9. TECHNOLOGIA OBRÓBKI CIEPLNEJ

1. Nagrzewanie

Nagrzewanie materiału przeznaczonego do obróbki cieplnej ma na celu podniesienie jego temperatury do wysokości wymaganej dla danego materiału i rodzaju obróbki cieplnej. W większości zabiegów obróbki cieplnej stosuje się raczej niewielkie szybkości nagrzewania, wynoszące średnio 10 ÷ 20°C na minutę, a to w celu osiągnięcia możliwie równomiernego nagrzewania obrabianego cieplnie elementu. Pozwala to uniknąć niebez­piecznych naprężeń, a w konsekwencji odkształceń, a nawet pęknięć.

Na szybkość nagrzewania, poza ilością doprowadzanego ciepła, mają wpływ na­stępujące czynniki:

1. Sposób doprowadzenia ciepła do przedmiotu; nagrzewanie następuje szybciej, gdy ciepło doprowadzane jest do całej powierzchni, a nie tylko do pewnej części jego powierzchni.

2. Temperatura ośrodka nagrzewającego; im wyższa jest temperatura pieca w sto­sunku do temperatury nagrzewanego przedmiotu, tym większa jest szybkość na­grzewania.

3. Rodzaj ośrodka nagrzewającego i szybkość jego ruchu względem nagrzewanych przedmiotów; im większa jest pojemność cieplna nagrzewającego ośrodka, tym szybciej następuje nagrzewanie. Różnice w szybkości nagrzewania do temperatury 650°C w róż­nych ośrodkach przedstawia rys. 9.1; piec z wymuszonym obiegiem powietrza nagrzewa prawie 1,5 rażą szybciej niż zwykły piec komorowy; kąpiel solna 4 ÷ 5 razy, a kąpiel ołowiowa 6 ÷ 8 razy szybciej.

Rys. 9.1. Wpływ ośrodka nagrzewającego na szybkość nagrzewania
1 — kąpiel oło­wiowa, 2 — kąpiel solna, 3 — piec elek­tryczny z wymuszonym obiegiem powie­trza,
4 — elektryczny piec komorowy bez cyrkulacji powietrza (wg S. Jabłońskiego)

4. Rodzaj nagrzewanego materiału, a zwłaszcza jego przewodnictwo cieplne. Jeśli przyjmiemy za jednostkę porównawczą szybkość przenikania ciepła w miękkiej stali węglowej, otrzymamy dla szybkości przenikania ciepła w stali stopowej konstrukcyjnej mnożnik 0,75, stali wysokostopowych 0,5 4 ÷ 0,3, mosiądzu l ,4, miedzi l ,7 i aluminium 2,5.

5. Powierzchnia przekroju; im większe są liniowe wymiary przekroju nagrzewanego przedmiotu, tym wolniej się on nagrzewa i czas nagrzewania musi być dłuższy.

6. Kształt przedmiotu; przedmioty nagrzewają się tym szybciej, im większy jest stosunek powierzchni do ich masy. Przedmiot o kształcie zwartym (np. kula) nagrzewa się wolniej niż przedmiot o tej samej masie, lecz o kształcie rozwiniętym.

Rys. 9.2. Wpływ sposobu ułożenia wsadu na czas nagrzewania (wg S. Jabłońskiego)

7. Sposób układania przedmiotów w piecu; na rys. 9.2 przedstawiono kilka sposo­bów układania w piecu prętów o przekroju kwadratowym i kołowym oraz podano względny czas nagrzewania w zależności od przyjętego sposobu ułożenia wsadu. Widać na przykład, że przedmioty ułożone w jednej warstwie z odstępami pomiędzy nimi nagrzewają się szybciej niż przedmioty ułożone bez odstępów.

8. Obciążenie cieplne pieca; im większy jest wsad do pieca, tym wolniejsze jest jego nagrzewanie.

Jak stąd wynika, istnieje wiele czynników wpływających na czas nagrzewania wsadu do żądanej temperatury. Ujęcie ich wszystkich w formie matematycznej wymaga dość złożonych obliczeń i daje tylko przybliżone wyniki. Dlatego dla celów praktycznych wystarczy w większości przypadków przybliżone określenie czasu nagrzewania i wy­grzewania na podstawie danych empirycznych, przy założeniu, że czas grzania jest proporcjonalny do średnicy lub grubości nagrzewanych elementów. Tablica 9.1 podaje przykładowo orientacyjny czas nagrzewania stali do temperatury około 800°C w piecu komorowym w minutach na l cm grubości (średnicy) bez podgrzewania (wg S. Jabłoń­skiego). Czas wygrzewania waha się w granicach 25 ÷ 100% czasu nagrzewania.

Tablica 9.1Czas nagrzewania stali do temperatury około 800 C w piecu komorowym w minutach na l cm grubości (średnicy)

Kształt przedmiotu	Współczynnik kształtu k	Rodzaj stali
				konstrukcyjna		narzędziowa
				węglowa	stopowa	węglowa	stopowa
pręty kołowe lub wielokątne	1	7 ÷ 8	9 ÷ 11	14 ÷ 16	24 ÷ 30
wyroby z blachy (bez zamkniętych przestrzeni)	1,5	10 ÷ 12	14 ÷ 16	21 ÷ 24	36 ÷ 45
rury i przedmioty skrzynkowe	2	14 ÷ 16	18 ÷ 22	28 ÷ 32	48 ÷ 60

2. Atmosfery ochronne

Przy grzaniu w wyniku oddziaływania atmosfery pieca zachodzi utlenianie oraz odwęglanie powierzchni obrabianych cieplnie elementów. Utlenianie prowadzi do po­wstania na powierzchni grzanych elementów warstwy tlenków zwanej zgorzeliną. Składa się ona głównie z tlenku żelazawego FeO. Odwęglanie natomiast polega na wypaleniu węgla z powierzchni stali, skutkiem czego może powstać warstwa prawie czystego ferrytu. Oba te procesy są bardzo niekorzystne. Straty stali na skutek utleniania jej powierzchni wynoszą przeciętnie 2 ÷ 3% przy każdym podgrzaniu (do temperatury około 1200°C). Odwęglanie natomiast prowadzi do znacznego pogorszenia właściwości mecha­nicznych materiału, a zwłaszcza zmniejszenia wytrzymałości zmęczeniowej. Dlatego też ochrona stali przed utlenieniem i odwęgleniem w czasie obróbki cieplnej ma zasadnicze znaczenie.

Intensywność utleniania i odwęglania zależy głównie od składu chemicznego atmo­sfery pieców i od temperatury. Do 500°C intensywność tych procesów jest tak mała, że można nie brać jej pod uwagę. Natomiast przy dalszym podwyższaniu temperatury wzrasta ona niewspółmiernie szybko, tak np. intensywność utleniania w temperaturze 800°C jest kilkadziesiąt razy większa niż w 700°C.

Atmosferę nie wchodzącą w reakcje chemiczne z nagrzewanym materiałem nazwano atmosferą ochronną. Nowoczesne piece do obróbki cieplnej są wyposażone w urządzenia do wytwarzania tego rodzaju atmosfer, przy czym zakres ich stosowania obejmuje także przeróbkę plastyczną, zgrzewanie itp. Idealna atmosfera ochronna nie powinna w ogóle reagować z nagrzewanym materiałem i z tego względu najlepszy byłby jeden z gazów szlachetnych, np. hel czy argon. Jednak z uwagi na ich wysoki koszt nie są one do tych celów praktycznie stosowane. Do najczęściej stosowanych w przemyśle atmosfer ochron­nych należą:

1) atmosfery typu N₂-H₂ otrzymywane przez dysocjację amoniaku i częściowe spalanie produktów dysocjacji,

2) atmosfery typu CO-CO₂-H₂-N₂ najbardziej rozpowszechnione w przemyśle, otrzymywane przez spalanie częściowe różnych gazów, np. świetlnego, koksowniczego,

3) atmosfery typu CO-CO₂-CH₄-H₂-N₂ otrzymywane przez rozkład węglowodorów gazowych lub ciekłych, rzadko stosowane,

4) atmosfery typu CO-CO₂-N₂ wytwarzane w generatorach z dodatkowym prze­dmuchiwaniem powietrza przez rozżarzony węgiel drzewny.

Ponadto istnieją również inne sposoby zapobiegania nawęglaniu lub odwęglaniu stali, a mianowicie:

1) nagrzewanie w szczelnych skrzynkach wypełnionych np. opiłkami żeliwnymi,

2) stosowanie powłok ochronnych (np. miedziowanie),

3) nagrzewanie w kąpielach solnych lub ołowiowych. Stosuje się również piece próżniowe.

3. Hartowanie

Hartowanie jest to zabieg cieplny polegający na nagrzaniu elementu do temperatury 30 ÷ 50°C powyżej Ac₃- Ac₁, wygrzania w tej temperaturze z następnym dostatecznie szybkim oziębieniem, w celu otrzymania struktury martenzytycznej lub bainitycznej, a przez to zwiększenia twardości stali. Na zabieg hartowania składają się więc kolejno po sobie następujące czynności:

1) nagrzanie stali do stanu austenitycznego i wygrzanie w tej temperaturze (austenityzowanie),

2) szybkie chłodzenie (oziębianie).

