Hartowność stali

Hartowność stali jest to cecha technologiczna 
określająca podatność stali do hartowania się w 
głąb. Mierzy się ją odległością od powierzchni 
do miejsca, w którym istnieje jeszcze określona 
ilość martenzytu i troostytu (najczęściej 50 % 
martenzytu - tzw. struktura pół 
martenzytyczna). 

Hartowność stali

Na głębokość utwardzenia ma wpływ: 

 skład chemiczny stali, 

 wielkość i jednorodność ziarna austenitu, 

 drobne wtrącenia, 

 intensywność chłodzenia, 

 wymiary i kształt hartowanego przedmiotu. 

Hartowność stali

Skład chemiczny stali jest istotnym 
czynnikiem wpływającym na 
głębokość utwardzenia, gdyż zależy 
od niego trwałość austenitu i 
szybkość krytyczna. 

Wzrost stężenia węgla i dodatków 
stopowych w austenicie zwiększa jego 
trwałość, co jest równoznaczne ze 
zmniejszeniem się szybkości krytycznej, a 
więc i zwiększeniem się warstwy 
zahartowanej. 

Hartowność stali

O głębokości hartowania decyduje również 
wielkość ziarna austenitu i jego jednorodność, a 
także obecność w stali drobnych wtrąceń w 
postaci tlenków, azotków i węglików. 

Stale gruboziarniste i jednorodne po względem 
wielkości ziarna hartują się głębiej od 
drobnoziarnistych, natomiast wtrącenia 
wpływają na zmniejszenie głębokości hartowania. 

Hartowność stali

Głębokość utwardzenia zależy od zdolności 
chłodzącej ośrodka oziębiającego. Im ośrodek 
szybciej odprowadza ciepło ze stali, tym na 
większej odległości od powierzchni 
przedmiotu hartowanego osiągnięta zostanie 
szybkość chłodzenia równa krytycznej (V

k

). 

Wpływ przekroju przedmiotu hartowanego na 
wielkość warstwy zahartowanej spowodowany 
jest różnicą w szybkości chłodzenia powierzchni 
i rdzenia przedmiotu. 
Im bliżej środka przedmiotu hartowanego tym 
szybkość ta jest mniejsza. 

Hartowność stali

Kształt przekroju hartowanego wpływa również 
na głębokość warstwy zahartowanej. Im większy 
jest stosunek powierzchni do masy przedmiotu 
tym większa będzie głębokość zahartowania. 
Dlatego głębiej zahartuje się przedmiot o płaskim 
profilu niż wałek o takiej samej masie. 

Hartowność stali

Wielkość i kształt przedmiotu oraz intensywność 
chłodzenia wpływające na głębokość utwardzenia 
nie są związane bezpośrednio ze stalą i w dużym 
stopniu utrudniają określenie hartowności. 
Dlatego istniejące obecnie metody określania 
hartowności ściśle ustalają warunki i sposób 
przeprowadzania próby. 

Z próbami tymi związane są takie pojęcia jak: 

 średnica krytyczna, 

 współczynnik intensywności hartowania, 

 przekrój miarodajny i równoważny.

Hartowność stali

Średnica krytyczna jest to największa średnica 
pręta hartującego się jeszcze na wskroś.

Współczynnik intensywności chłodzenia H 
określa cechę ośrodka oziębiającego, a więc jego 
zdolność do odbierania ciepła. Jego wartość 
może się zmieniać od zera do nieskończoności. 

Ośrodek o nieskończonym współczynniku 
intensywności chłodzenia zwany jest idealnym, a 
średnicę krytyczną odpowiadającą idealnemu 
hartowaniu nazwano średnicą idealną. 

Hartowność stali

Przekrój miarodajny jest to największy przekrój 
kołowy, w którym w myśl założenia 
konstrukcyjnego struktura wykazuje jednakowe 
cechy. 

Przekrój równoważny służy do określania 
hartowności prętów nie kołowych. Jest to taki 
przekrój kołowy, którego środek hartuje się 
identycznie jak środek przekroju nie kołowego. 

Hartowność stali

Metoda Jominy’ego badania hartowności 
stali 

Metoda ta polega na ogrzaniu okrągłego pręta o 
określonych wymiarach do temperatury 
austenityzowania i następnym hartowaniu go od 
czoła, przy użyciu strumienia wody o określonej i 
stałej temperaturze, ciśnieniu oraz objętości 
wypływającej w jednostce czasu. 

Po takim hartowaniu otrzymuje się zmienny 
rozkład twardości, zależny od odległości od 
chłodzonego czoła. 

Hartowane czoło pręta posiada twardość 
najwyższą. 
Im dalej od płaszczyzny czołowej, tym mniejsza 
jest szybkość chłodzenia i tym niższa twardość 
próbki. 

Hartowność stali

 

     

Rys. 1. Próbka i krzywa hartowania 

Jominy’ego.

Hartowność stali

Warunki wykonania próby Jominy’ego są 
znormalizowane. Urządzenie do nagrzewania 
próbki powinno zapewniać atmosferę ochronną 
oraz utrzymywać temperaturę wygrzewania na 
całej długości próbki z dokładnością ± 5 

o

C. 

Schemat urządzenia do hartowania pokazuje rys. 
2. 

Hartowność stali

Rys. 2. Schemat urządzenia do próby 
Jominy’ego: 1 – uchwyt do zawieszania 
próbki, 2 – próbka, 3 – przesłona dyszy,  4 – 
dysza wylotowa, 5 – zbiornik metalowy, 6 – 
zawór odcinający.

Hartowność stali

     

Rys. 3. Przykład krzywej hartowności 

Jominy’ego.

Hartowność stali

Praktyczne zastosowanie badania 
hartowności 

Wyniki próby hartowności Jominy’ego można 
wykorzystać do określania średnic krytycznych 
Dk, ustalania rozkładu twardości na 
poprzecznych przekrojach przedmiotów różnych 
wielkości, wykonanych z różnych gatunków stali, 
hartowanych w różnych ośrodkach. 

Można również określić szybkość chłodzenia dla 
poszczegól-nych punktów położonych na 
przekroju poprzecznym przedmiotu. 
Powyższe dane pozwalają na ocenę 
mechanicznych własności elementów 
zahartowanych, a także na odpowiedni dobór 
stali w zależności od kształtu i wielkości 
przedmiotu.

Hartowność stali

Rys. 4. Zależność twardości struktury pół 
martenzytycznej od zawartości węgla.

Hartowność stali

  Rys. 5. Zależność średnicy krytycznej D

k

 od 

odległości krytycznej l

k

 i rodzaju ośrodka   

chłodzącego:
   w – woda, o – olej.