Hartowanie

Hartowanie - jest zabiegiem cieplnym, któremu poddawana jest stal, składającym się z dwóch bezpośrednio po sobie następujących faz. Pierwsza faza to nagrzewanie do temperatury powyżej przemiany austenitycznej (dla stali węglowej 723°C) (zwykle 30°C do 50°C powyżej temperatury przemiany austenitycznej) i wygrzewanie, tak długo jak to potrzebne, by nastąpiła ona w całej objętości hartowanego obiektu. Drugą fazą jest szybkie schładzanie. Szybkość schładzania musi być taka, by z austenitu nie zdążył wydzielić się cementyt i jego struktura została zachowana do temperatury przemiany martenzytycznej, w której to austenit przemienia się w fazę zwaną martenzytem. Stal posiadająca strukturę martenzytyczną nazywana jest stalą martenzytyczna lub hartowaną. Hartowanie przeprowadza się, by podnieść twardość i wytrzymałość stali.

Przemiana martenzytyczna - bezdyfuzyjna przemiana przesyconego stopu żelaza zwanego austenitem, jaka zachodzi w czasie hartowania stali.

Przemiana martenzytyczna zachodzi spontanicznie, gdy temperatura chłodzonej stali osiągnie temperaturę początku przemiany martenzytycznej Ms (ang. martensite start). Z chwilą osiągnięcia temperatury końca przemiany martenzytycznej Mf (ang. martensite finish), cały austenit zamienia się w martenzyt. Jeżeli chłodzenie ustanie w trakcie jej trwania, pozostałą część austenitu przemienia się w inne fazy hartowania, np. sorbit.

Przy hartowaniu niezwykle istotnym jest dobór szybkości schładzania. Zbyt wolne schładzanie powoduje wydzielanie się cementytu i uniemożliwia przemianę martenzytyczną, podczas gdy zbyt szybkie chłodzenie powoduje powstanie zbyt dużych naprężeń hartowniczych, które mogą doprowadzić do trwałych odkształceń hartowanego elementu lub jego pęknięć.Szybkość schładzania wpływa także na głębokość hartowania. Przy elementach o większych rozmiarach, których grubość przekracza maksymalną głębokość hartowania, tylko część objętości przedmiotu hartowanego zostanie zahartowana. W takiej sytuacji martenzyt powstanie w warstwach powierzchniowych. Im głębiej zaś, tym udział martenzytu maleje, a cementytu wzrasta. Bardzo często jest to zjawisko pożądane, wtedy, gdy element ma być twardy na powierzchni, a ciągliwy w swym rdzeniu. Głębokość hartowania zależy także od hartowności stali.

Metody hartowania

Hartowanie zwykłe 

Polega na nagrzaniu przedmiotu hartowanego, a następnie szybkiemu schłodzeniu w kąpieli chłodzącej, zwykle wodnej lub olejowej, poniżej temperatury początku przemiany martenzytycznej, aż do temperatury otoczenia. Szybkość chłodzenia powinna być dobrana tak, by nie nastąpiły odkształcenia hartownicze. Chłodzenie w wodzie jest bardziej intensywne, niż w oleju.

Hartowanie stopniowe 

Polega na nagrzaniu przedmiotu hartowanego, a następnie szybkiemu schłodzeniu w kąpieli chłodzącej, zwykle ze stopionej saletry, do temperatury nieco powyżej temperatury przemiany martenzytycznej i przetrzymaniu w tej temperaturze, by nastąpiło wyrównanie temperatur w całym przekroju przedmiotu. W drugiej fazie, już w kąpieli wodnej lub olejowej, następuje dalsze schładzanie, w celu uzyskania przemiany martenzytycznej. Zaletą tej metody jest uniknięcie naprężeń hartowniczych. Wymaga jednak dużej wprawy przy określaniu czasu kąpieli pośredniej.

Hartowanie izotermiczne 

Jest hartowaniem, w którym nie zachodzi przemiana martenzytyczna. Nagrzany przedmiot utrzymuje się w kąpieli z roztopionej saletry lub ołowiu, w temperaturze powyżej początku przemiany martenzytycznej. Nazwa metody pochodzi od faktu, iż kąpiel zachowuje stałą temperaturę. W hartowaniu tego typu nie powstaje martenzyt, lecz następuje rozpad austenitu na inne fazy, np. bainit, dając stali własności podobne jak po hartowaniu z odpuszczaniem. Zaletą metody jest brak naprężeń hartowniczych, lecz jest ona procesem długotrwałym, niekiedy przeciągającym się do kilku godzin.

Hartowanie powierzchniowe 

metoda, w której, nie nagrzewa się całego przedmiotu (hartowanie na wskroś) lecz tylko powierzchnie przedmiotu. W związku z tym tylko warstwa powierzchniowa podlega hartowaniu. Stosowane wszędzie tam, gdzie wymagane jest utwardzenie tylko fragmentów powierzchni przedmiotu. Istnieje kilka metod hartowania powierzchniowego.

Hartowanie płomieniowe - Powierzchnia przedmiotu lub jej fragment nagrzewana jest płomieniem palnika, a następnie schładzana silnym strumieniem wody.

Hartowanie indukcyjne - Przedmiot przeciągany jest przez cewkę, otaczającą go (możliwie najciaśniej). Prądy wirowe, powstałe w przedmiocie, powodują efekt powierzchniowy, w którym,

wskutek oporności materiału, zamieniają się na ciepło. Mimo konieczności budowy skomplikowanych stanowisk hartowniczych, metoda ta zyskuje na popularności, ze względu na możliwość kontrolowania temperatury oraz głębokości nagrzewania.

Hartowanie kąpielowe - Polega na zanurzeniu przedmiotu w kąpieli saletrowej lub ołowiowej i przetrzymaniu w niej na krótką chwilę. Temperatura kąpieli musi być na tyle wysoka, by w jej czasie powierzchnia przedmiotu podniosła się ponad temperaturę przemiany austenitycznej.

Hartowanie laserowe

Hartowanie kontaktowe

Hartowanie elektrolityczne

Hartowanie impulsowe

Hartowanie szkła -- proces wytwarzania

Szkło hartowane różni się od szkła zwykłego sposobem pękania po rozbiciu. Szkło hartowane rozpada się na na drobne kawałki o tępo zakończonych krawędziach. Hartowanie szkła polega na ograzniu tafli do wysokiej temperatury, a następnie bardzo szybkim ochłodzeniu tej tafli. Dzięki temu szkło hartowane jest bardzo wytrzymałe na uszkodzenia mechaniczne oraz działanie wysokich temperatur.

Szkło hartowane -- zastosowania

Ze szkła hartowanego wykuje się ściany działowe, drzwi szklane, regały szklane, kabiny prysznicowe, blaty stolików, szklane daszki, szklane zadaszenia, szklane meble. Szkło hartowane ma szerokie zastosowanie w przemyśle meblarskim. Firma Dubiel Vitrum produkuje szkło hartowane do mebli takie jak półki szklane, szklane drzwiczki, szklane szafki. Szkło może być wykonane w całości na zamówienie klienta -- cięcie szkła, obróbka szkła, hartowanie szkła, ale także można zlecić hartowanie szkła powierzonego.

Temperatura hartowania

Wykres procesów hartowania:

A - zwykłe,

B - stopniowe,

C - z przemianą izotermiczną

---