Wysokość temperatury nagrzania przy hartowaniu zależy od składu chemicznego stali, a zwłaszcza od zawartości węgla, jak to przedstawiono na rys. 9.3. Nagrzanie stali podeutektoidalnej powyżej temperatury Ac₃ jest konieczne do uzyskania jednorodnej struktury austenitycznej. Jeśli przy nagrzaniu nie zostałaby przekroczona temperatura Ac₃, to w strukturze zahartowanej stali pozostałby wolny ferryt, zmniejszając jej twardość, a po odpuszczeniu i inne właściwości mechaniczne. Stale nadeutektoidalne natomiast nagrzewa się przy hartowaniu powyżej Ac₁ i to niezależnie od zawartości węgla. W tym przypadku rezygnuje się z całkowitego rozpuszczenia cementytu wtórnego w austenicie, którego obecność w strukturze zahartowanej stali jest nawet pożądana.

Rys. 9.3. Zakres temperatur hartowania stali węglowej

Cementyt jest bowiem najtwardszym składnikiem strukturalnym i osadzony w twardym podłożu martenzytycznym zwiększa ogólną twardość a zwłaszcza odporność na ściera­nie. Poza tym zwiększone nasycenie austenitu węglem spowodowałoby wzrost ilości austenitu szczątkowego w zahartowanej stali, zmniejszając jej twardość. Przy doborze temperatury hartowania należy brać pod uwagę również wielkość przedmiotu. Przed­mioty duże hartuje się od nieco wyższych temperatur, a mianowicie 50 ÷ 70°C, powyżej Ac₃-Ac₁, co zwiększa trwałość przechłodzonego austenitu, ułatwia przechłodzenie przy hartowaniu, zwiększając głębokość hartowania. Czas wygrzania przy hartowaniu musi być dostatecznie długi, aby przemiany fazowe nastąpiły w całym przekroju obrabianych cieplnie elementów. W praktyce wynosi on zwykle około 30% czasu nagrzewania.

(Szybkie chłodzenie przy hartowaniu (oziębianie) ma na celu przechłodzenie austenitu do zakresu temperatur przemiany martenzytycznej (poniżej M_s), w którym to zakresie temperatur austenit ulega przemianie na martenzyt. Zastosowana szybkość chłodzenia musi być większa od szybkości krytycznej dla danego gatunku stali. Podstawową zasadą przy doborze ośrodka chłodzącego jest unikanie szybszego niż to konieczne chłodzenia, gdyż ze wzrostem szybkości chłodzenia powstają większe naprężenia i wzrasta w związku z tym tendencja do odkształceń lub pęknięć. Należy ponadto wziąć pod uwagę to, że szybkie chłodzenie przy hartowaniu konieczne jest tylko w granicach minimalnej trwałości austenitu, tj. 650 ÷ 400°C, gdyż w tym zakresie temperatur austenit ulega bardzo szybkiej przemianie. Natomiast zarówno w wyższych (powyżej 650°C), jak i w niższych temperaturach (poniżej 400°C) trwałość przechłodzonego austenitu jest dość znaczna, co pozwala na powolniejsze chłodzenie. Również w zakresie przemiany marten­zytycznej chłodzenie może być wolne. Idealny przebieg chłodzenia przedstawiono na rys. 9.4. Z tych względów istotna jest intensywność chłodzenia ośrodka chłodzącego w dwu zakresach temperatur, a mianowicie:

1) w zakresie około 600°C, w którym szybkość chłodzenia musi być duża, aby zapobiec przedwczesnej przemianie austenitu,

2) w zakresie 200 ÷ 300°C, tj. w zakresie tworzenia się martenzytu (u większości stali), w którym szybkość chłodzenia powinna być mała, a to dla zmniejszenia powstających naprężeń w chłodzonych elementach.

Rys. 9.4. Idealny przebieg krzywej chłodzenia przy hartowaniu

W tablicy 9.2 zestawiono doświadczalnie stwierdzone na próbkach (kulka srebrna Ø 20 mm) szybkości chłodzenia w tych dwóch zakresach temperatur dla różnych ośro­dków chłodzących.

Tablica 9.2.Szybkość chłodzenia w różnych ośrodkach (kulka srebrna e 20 mm)

Środek chłodzący	Szybkość chłodzenia w °C/s w zakresie temperatur
		550 ÷ 650°C	200 ÷ 300°C
woda o temperaturze 18°C	600	270
woda o temperaturze 26°C	500	270
woda o temperaturze 50°C	100	270
woda o temperaturze 74°C	30	200
roztwór 10% wodorotlenku sodu w wodzie o temperaturze 18°C	1200	300
roztwór 10% soli kuchennej w wodzie o temperaturze 18°C	1100	300
roztwór 10% sody w wodzie o temperaturze 18°C	800	270
roztwór 10% kwasu siarkowego w wodzie o temperaturze 18°C	750	300
woda destylowana	250	200
emulsja oleju w wodzie	70	200
woda z mydłem	30	200
olej mineralny maszynowy	150	30
olej transformatorowy	120	25
stop 75% Sn, 25% Cd (o temperaturze około 175°C)	450	50
rtęć	500	130
płyty miedziane	60	30
płyty żelazne	35	15

Ośrodki chłodzące z uwagi na ich stan skupienia podzielić można na ośrodki stałe, ciekłe i gazowe. Najczęściej stosowane są ośrodki ciekłe. Do ciekłych ośrodków chłodzą­cych zaliczamy:

1) wodę i roztwory wodne,

2) oleje i tłuszcze,

3) stopione sole i metale.

Najbardziej rozpowszechnionym ośrodkiem chłodzącym jest woda. Należy ona do najbardziej energicznie chłodzących ośrodków, oziębiających szybko zarówno w zakresie 550 ÷ 650°C, jak i w zakresie przemian martenzytycznych, co stanowi jej główną wadę. Intensywność chłodzenia zależy w pewnym stopniu od zawartości gazów, które wyraźnie zmniejszają zdolność hartowniczą wody. Dlatego też do hartowania najlepiej jest stosować wodę miękką (odstała deszczową lub rzeczną). Gorsza jest woda źródlana, która może zawierać sole mineralne i gazy. Dla usunięcia gazów wystarczy wodę przegotować i wówczas praktycznie biorąc zdolności chłodzenia różnych wód ujednostaj­niają się. Woda stosowana do hartowania powinna być utrzymywana w temperaturze 15-40°C. Nagrzana do wyższej temperatury ma małą szybkość chłodzenia w zakresie 500 ÷ 650°C i daje nierównomierne hartowanie, a woda zbyt zimna nie jest również zalecana, gdyż zbyt szybko odprowadza ciepło i może powodować pękanie hartowanych elementów. Poza tym kąpiel chłodząca powinna być czysta, pozbawiona kurzu, skraw­ków papieru, popiołu i innych zanieczyszczeń.

Szybkość chłodzenia wody można zwiększyć przez dodatek 2 ÷ 3% soli lub około 15% kwasu siarkowego lub solnego. Roztwory kwasów stosuje się w praktyce jednak rzadko z uwagi na przyspieszenie rdzewienia zarówno hartowanych elementów, jak i urządzeń chłodzących. Dodatek soli kuchennej, zwłaszcza w większych ilościach, zwiększa szybkość chłodzenia wody oraz daje czystszą powierzchnię hartowanych elementów, gdyż na powierzchni nagrzanego elementu osadza się przy chłodzeniu warstewka soli, która następnie odpryskuje odrywając równocześnie warstwę zgorzeliny i oczyszczając w ten sposób powierzchnię metalu. Również wodny roztwór ługu sodowego lub potasowego (5 ÷ 10%) ma zwiększoną szybkość chłodzenia. Jeżeli do wody dodamy mleka wapiennego, gliceryny lub mydła, to otrzymane roztwory będą mieć osłabioną zdolność hartowniczą. Chcąc zmniejszyć intensywność działania chłodzą­cego wody, można dać na jej powierzchnię warstewkę oleju; przy zanurzeniu przedmiot chłodzony styka się wówczas najpierw z olejem i pokrywa się jego warstewką, co zmniejsza szybkość chłodzenia.

Wodę i roztwory wodne stosuje się głównie do hartowania stali narzędziowych płytko hartujących się, gdy chodzi o uzyskanie dużej twardości powierzchniowej. Do hartowania stali konstrukcyjnych wodę można stosować tylko dla miększych gatunków o małej zawartości węgla, gdyż przy chłodzeniu w wodzie stali twardszych powstają duże naprężenia własne powodujące paczenie przedmiotów i pęknięcia. Natomiast do har­towania powierzchniowego używa się wyłącznie wody, ponieważ przy nagrzanej war­stwie powierzchniowej nie ma obawy powstawania dużych naprężeń.

