0
C zaraz po hartowaniu).
Stale węglowe można hartować tylko w przypadku małych przekrojów, ponieważ w większych przekrojach uzyskuje się strukturę
martenzytyczną jedynie w warstwach powierzchniowych, których granicę tworzą punkty przekroju chłodzone z szybkością równą krytycznej
szybkości chłodzenia. W obszarze przekroju położonym bliżej środka wystąpią również struktury niemartenzytyczne (bainit, ferr yt, perlit).
Stale węglowe są więc stalami o małej hartowności (zdolności do hartowania się w głąb na strukturę martenzytyczną).
Krytyczna szybkość chłodzenia dla stali węglowych zależy od zawartości węgla. Duże jej wartości dla stali niskowęglowych są
podstawową przyczyną, że się ich nie hartuje. Zwiększanie zawartości węgla w stali do około 0,8 % wymaga coraz mniejszych szybkości
chłodzenia dla stali zahartowanych. Powyżej tej wartości krytyczna prędkość zwiększa się, gdyż występujący obok austenitu cementyt
wtórny stanowi zarodki krystalizacji, przyspieszając przemianę austenitu przechłodzonego.
Podczas hartowania zwykłego powstają duże naprężenia, ze względu na duże różnice temperatur między rdzeniem i warstwą
powierzchniową, które prowadzą do deformacji obrabianego przedmiotu, a niekiedy nawet do pęknięć.
Przy hartowaniu stopniowym czas przestoju powinien być niezbyt długi, aby nie zapoczątkować przemiany bainitycznej. Dzięki
wyrównaniu temperatury na całym przekroju elementu i bardzo powolnym chłodzeniu (na powietrzu), po wytrzymaniu izotermicznym, w
przekroju elementu znikają naprężenia termiczne oraz zmniejsza się skłonność do pękania. Przemiana martenzytyczna zachodzi wówczas
niemal na całym przekroju. Hartowanie stopniowe wymaga następnie odpuszczania.
