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.