Drugim bardzo rozpowszechnionym ośrodkiem chłodzącym są oleje; chłodzą one jednak znacznie wolniej. W porównaniu z zimną wodą olej ma 3 ÷ 4 razy mniejszą szybkość chłodzenia w zakresie minimalnej trwałości austenitu oraz 10 razy mniejszą w zakresie przemian martenzytycznych. Powolne chłodzenie w zakresie niskich tem­peratur jest pożądane, gdyż powstają mniejsze naprężenia niż przy hartowaniu w wodzie. Intensywność chłodzenia w różnych gatunkach oleju zależy głównie od ich lepkości (skład chemiczny oleju ma znaczenie drugorzędne). Pożądane są oleje rzadkie o małej lepkości. Oleje takie mają jednak niską temperaturę zapłonu, co jest znowu niekorzystne z uwagi na niebezpieczeństwo pożaru. W praktyce wybiera się więc oleje nieco gęstsze o wyższej temperaturze zapłonu. Kąpiel olejowa powinna być podgrzana do 40 ÷ 60°C, ponieważ olej jest wówczas rzadszy i lepiej odprowadza ciepło. Obecnie do hartowania stosuje się wszelkiego rodzaju oleje mineralne, jak olej maszynowy, rzadszy od niego olej wrzecionowy oraz specjalnie preparowane oleje hartownicze; oleje te nie jełczeją, nie psują się i mogą służyć bardzo długo.

Jako ośrodki o charakterystyce chłodzenia pośredniej pomiędzy olejem a wodą stosuje się emulsje olejowe, będące zawiesiną cząsteczek oleju w wodzie. Dobre wyniki daje kąpiel dwuwarstwowa, tj. olej ciężki w warstwie dolnej, woda w warstwie górnej. Chłodzony przedmiot przechodzi najpierw przez wodę, co powoduje szybkie chłodzenie od 800 do 300°C, a następnie w zakresie przemiany martenzytycznej stygnie powoli w oleju. Operacja ta wymaga jednak dużej wprawy.

Kąpiele ze stopionych soli lub łatwo topliwych metali powodują cokolwiek powol­niejsze niż oleje chłodzenie w zakresie wysokich temperatur (550-750°C) i bardzo powolne w temperaturach niższych, zbliżonych do temperatur kąpieli. Tego rodzaju kąpiele chłodzące nagrzane do temperatur 250 ÷ 500°C znajdują zastosowanie przy hartowaniu stopniowym i izotermicznym. Jako kąpiel solną stosuje się najczęściej azotan sodu (NaNO₃), azotan potasu (KNO₃) lub mieszaninę azotanu potasu i azotanu sodu (50%). Z metali łatwo topliwych praktyczne zastosowanie ma stopiony ołów (tem­peratura topnienia 327°C). Stopy z cyną mają wprawdzie jeszcze niższą temperaturę topnienia, nie są jednak rozpowszechnione, gdyż są drogie i w większym jeszcze stopniu niż ołów wykazują tendencję do przylepiania się do powierzchni hartowanego przed­miotu. Zaletą kąpieli metalowej jest jej wysoki punkt parowania i dobre przewodnictwo cieplne. Należy jednak pamiętać, że pary ołowiu są szkodliwe dla zdrowia i konieczne jest zainstalowanie specjalnych urządzeń wentylacyjnych.

Rys. 9.5. Urządzenie do chłodzenia natryskiem: a) młota, b) tulei

Z ośrodków gazowych można zastosować sprężone powietrze o niezbyt wysokim ciśnieniu 10^-2 ÷ 5 · 10^-2 MPa. Chłodzi ono 3 ÷ 4 razy wolniej niż olej i stosowane jest do stali wysokostopowych i szybkotnących.

W przypadku gdy chcemy zapobiec deformacji przy hartowaniu, zwłaszcza przed­miotów cienkich (np. piły), stosuje się płyty stalowe lub miedziane, niekiedy wewnątrz chłodzone wodą.

Urządzenia do chłodzenia w kąpielach noszą nazwę wanien hartowniczych. Są to zbiorniki z blachy stalowej przeważnie w kształcie prostopadłościaniu, rzadziej walca,

Rys. 9.6. Schemat pionowej prasy hartowniczej: l — har­towane koło, 2 — górna ptyta uchwytu, 3 — dolna płyta uchwytu, 4 — tłok dolnego cylindra, 5 — zbiornik z olejem (wg S. Prowansa i S. Okoniewskiego)

wypełnione cieczą chłodzącą. Objętość wanien musi być tak dobrana w stosunku do wielkości chłodzonych przedmiotów, aby nie następowało nagrzewanie się kąpieli chłodzącej. Przy produkcji ciągłej konieczne jest odpowiednie chłodzenie. Przy har­towaniu częściowym, szczególnie narzędzi albo dużych elementów, można chłodzić natryskiem cieczy (rys. 9.5). Aby zapobiec odkształceniom przy chłodzeniu, zwłaszcza przedmiotów o kształcie skomplikowanym, stosuje się prasy hartownicze. Zasada ich działania polega na chłodzeniu przedmiotów w kąpieli albo natryskiem cieczy po uprzednim ich zaciśnięciu pomiędzy dwiema ukształtowanymi płytkami. Schemat piono­wej prasy hartowniczej pokazano na rys. 9.6.

4. Hartowność

Hartownością stali nazywamy zdolność do tworzenia struktury martenzytycznej podczas hartowania. Określa się ją na podstawie pomiaru grubości warstwy marten­zytycznej na przekroju hartowanego przedmiotu. Poszczególne gatunki stali hartują się na różną głębokość. Jeżeli zahartujemy szereg prętów z danego gatunku stali o od­powiednio wzrastającej średnicy, to zauważymy (rys. 9.7), że do pewnej średnicy (D₀) pręty będą zahartowane na wskroś, a przy większych średnicach rdzeń pręta pozostanie nie zahartowany, przy czym grubość warstwy zahartowanej będzie malała ze wzrostem średnicy pręta. Maksymalna średnica, przy której próbka zostaje zahartowana na wskroś, nazywa się średnicą krytyczną. Z porównania głębokości zahartowanych prętów w wodzie i w oleju widać, że średnica krytyczna dla wody jako bardziej energicznego ośrodka chłodzącego jest większa niż dla oleju.

Rys. 9.7. Grubość strefy martenzytycznej (nie zakreskowana) zahartowanych prętów o różnej średnicy

Głębokość zahartowania jest związana bezpośrednio z krytyczną szybkością chłodze­nia. Jak wynika z rys. 9.8, szybkość chłodzenia jest największa na powierzchni har­towanego elementu i maleje w kierunku rdzenia, osiągając minimum w osi pręta. Jeżeli w osi pręta szybkość chłodzenia jest mniejsza od szybkości krytycznej dla danego gatunku stali, to zahartowaniu ulegnie tylko ta warstwa powierzchniowa, która była chłodzona z szybkością większą od szybkości krytycznej. Im mniejsza będzie krytyczna szybkość chłodzenia dla danego gatunku stali, tym grubsza będzie strefa zahartowana. W przypadku gdy szybkość chłodzenia w osi pręta jest większa od szybkości krytycznej, ulegnie on zahartowaniu w całym przekroju, tj. na wskroś.

Rys. 9.8. Zależność grubości warstwy martenzytycznej zahartowanego pręta od krytycznej szybkości chłodzenia

Hartowność jest ważną cechą stali określającą jej przydatność do obróbki cieplnej. Jeśli przedmiot nie zahartuje się na wskroś, to w rdzeniu otrzymamy drobny perlit i właściwości na poprzecznym przekroju zahartowanego elementu, np. twardość, nie będą jednakowe. Wprawdzie przez następne odpowiednio wysokie odpuszczanie można uzyskać wyrównanie twardości w poprzecznym przekroju, jednak nie oznacza to wyrównania i innych właściwości. Rdzeń elementów nie zahartowanych na wskroś, jak to przedstawiono na rys. 9.9, ma wówczas niższą wytrzymałość na rozciąganie, a zwłasz­cza niższą granicę plastyczności i mniejszą udarność w porównaniu ze strefą zewnętrzną, gdyż tylko struktury otrzymane przez odpuszczanie martenzytu wykazują wysokie właściwości mechaniczne. Z tego względu przy doborze stali na elementy maszyn i urządzeń musimy uwzględniać ich hartowność. Jeżeli względy konstrukcyjne wymagają jednakowych właściwości w całym przekroju, stosujemy stal o dużej hartowności, natomiast gdy wymagana jest tylko twarda strefa zewnętrzna, można stosować stal o małej hartowności. Oczywiście, dotyczy to elementów o odpowiednio dużych wymia­rach. Elementy małe mogą być wykonane ze stali o mniejszej hartowności.

Rys. 9.9. Wpływ grubości strefy martenzytycznej (strefa zakreskowana) na właściwości stali zahartowanej i odpuszczonej: a) pręt o małej grubości strefy zahartowanej, b) pręt o większej grubości strefy zahartowanej, c) pręt zahartowany na wskroś

Na hartow­ność stali wpływają następujące ważniejsze czynniki:

1. Skład chemiczny stali, a zwłaszcza zawartość węgla i składników stopowych. Stale węglowe mają małą hartowność, która wzrasta ze wzrostem zawartości węgla. Krytyczna szybkość chłodzenia stali węglowych waha się w zależności od zawartości węgla w granicach 200-600°C/s. Średnia krytyczna dla eutektoidalnej stali węglowej przy hartowaniu w wodzie nie przekracza 25 ÷ 27 mm. Stale stopowe mają większą hartow­ność z uwagi na większą trwałość przechłodzonego austenitu i mniejszą w związku z tym krytyczną szybkość chłodzenia.

2. Dodatek intensyfikatorów. Dodatek boru, w ilości około 0,002%, zwiększa głębokość hartowania l,5 ÷ 5 razy.

3. Wielkość ziarna austenitu. Stale o grubym ziarnie hartują się głębiej niż stale o ziarnie drobnym.

4. Jednorodność ziarn austenitu. Im austenit jest bardziej jednorodny, tym większa jest hartowność stali.

5. Nie rozpuszczone cząstki jak tlenki, węgliki, azotki, związki międzymetaliczne zwiększają szybkość rozkładu austenitu, zmniejszając hartowność stali.

W celu określenia hartowności stali stosowane są następujące ważniejsze metody:

1) badanie hartowności na przełomie,

2) metoda Grossmanna,

3) badanie hartowności metodą chłodzenia od czoła.

Badanie hartowności na przełomie. Jest to najprostsza, a równocześnie i najdawniejsza metoda określania hartowności stosowana do węglowych stali narzędziowych o małej głębokości hartowania. Polega ona na obserwacji przełomu zahartowanej próbki. Na przełomie takim strefa zahartowana jest matowa i jedwabista i łatwo można ją odróżnić od nie zahartowanego rdzenia, który ma budowę gruboziarnistą i jest błyszczący. W ten sposób można ustalić grubość warstwy zahartowanej. W razie wątpliwości za warstwę zahartowaną uważa się strefę o twardości powyżej 55 HRC. Grubość tej warstwy jest miarą hartowności stali.

Metoda Grossmanna. Była to w latach trzydziestych najbardziej rozpowszechniona metoda określania hartowności stali dla ulepszania cieplnego. Polegała ona na har­towaniu w wodzie lub w oleju cylindrycznych próbek o różnych średnicach. Próbki te następnie przecinano i dokonywano pomiaru twardości w ich poprzecznym przekroju wzdłuż średnicy. Wyniki pomiarów przedstawiono graficznie na wykresie (rys. 9.10).

Rys. 9.10. Rozkład twardości w przekroju zahartowanej próbki stalowej

Punkt środkowy osi odciętych odpowiadał osi próbki; na lewo i na prawo od tego punktu odmierzano odległości od osi próbki. Na osi rzędnych o zaznaczano odpowiadające określonym punktom przekroju twardości w skali Rockwella C. W ten sposób otrzymy­wano krzywe o kształcie podobnym do litery U obrazujące przebieg zmian twardości wzdłuż średnicy przekroju próbki. Gdybyśmy równocześnie obserwowali strukturę takiej próbki pod mikroskopem, można by zauważyć, że przy powierzchni występuje jednorodny martenzyt, po czym w głębszych warstwach oprócz martenzytu pojawia się bainit, a następnie drobny perlit, którego ilość wzrasta stopniowo w kierunku osi próbki, jeśli tylko średnica próbki jest dostatecznie duża. Za granicę strefy zahartowanej przyjęto strukturę zawierającą 50% martenzytu, gdyż stwierdzono, że tej właśnie strefie odpowiada najbardziej gwałtowny spadek twardości. Jest to tak zwana strefa pólmartenzytyczna. Twardość odpowiadająca tej strefie nazywa się twardością krytyczną. Zależność twardości krytycznej od zawartości węgla dla stali węglowej i niskostopowej podano na rys. 9.11. Sposób oznaczenia głębokości zahartowania cylindrycznej próbki z przebiegu krzywych U polega na tym, że na wykresie przedstawionym na rys. 9.10 nanosi się wartość twardości krytycznej, co pozwala na ustalenie średnicy nie zahartowanego rdzenia (D_r), o twardości mniejszej od twardości krytycznej. Głębokość zahartowanej strefy określona jest wówczas wzorem:

Rys. 9.11. Zależność twardości krytycznej od zawartości węgla w stali według PN-79/H-04402

Jeśli twardość próbki w rdzeniu jest większa od twardości krytycznej, uważa się, że próbka została zahartowana na wskroś. Ta metoda badania hartowności jest jednak kłopotliwa do przeprowadzenia, a ponadto do wielu czynników wpływających na głębokość zahartowania dochodzi jeszcze jeden bardzo istotny czynnik, a mianowicie śrenica próbki. Wskutek tego, nawet przy innych czynnikach jednakowych, wyniki badania hartowności próbek o różnych średnicach są trudno porównywalne.

Próba chłodzenia czołowego. Hartowność stali konstrukcyjnych oznacza się najczęś­ciej za pomocą próby chłodzenia czołowego (próby Jominy'ego) ujętej normą PN-79/H-04402. Polega ona na tym, że cylindryczną próbkę, której kształt i wymiary podano na rys. 9.12, nagrzewa się do temperatury hartowania, a następnie chłodzi w urządzeniu, którego schemat przedstawiono na rys. 9.13. Pod bezpośrednim natryskiem wody pozostaje tylko powierzchnia czołowa próbki i ona chłodzona jest najbardziej intensywnie (im dalej od czoła próbki, tym chłodzenie wolniejsze). Po ostygnięciu i wyjęciu z urządzenia hartowniczego, próbkę szlifuje się wzdłuż dwu przeciwległych tworzących, a na oszlifowanych powierzchniach dokonuje się pomiaru twardości apara­tem Rockwella, skala C na długości 50 mm. Wyniki pomiaru ujmuje się w postaci wykresu, oznaczając na osi odciętych odległości od czoła próbki, a na osi rzędnych odpowiednie wartości twardości. Łącząc otrzymane punkty linią ciągłą, uzyskuje się krzywą hartowności (rys. 9.14) charakteryzującą przebieg spadku twardości wzdłuż długości próbki. W przypadku stali głęboko hartującej się spadek twardości będzie powolny, natomiast w przypadku stali płytko hartującej się spadek twardości będzie szybki. W celu wyznaczenia odległości krytycznej (l_k mm), tj. odległości od czoła, na której próbka uległa zahartowaniu, należy najpierw z wykresu przedstawionego na rys. 9.11 odczytać twardość krytyczną dla danego gatunku stali. Znając twardość krytyczną, można z rys. 9.14 określić odległość krytyczną l_k, odpowiadającą odległości od czoła próbki, na której twardość jest większa od twardości krytycznej. Posługując się następnie wykresem przedstawionym na rys. 9.15, można ustalić średnicę krytyczną (D_k mm) badanej stali przy hartowaniu w wodzie i oleju.

Rys. 9.12. Próbka do badania hartowności metodą chłodzenia czołowego

Rys. 9.13. Przyrząd do badania hartowności metodą chłodzenia czołowego: 1 — uchwyt próbki, 2 — próbka, 3 — przesłona, 4 — dysza wodna, 5 — wanna, 6 — zawór do regulowania wysokości wytrysku wody

Rys. 9.14. Krzywa hartowności

Rys. 9.15. Zależność średnicy krytycznej D_k w mm od odległości krytycznej l_k w mm; w — woda, o — olej (wg PN-79/H-04402)

Warunki przeprowadzenia próby hartowania są ściśle znormalizowane, jednakże doświadczenie wykazuje, że nieznaczne odchylenia od warunków jej przeprowadzenia nie wpływają na wynik. Z próby Jo­miny'ego można więc określić:

1) maksymalną twardość stali po zahartowaniu,

2) charakter zmian twardości, a po odpowiednim przeliczeniu i innych właściwości mechanicznych (w przybliżeniu),

3) średnią krytyczną, a za pomocą odpowiednich nomogramów także idealną śre­dnicę krytyczną.

Przebieg krzywych hartowności może się nieco różnić dla poszczególnych wytopów stali tego samego gatunku, a nawet dla próbek pochodzących z różnych części tego samego wlewka. Wynika to z dopuszczalnych wahań składu chemicznego, niejednakowej wielkości ziarna i innych czynników. Z tego względu przy masowych badaniach próbek pochodzących z różnych wytopów i z różnych części wlewka wyniki pomiarów twardości wykazują oczywiście pewien rozrzut. Jeżeli punkty odpowiadające poszczególnym po­miarom ograniczyć obustronnie liniami, to powstanie pasmo hartowności danej stali, określające możliwe odchylenia przebiegu krzywych hartowności dla danego gatunku stali. Przykłady pasm hartowności podano na rys. 9.16.

Rys. 9.16. Pasma hartowności niektórych gatunków stali (wg A. P. Gulajewa)

W wielu krajach opracowano dla wielu stali konstrukcyjnych pasma hartowności i wprowadzono stale o reglamentowanej hartowności. Stale te mają hartowność w granicach właściwego danej stali pasma hartowności i cecha ta jest głównym kryterium odbiorczym. Skład chemiczny i wielkość ziarna mają w tym przypadku znaczenie drugorzędne.

5. Sposoby hartowania

Ze względu na sposób chłodzenia rozróżniamy hartowanie zwykłe, stopniowe i z przemianą izoterrniczną. Właściwy sposób hartowania należy dobierać w zależności od składu chemicznego stali, kształtu hartowanych elementów i żądanych właściwości. Im bardziej skomplikowany jest kształt przedmiotu, tym ostrożniej należy go oziębiać, gdyż łatwiej o pęknięcia. Skłonność do pęknięć zwiększa się również ze wzrostem zawartości węgla i dodatków stopowych.

Najprostszym sposobem hartowania jest hartowanie zwykle. Polega ono na nagrzaniu stali powyżej Ac₃ - Ac₁, wygrzaniu i oziębieniu w ośrodku o temperaturze niższej od temperatury początku przemiany martenzytycznej M_s, w celu otrzymania struktury martenzytycznej, przynajmniej w powierzchniowej warstwie hartowanego przedmiotu. Przedmiot wytrzymuje się w ośrodku chłodzącym (zwykle w wodzie lub w oleju) aż do jego zupełnego ochłodzenia. Szybkość chłodzenia powinna być tak duża, aby przejść przez zakres minimalnej trwałości austenitu (500 ÷ 650°C) bez jego przemiany. Po tym hartowaniu stosuje się odpuszczanie w celu zmniejszenia naprężeń i uzyskania odpowiednich właściwości mechanicznych.

Hartowanie stopniowe polega na nagrzaniu stali powyżej Ac_3 - Ac₁, wygrzaniu i ozię­bieniu w kąpieli o temperaturze nieznacznie wyższej od temperatury początku przemiany martenzytycznej M_s. W kąpieli tej wytrzymuje się hartowany przedmiot przez czas konieczny do wyrównania temperatury w jego przekroju, ale na tyle krótko, aby nie rozpoczęła się jeszcze przemiana bainityczna. Podczas następnego studzenia w po­wietrzu uzyskuje się strukturę martenzytyczną. Taki sposób hartowania powoduje mniejsze naprężenia wewnętrzne w porównaniu ze zwykłym hartowaniem, gdyż wy­równanie temperatury przed końcową fazą chłodzenia zmniejsza naprężenia cieplne, a zachodząca następnie przemiana martenzytyczną przebiega prawie równocześnie w całym przekroju, przez co unika się naprężeń strukturalnych. Ośrodkiem chłodzącym są zwykle stopione sole. Po hartowaniu stopniowym stosuje się odpuszczanie. Możliwość zastosowania hartowania stopniowego zależy od hartowności stali i wymiarów ha­rtowanego przedmiotu, ze względu na niezbyt szybkie chłodzenie w gorącej kąpieli. Stosuje się je głównie do przedmiotów niedużych (graniczne wymiary dla stali węglowej wynoszą Ø = l0 ÷ 12 mm, a dla stali stopowej o większej hartowności są one odpowiednio większe). Hartowanie stopniowe stosuje się również do przedmiotów, które z uwagi na swój kształt są skłonne do krzywienia się i paczenia, jak wiertła, rozwiertaki, wałki itp. Do hartowania stopniowego można zaliczyć hartowanie przerywane, po­legające na oziębianiu przedmiotów w wodzie do około 300°C z dalszym chłodzeniem w powietrzu lub w oleju; w czasie tego chłodzenia zachodzi przemiana martenzytyczną. Ten sposób chłodzenia powoduje małe naprężenia wewnętrzne, gdyż przemiana mar­tenzytyczną przebiega w warunkach wolnego chłodzenia.

Hartowanie z przemianą izotermiczną, zwane krótko hartowaniem izotermicznym, polega na nagrzaniu stali powyżej Ac_3 - Ac_t, wygrzaniu i następnym oziębieniu w kąpieli o temperaturze wyższej od temperatury początku przemiany martenzytycznej M_s. W ką­pieli tej hartowany przedmiot wytrzymuje się aż do zakończenia przemiany austenitu na bainit, po czym dalsze chłodzenie odbywa się na powietrzu lub w wodzie. Dzięki uniknięciu przemiany martenzytycznej, która daje największe naprężenia własne, oraz wyrównaniu temperatury na całym przekroju przed przemianą bainityczna ten sposób hartowania powoduje najmniejsze naprężenia i odkształcenia. Temperatura kąpieli zależy od właściwości, jakie chcemy otrzymać, i wynosi zwykle 250 ÷ 350°C, w wyniku czego otrzymuje się bainit o twardości 48 ÷ 58 HRC. Hartowanie z przemianą izotermiczną stosuje się głównie do przedmiotów wykonanych ze stali stopowych. Schematy wszystkich sposobów hartowania podano na rys. 9.17.

Rys. 9.17. Krzywe chłodzenia dla różnych rodzajów hartowania: a — hartowanie zwykłe, b — hartowanie przerywane,
c — har­towanie stopniowe, d — hartowanie z przemianą izotermiczną

Zabiegiem zbliżonym do hartowania izotermicznego jest patentowanie, stosowane do drutu lub taśm ze stali o zawartości 0,35 ÷  1,0% węgla. Patentowanie polega na nagrzaniu drutu do temperatury 900 ÷  l000°C, z następnym chłodzeniem w kąpieli ołowianej o temperaturze 450 ÷ 550°C oraz końcowym ciągnieniem na zimno do żądanej średnicy, przy czym liczba ciągów jest tak dobrana, aby wytrzymałość drutu osiągnęła (w zależności od średnicy) 1800 ÷ 2800 MPa. W wyniku przemiany austenitu w kąpieli ołowianej otrzymujemy strukturę bardzo drobnego perlitu, co pozwala po następnym ciągnieniu uzyskać znacznie lepsze właściwości mechaniczne niż przy perlicie grubopasemkowym. Na drodze patentowania można uzyskać drut o wytrzymałości nawet powyżej 3600 MPa.

6. Naprężenia wewnętrzne

Nagrzewanie czy też chłodzenie obrabianego cieplnie elementu nie zachodzi równo­cześnie w całym przekroju przedmiotu (powierzchnia jest nagrzewana czy też stygnie znacznie szybciej niż rdzeń). Nierównomiernie przebiegające z tego względu zmiany objętościowe powodują, że części przedmiotu o większej objętości właściwej wywierają nacisk na części o mniejszej objętości, co prowadzi do powstania naprężeń wewnętrz­nych. Mogą one spowodować odkształcenia, a w przypadku gdy ich wartość przekroczy granicę wytrzymałości materiału — powstanie pęknięć. Naprężenia wewnętrzne można podzielić na naprężenia cieplne i naprężenia strukturalne.

Naprężenia natury cieplnej powstają w wyniku nierównomiernego chłodzenia czy też nagrzewania przedmiotów w zakresie poniżej A₁ i związane są z rozszerzalnością cieplną (przy nagrzewaniu). Zjawisko to jest odwracalne (przedmiot nagrzany i następnie chłodzony powraca do swych pierwotnych wymiarów). Gdyby więc nagrzewanie czy też chłodzenie odbywało się równomiernie w całej masie przedmiotu, naprężenia nie po­wstałyby. Powierzchnia przedmiotu nagrzewa się jednak (czy też oziębia) znacznie szybciej niż rdzeń. Im szybsze jest nagrzewanie czy też chłodzenie, tym większe są różnice temperatury pomiędzy powierzchnią przedmiotu i rdzenia i tym większe powstają naprężenia (rys. 9.18). W przypadku nagrzewania naprężenia zanikają po osiągnięciu dostatecznie wysokiej temperatury, ponieważ granica plastyczności ze wzrostem tem­peratury maleje i materiał odkształcając się ulega odprężeniu. Pozostają jednak w tym przypadku trwałe odkształcenia, znaczne zwłaszcza, gdy nagrzewanie nie było równo­mierne. Natomiast przy chłodzeniu, gdy granica plastyczności wzrasta, mogą pozostać w materiale znaczne naprężenia, nawet po zupełnym wyrównaniu temperatury.

Rys. 9.18. Wpływ szybkości chłodzenia na przebieg zmian temperatury powierzchni i rdzenia: a) duże szybkości chłodzenia,
b) średnie szybkości chłodzenia, 1 — temperatura powierzchni, 2 — temperatura rdzenia, 3 — różnica temperatur powierzchni i rdzenia

Naprężenia strukturalne powstają w wyniku zmian objętościowych natury struktural­nej przy przejściu przez zakres temperatur krytycznych. Poszczególne składniki struk­turalne stali mają różną objętość właściwą, co można przedstawić w postaci nastepującego szeregu składników strukturalnych o wzrastającej objętości właściwej: auste­nit, perlit, sorbit, bainit, martenzyt. Najmniejszą objętość właściwą ma austenit, a naj­większą martenzyt. Z tego względu procesowi przemiany austenitu towarzyszy wzrost objętości, największy przy przemianie austenitu w martenzyt, a mniejszy przy przemianie w struktury perlityczne lub bainityczne. Zmiany objętościowe natury strukturalnej ze względu na swoją wartość (0,5 ÷ 1,5%) i szybkość, z jaką zachodzą, powodują ogromne naprężenia, przewyższające naprężenia pochodzące od zjawisk rozszerzalności cieplnej i są dlatego głównym powodem odkształceń i pęknięć hartowniczych.

Na wartość naprężeń wewnętrznych, a zatem także na skłonność do pęknięć i odkształceń przy hartowaniu, wywierają wpływ następujące czynniki:

1. Rodzaj ośrodka chłodzącego; im szybciej dany ośrodek chłodzi w zakresie tem­peratur przemiany martenzytycznej, tym większe jest prawdopodobieństwo powstawania naprężeń i pęknięć; natomiast szybkość chłodzenia w zakresie austenitycznym nie odgrywa większej roli.

2. Skład chemiczny, tj. zawartość węgla i składników stopowych oraz struktura i jakość stali. Wzrost zawartości węgla a także dodatków stopowych sprzyja wzrostowi naprężeń. Niejednorodna struktura stali, obecność wtrąceń niemetalicznych są często powodem powstawania i rozprzestrzeniania się pęknięć.

3. Temperatura początku chłodzenia; im wyższa, tym większe powoduje naprężenia.

4. Wielkość ziarna austenitu; im stal jest bardziej gruboziarnista, tym wyższe po­wstają w niej naprężenia.

5. Kształt i wielkość przedmiotu; im większy przedmiot, a kształt jego bardziej złożony, tym większa skłonność do powstawania naprężeń.

Szczególnie istotny jest wpływ konstrukcji przedmiotu, jego wielkości i kształtu na skłonność do odkształceń i pęknięć. Z tego punktu widzenia należy zwrócić uwagę na następujące zalecenia:

1) poszczególne elementy hartowanego przedmiotu powinny mieć możliwie równo­mierny przekrój (należy unikać skupień materiału i gwałtownych przejść pomiędzy poszczególnymi częściami przedmiotu);

2) należy unikać ostrych podcięć i naroży;

3) przedmioty powinny mieć możliwie symetryczne rozmieszczenie mas;

4) należy unikać otworów w przedmiotach hartowanych.

7. Hartowanie powierzchniowe

Celem hartowania powierzchniowego jest uzyskanie twardej i odpornej na ścieranie warstwy powierzchniowej przy zachowaniu ciągliwego rdzenia. Polega ono na szybkim nagrzaniu zewnętrznej cienkiej warstwy przedmiotu, która ma zostać utwardzona z następnym oziębieniem. Nagrzanie musi być bardzo szybkie, a oziębianie natychmia­stowe, gdyż w przeciwnym przypadku ciepło przeniknie do głębszych warstw materiału i zahartowana strefa może być zbyt gruba. Aby uzyskać austenit o dostatecznej jednorodności przy tak krótkich czasach nagrzewania, trzeba stosować znacznie wyższe temperatury hartowania niż normalnie. Zależność zakresu temperatur hartowania od szybkości nagrzewania podano na rys. 9.19. Hartowanie powierzchniowe ma następujące zasadnicze zalety:

1) możliwość zastosowania do przedmiotów o niemal dowolnym rozmiarze i kształcie,

2) otrzymanie twardej warstwy powierzchniowej o określonej grubości przy za­chowaniu ciągliwego rdzenia,

3) wyeliminowanie krzywienia się,

4) zachowanie gładkiej nie utlenionej powierzchni,

5) duża wydajność procesu.

Rys. 9.19. Zależność temperatury hartowania od szybkości nagrzewania dla stali o zawartości 0,8% węgla: / — właściwy zakres temperatur hartowania, // — zakres temperatur hartowania dla powolnego nagrzewania (wg A. P. Gulajewa)

W zależności od sposobu nagrzewania rozróżnia się: hartowanie płomieniowe, indukcyjne i kąpielowe. Z wymienionych metod hartowania powierzchniowego zwłasz­cza hartowanie indukcyjne znalazło szerokie zastosowanie w przemyśle przy masowej produkcji. Hartowanie kąpielowe ma ograniczone zastosowanie raczej do pojedynczych elementów. Ponadto stosuje się jeszcze inne specjalne metody hartowania powierz­chniowego: hartowanie kontaktowe i hartowanie elektrolityczne. Są one jednak mało rozpowszechnione i nie mają większego znaczenia.

Hartowanie płomieniowe. Hartowanie płomieniowe polega na grzaniu części przedmio­tu, którą chcemy zahartować, palnikiem gazowym i następnie intensywnym oziębieniu strumieniem wody. Najczęściej stosuje się do nagrzewania płomień acetylenowo-tlenowy, który w wierzchołku stożka wewnętrznego ma temperaturę około 3100°C. Schemat urządzenia do hartowania płomieniowego metodą posuwową przedstawia rys. 9.20.

Rys. 9.20. Urządzenie do hartowania płomieniowego posuwowego: 1 — palnik, 2 — dysza wodna

Temperaturę nagrzania i grubość warstwy zahartowanej można regulować, zmienia­jąc szybkość względną palnika i nagrzewanej powierzchni oraz odległość palnika od natrysku wody. Ponadto grubość zahartowanej strefy zależy również od wielkości palnika, rodzaju mieszanki gazowej i właściwości hartowanej stali.

Do hartowania płomieniowego stosuje się stale do ulepszania cieplnego o zawartości węgla 0,45 ÷ 0,65% zarówno węglowe, jak i stopowe. Gdy wymagane są wysokie właściwości rdzenia, można przed hartowaniem powierzchniowym poddawać elementy ulepszaniu cieplnemu (hartowaniu i wysokiemu odpuszczaniu). Uzyskuje się wtedy strukturę martenzytyczną w warstwie powierzchniowej i sorbityczną w rdzeniu. Har­towanie płomieniowe znajduje zastosowanie przy budowie maszyn ciężkich i urządzeń hutniczych oraz w produkcji małoseryjnej i jednostkowej. Tym sposobem utwardza się zęby dużych kół, ślimacznice, wrzeciona, rolki prostarek, walce hutnicze, koła suwnic itp.

Hartowanie indukcyjne. Jeżeli stalowy przedmiot umieścimy w szybkozmiennym polu elektromagnetycznym, powstaną w przedmiocie prądy wirowe o częstotliwości od­powiadającej częstotliwości prądu wzbudzającego. Gęstość ich w przekroju jest nieje­dnakowa. Dzięki występowaniu efektu powierzchniowego indukowany prąd płynie głównie w cienkiej warstwie powierzchniowej, a w miarę oddalania od powierzchni jego gęstość szybko maleje. Energia prądów wirowych zamienia się na ciepło. Ponieważ ilość wydzielanego ciepła jest proporcjonalna do kwadratu gęstości prądu, zmniejszenie ilości wydzielanego ciepła w miarę oddalania się od powierzchni hartowanego przedmiotu w kierunku rdzenia jest jeszcze bardziej gwałtowne. Na tym zjawisku oparte jest hartowanie indukcyjne. Grubość warstwy powierzchniowej, przez którą przepływają prądy wirowe i która ulega nagrzaniu, można określić wzorem:

gdzie: p oznacza opór elektryczny właściwy materiału w

— przenikalność w H/m, f — częstotliwość w Hz.

Czas nagrzania potrzebny do osiągnięcia wymaganej temperatury zależy od mocy generatora w stosunku do powierzchni hartowanego przedmiotu; stosunek ten nosi nazwę mocy właściwej. Im większa jest moc właściwa, tym prędzej grzana powierzchnia osiągnie żądaną temperaturę i tym mniej ciepła przejdzie w głąb materiału. Na grubość warstwy nagrzanej wpływają więc następujące czynniki:

1) częstotliwość prądu; głębokość przenikania prądu jest odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego częstotliwości prądu i zmienia się w szerokich granicach w zależności od temperatury; zgodnie z tym im cieńsza musi być warstwa zahartowana, tym należy stosować większe częstotliwości prądu;

2) moc właściwa; im większa moc właściwa, tym szybsze jest nagrzewanie i cieńsza warstwa zahartowana;

3) czas nagrzewania; im krótszy, tym cieńsza jest warstwa zahartowana.

Orientacyjne zapotrzebowanie mocy przy hartowaniu indukcyjnym wynosi 0,3 ÷ 3,0 kW na l cm² grzanej powierzchni. Czas grzania indukcyjnego konieczny do uzyskania właściwej temperatury jest bardzo krótki i wynosi od pół sekundy do kilkunastu sekund.

Urządzenie do hartowania indukcyjnego składa się zasadniczo, jak to przedstawia rys. 9.21, z dwu podstawowych elementów:

1) generatora wysokiej częstotliwości, połączonego z uzwojeniem pierwotnym trans­formatora,

2) urządzenia do grzania przedmiotu zwanego wzbudnikiem (induktorem), połączo­nego z obwodem wtórnym transformatora.

Rys. 9.21. Schemat urządzenia do hartowania indukcyjnego: 1 — hartowany przedmiot, 2 — wzbudnik, 3 — prądnica, 4 — silnik elektryczny, 5 — transformator, 6 — konden­sator

Wzbudnik (induktor) jest to cewka o jednym zwoju lub większej ich liczbie wykonany z rurki miedzianej, najczęściej wewnątrz chłodzonej wodą. Kształt i wielkość wzbudnika musi ściśle odpowiadać hartowanemu przedmiotowi, gdyż od tego zależą zarówno współczynnik spawalności elektrycznej, jak i równomierność nagrzania hartowanego przedmiotu. Nawet nieznaczna zmiana kształtu może spowodować niewłaściwą pracę induktora.

Do hartowania indukcyjnego nadają się stale węglowe i stopowe zawierające powyżej 0,4% węgla, nadające się do ulepszania cieplnego. Ponieważ nagrzewanie trwa bardzo krótko, jest rzeczą pożądaną, aby w strukturze stali było jak najmniej wolnego ferrytu, którego obecność przedłuża czas konieczny do ujednorodnienia austenitu. Przed har­towaniem powierzchniowym pożądane jest przeprowadzenie normalizowania lub ulep­szania cieplnego. Hartowanie indukcyjne powoduje powstawanie naprężeń, dlatego też po hartowaniu stosuje się odpuszczanie w temperaturze 150 ÷ 200°C w ciągu 2,5 h. Zaletami hartowania indukcyjnego są:

1) wysoka jakość obróbki cieplnej; unika się odwęglania i przegrzania; mała jest tendencja do odkształceń i pęknięć; istnieje możliwość regulacji grubości warstwy zahartowanej;

2) duża wydajność procesu;

3) możliwość grzania w trudno dostępnych miejscach;

4) małe zużycie energii elektrycznej;

5) łatwość obsługi;

6) możliwość włączenia urządzenia do hartowania w linię produkcyjną.

Należy jednak wziąć pod uwagę koszt instalacji oraz konieczność stosowania dla każdego elementu wzbudnika o odpowiednim kształcie. Ponadto konieczne jest uprze­dnie ustalenie w drodze szczegółowych badań parametrów procesu. Jest więc metodą opłacalną tylko przy masowej, wielkoseryjnej produkcji.

Hartowanie kąpielowe. Hartowanie kąpielowe polega na nagrzewaniu powierzchni przedmiotu przez jego zanurzenie przez krótki okres w kąpieli solnej lub metalowej o temperaturze znacznie wyższej niż temperatura hartowania i następnym chłodzeniu w wodzie lub oleju. Jako kąpiele stosuje się mieszaniny chlorków, np. chlorek baru (BaCl₂) i chlorku potasu (KCl), roztopione żeliwo itp.

8. Odpuszczanie

Odpuszczanie jest to zabieg cieplny stosowany do przedmiotów uprzednio zahar­towanych, polegający na nagrzewaniu ich do temperatury niższej od Ac₁ wygrzaniu w tej temperaturze z następnym chłodzeniem powolnym lub przyspieszonym. Jest ono zwykle stosowane w celu polepszenia właściwości plastycznych elementów przy jedno­czesnym usunięciu naprężeń własnych, które mogłyby doprowadzić do ich pęknięcia.

Stopień usunięcia naprężeń zależy od temperatury odpuszczania (im wyższa jest tem­peratura odpuszczania, tym większy procent naprężeń zostanie usunięty, jak to przed­stawiono na rys. 9.22). Temperaturę odpuszczania dobiera się w zależności od wymaga­nych właściwości. Rozróżnia się następujące rodzaje odpuszczania:

1. Odpuszczanie niskie (150 ÷ 250°C), którego celem jest częściowe usunięcie na­prężeń hartowniczych oraz rozkład austenitu szczątkowego, przy zachowaniu wysokiej twardości. Stosowane jest do narzędzi, sprawdzianów, przedmiotów nawęglonych itp.

2. Odpuszczanie średnie (250 ÷ 500°C), którego celem jest obniżenie twardości i zwiększenie odporności na uderzenie przy zachowaniu wysokiej wytrzymałości i spręży­stości. Odpuszczanie to znajduje zastosowanie przy obróbce cieplnej sprężyn, matryc itp.

3. Odpuszczanie wysokie (500 ÷ 650°C) stosowane w celu uzyskania jak najwyższej udarności, przy wystarczającej wytrzymałości na rozciąganie. Istotna jest zwłaszcza duża wartość stosunku R_eR_m. W wyniku tego odpuszczania otrzymuje się strukturę sorbitycz-ną, właściwą dla stali konstrukcyjnych. Połączenie zabiegów hartowania i wysokiego odpuszczania w celu otrzymania optymalnych właściwości mechanicznych nosi nazwę ulepszania cieplnego.

Rys. 9.22. Wpływ temperatury i czasu od­puszczania na wartość maksymalnych na­prężeń własnych w stali zahartowanej o za­wartości 0,3% węgla

Na wynik odpuszczania oprócz temperatury wpływa również, chociaż w nieco mniejszym stopniu, czas odpuszczania. Ten sam wynik można uzyskać przez krótkie odpuszczanie w wyższej temperaturze lub przez dłuższe odpuszczanie w temperaturze niższej. Zbyt krótki czas odpuszczania nie jest jednak korzystny; dlatego też temperatura odpuszczania musi być tak dobrana, aby wygrzanie mogło trwać dostatecznie długo, co gwarantuje jednorodność struktury obrabianych cieplnie elementów. Chłodzenie po odpuszczaniu powinno być w zasadzie powolne, a jedynie w przypadku stali skłonnych do kruchości odpuszczania stosuje się szybsze chłodzenie w wodzie lub w oleju.

9. Obróbka podzerowa

W przypadku stali węglowych o wyższej zawartości węgla i niektórych stali stopo­wych temperatura końca przemiany martenzytycznej M_f jest znacznie niższa od tem­peratury otoczenia. Podczas zwykłego hartowania takich stali w ośrodku o temperaturze otoczenia (20°C) nie osiąga się temperatury końca przemiany martenzytycznej M_f, wskutek czego w strukturze zahartowanej stali pozostaje duża ilość austenitu szcząt­kowego. Jest to niekorzystne, gdyż nie osiąga się przy hartowaniu maksymalnej twardo­ści, a zachodzące z biegiem czasu procesy rozkładu austenitu powodują zmiany wymiaro­we zahartowanych elementów. Dopiero oziębienie tego rodzaju stali do temperatury M_f powoduje prawie całkowitą przemianę austenitu szczątkowego w martenzyt.

Obróbka podzerowa (wymrażanie) polega więc na oziębieniu uprzednio zahar­towanej stali do niskich temperatur (poniżej 0°C) w celu zmniejszenia zawartości austenitu szczątkowego.

Powinna być ona przeprowadzona bezpośrednio po hartowaniu, ażeby uniknąć szkodliwej stabilizacji austenitu. Po obróbce podzerowej, a niekiedy przed nią, prze­prowadza się odpuszczanie dla usunięcia naprężeń. Najprostszym sposobem wymrażania jest zanurzenie przedmiotu w ośrodku chłodzącym, którym może być mieszanina stałego CO₂ ze spirytusem (o temperaturze około -80°C). W produkcji masowej najkorzystniej stosować specjalne urządzenia chłodnicze (chłodziarki) pozwalające na utrzymanie dowolnej, stałej temperatury. W praktyce obróbkę podzerowa stosuje się najczęściej do narzędzi ze stali szybkotnącej i przedmiotów nawęglonych w celu zwiększenia ich twardości oraz do sprawdzianów w celu stabilizacji wymiarów.

10. Wyżarzanie

Wyżarzanie jest to zabieg cieplny polegający na nagrzaniu stali do określonej temperatury, wygrzaniu w tej temperaturze z następnym studzeniem (czyli powolnym chłodzeniem). Zależnie od temperatury wygrzania, sposobu studzenia i celu, jaki chcemy osiągnąć, rozróżnia się następujące rodzaje wyżarzania:

1) wyżarzanie ujednoradniające,

2) wyżarzanie zupełne,

3) wyżarzanie normalizujące,

4) wyżarzanie z przemianą izotermiczną,

5) wyżarzanie sferoidyzujące,

6) wyżarzanie rekrystalizujące,

7) wyżarzanie odprężające,

8) wyżarzanie grafityzujące,

9) wyżarzanie odwęglające,

10) wyżarzanie przegrzewające.

Zakres temperatur niektórych rodzajów wyżarzania podano na rys. 9.23.

Rys. 9.23. Zakres temperatur niektórych rodzajów wyżarzania

W wyniku procesu krystalizacji stal może wykazywać różnice w składzie chemicznym w różnych punktach przekroju wlewka (segregacja wlewkowa), jak też w obrębie poszczególnych ziarn (segregacja dendrytyczna). Wyżarzanie ujednoradniające (ujednoradnianie, homogenizowanie) ma na celu usunięcie lub zmniejszenie tych właśnie niejednorodności składu chemicznego stali na drodze dyfuzji. Polega ono na nagrzaniu stali o 150 ÷ 250°C powyżej temperatury przemian Ac₃ - Ac_m, zazwyczaj do 1000 ÷ 1250°C, wygrzaniu w tej temperaturze z następnym studzeniem. Czas wygrzania musi być dostatecznie długi, gdyż procesy dyfuzyjne przebiegają wolno; w zależności od wielkości przedmiotu wynosi on zwykle 8 ÷ 24 h. Ujednoradnianie stosowane jest najczęściej do wlewków lub odlewów ze stali wysokostopowych. Wysoka temperatura wyżarzania sprzyja rozrostowi ziarna. W przypadku wlewków nie jest to szkodliwe, gdyż dalsza przeróbka plastyczna spowoduje rozdrobnienie ziarna. Do odlewów natomiast, które nie będą przerabiane plastycznie, należy w celu rozdrobnienia ziarna zastosować odpowiednią obróbkę cieplną, np. wyżarzanie normalizujące.

Wyżarzanie zupełne ma na celu rozdrobnienie ziarna stali, usunięcie budowy Widmannstattena, uzyskanie jednorodności struktury oraz usunięcie naprężeń, przez co uzyskuje się polepszenie właściwości plastycznych, przy zmniejszeniu twardości, a czasem polepszenie obrabialności. Polega ono na nagrzaniu stali do temperatury 30 ÷ 50°C powyżej Ac₃ - Ac_m, wygrzaniu z następnym studzeniem z piecem lub w popiele przynaj­mniej w zakresie temperatur krytycznych (pomiędzy GSE i PSK). Dalsze studzenie może się już odbywać w powietrzu. Niektóre stale wolno chłodzone po wyżarzeniu w zakresie temperatur 700 ÷ 400°C wykazują zwiększoną kruchość. Zjawisko to, zwane kruchością wyżarzania, podobne jest do kruchości występującej w procesie odpuszczania.

Wyżarzanie normalizujące, zwane krótko normalizowaniem, różni się od wyżarzania zupełnego tylko sposobem chłodzenia. Polega ono na nagrzaniu stali do temperatury 30 ÷ 50°C powyżej Ac₃ - Ac_m, wygrzaniu w tej temperaturze z następnym studzeniem w spokojnym powietrzu. Celem tego zabiegu jest uzyskanie jednolitej drobnoziarnistej struktury i związane z tym polepszenie właściwości plastycznych oraz usunięcie naprężeń wewnętrznych. Często normalizowanie ma również na celu przygotowanie struktury elementów do ostatecznej obróbki cieplnej (np. przed ulepszaniem cieplnym). W stalach nadeutektoidalnych można na drodze normalizowania rozbić siatkę cementytu wtór­nego. Po normalizowaniu twardość i wytrzymałość stali są wyższe niż po wyżarzaniu zupełnym, zwłaszcza stali wysokowęglowych oraz stopowych.

Wyżarzanie z przemianą izotermiczną, zwane krótko wyżarzaniem izotermicznym, jest odmianą wyżarzania zupełnego. Polega ono na nagrzaniu stali do temperatur 30 ÷ 50°C powyżej Ac₃ - Ac_m, wygrzaniu w tej temperaturze, oziębieniu do temperatury od­powiadającej zakresowi przemian perlitycznych (około 700 ÷ 500°C), wytrzymaniu w tej temperaturze aż do zakończenia przemiany austenitu w perlit z następnym chłodzeniem wolnym lub przyspieszonym. Porównanie przebiegu chłodzenia przy wyżarzaniu zupełnym z przemianą izotermiczną podaje rys. 9.24. Wyżarzanie to stosowane jest głównie do stali wysokowęglowych oraz stopowych w celu zmniejszenia twardości i polepszenia obrabialności; trwa ono 2 do 3 razy krócej w porównaniu z wyżarzaniem zupełnym.

Rys. 9.24. Schemat wyżarzania zupełnego i wyżarzania z przemianą izotermiczną

Wyżarzanie sferoidyzujące ma na celu koagulację (sferoidyzację) węglików, przez co uzyskuje się najmiększą i najbardziej plastyczną strukturę, jaką dla danej stali można osiągnąć. Wyżarzanie to polega na nagrzaniu stali do temperatury zbliżonej do Ac₁, wygrzaniu w tej temperaturze z następnym studzeniem. Czas wygrzewania musi być stosunkowo długi i wynosi od kilku do kilkudziesięciu godzin. Po prawidłowo prze­prowadzonym wyżarzaniu sferoidyzującym struktura stali składa się z ziarnistego cementytu (węglików) równomiernie rozmieszczonego na tle osnowy ferrytycznej. Wyża­rzanie sferoidyzujące stosowane jest do stali o zawartości powyżej 0,5% węgla.

Wyżarzanie rekrystalizujące polega na nagrzaniu uprzednio zgniecionej stali do temperatury nieco wyższej od temperatury początku rekrystalizacji, wygrzaniu w tej temperaturze z następnym chłodzeniem. Wyżarzanie to stosuje się do materiału uprze­dnio poddanego przeróbce plastycznej na zimno i ma na celu usunięcie skutków zgniotu.

Wyżarzanie odprężające (odprężanie) ma na celu zmniejszenie naprężeń własnych elementów stalowych, powstałych w procesach technologicznych, jak przeróbka pla­styczna na gorąco, obróbka mechaniczna, spawanie, prostowanie itp., nie powodując przy tym zmiany struktury stali i w związku z tym nie obniżając jej twardości i wytrzymałości. Wyżarzanie odprężające polega na nagrzaniu stali poniżej Ac₁ zwykle poniżej 650°C (najczęściej 600 ÷ 500°C), wygrzaniu w tej temperaturze z następnym studzeniem. Czas wygrzania jest długi i wynosi od kilku godzin do kilku nawet dni, w zależności od wielkości przedmiotu. Chłodzenie po odprężeniu musi być bardzo powolne. Im wyższa temperatura wygrzania, tym krótszy może być czas wygrzania. Odprężanie zachodzi również w temperaturze otoczenia, lecz proces ten trwa bardzo długo.

Wyżarzanie grafityzujące, tzw. grafityzacja, ma na celu rozkład cementytu na grafit (węgiel żarzenia) i austenit, jeżeli temperatura procesu leży powyżej Ac₁, lub na grafit i ferryt, jeżeli temperatura procesu leży poniżej Ac₁. Polega ono na nagrzaniu do temperatury, w której zachodzi rozkład cementytu, wygrzaniu w tej temperaturze z następnym chłodzeniem. Stosowane jest najczęściej do niektórych gatunków żeliwa białego w celu uzyskania żeliwa ciągliwego (punkt 7.3.8).

Wyżarzanie odwęglające ma na celu wypalenie węgla z powierzchni elementu, np. w celu uzyskania białego żeliwa ciągliwego, lub przy produkcji blach transformatorowych.

Wyżarzanie przegrzewające polega na nagrzaniu stali do temperatury, w której następuje silny rozrost ziarna, wygrzaniu w tej temperaturze z następnym studzeniem. Celem tego zabiegu jest uzyskanie gruboziarnistej struktury, np. w celu polepszenia obrabialności stali.

11. Utwardzanie dyspersyjne (wydzieleniowe)

Obróbka cieplna stopów żelaza jest oparta głównie na przemianie alotropowej żelaza α w żelazo γ. Istnieje jednak jeszcze inna możliwość obróbki cieplnej stopów metali, wykorzystująca zjawisko zmiennej rozpuszczalności w stanie stałym, zgodnie z układem równowagi podanym na rys. 9.25. Wydzielanie rozpuszczonego składnika z przesyconego roztworu a przy chłodzeniu prowadzi do zmiany właściwości stopu. Ze względu na to, że efekt obróbki cieplnej jest w tym przypadku zależny od stopnia dyspersji wydzieleń, nosi ona nazwę utwardzania dyspersyjnego. Utwardzanie dyspersyjne jest połączeniem dwu kolejnych zabiegów cieplnych: przesycania i starzenia.

Przesycanie polega na nagrzaniu stopu do temperatury powyżej linii granicznej rozpuszczalności, w której wydzielony składnik przechodzi całkowicie do roztworu stałego bez przemiany alotropowej (temperatura t_p dla stopu I na rys. 9.25), wygrzaniu z następującym oziębieniem w celu zatrzymania rozpuszczonego składnika w roztworze przesyconym. Optymalną temperaturę przesycania określa linia granicznej rozpuszczal­ności. Szybkość chłodzenia od temperatury przesycania zależna jest od rodzaju stopu (dla większości przypadków konieczne jest szybkie chłodzenie w wodzie lub oleju). W wyniku przesycenia następuje nieznaczne obniżenie właściwości wytrzymałościowych stopu, a podwyższenie właściwości plastycznych. Z uwagi na podobieństwo technologiczne przesycanie zwane jest niekiedy hartowaniem, co jest błędne, gdyż pomiędzy oboma zabiegami występują zasadnicze różnice. W przeciwieństwie do hartowania podczas przesycania nie zachodzi przemiana alotropowa, a w wyniku przesycenia nie uzyskuje się wzrostu twardości.

Rys. 9.25. Wykres równowagi z ograniczoną zmienną rozpuszczalnością składnika B i składnika A

Starzenie jako zabieg obróbki cieplnej polega na nagrzaniu uprzednio przesyconego stopu do temperatury wyższej od temperatury otoczenia, a niższej od temperatury granicznej rozpuszczalności, wygrzaniu i następnym studzeniu. Składnik przesycający roztwór wydziela się wówczas w postaci odrębnej fazy o odpowiednim stopniu dyspersji.

Tego rodzaju zabieg zwany jest starzeniem przyspieszonym (sztucznym). Ten sam proces zachodzący w temperaturze otoczenia w ciągu dłuższego czasu nosi nazwę starzenia naturalnego (samorzutnego). Wydzielone w czasie starzenia z roztworu stałego cząsteczki hamują ruch dyslokacji, na skutek czego następuje wzrost twardości i wytrzymałości stopu przy obniżeniu właściwości plastycznych. Uzyskana zmiana właściwości zależy od ilości wydzielonego składnika i jego stopnia dyspersji, co z kolei zależy od temperatury i czasu starzenia. Im niższa temperatura starzenia, tym większy jest stopień dyspersji wydzieleń i większy efekt wzrostu twardości — jak to wynika z rys. 9.26, jednak stosowanie zbyt niskich temperatur starzenia nie jest celowe, gdyż osiągnięcie maksymal­nej twardości trwałoby zbyt długo. Wzrost temperatury starzenia przyspiesza wprawdzie wydzielanie się rozpuszczonego składnika, wskutek czego maksimum twardości dla danej temperatury uzyskuje się po upływie krótszego czasu, jednak równocześnie rośnie wielkość wydzielonych cząstek, tak że w wyższych temperaturach starzenia uzyskuje się niższą twardość. Przekroczenie czasu odpowiadającego maksimum twardości dla danej temperatury starzenia powoduje spadek twardości, tym szybszy, im wyższa jest tempera­tura starzenia. Jest to wynikiem koagulacji wydzielonych cząstek. Wzrostowi twardości podczas starzenia towarzyszy spadek właściwości plastycznych. Starzenie bywa również zwane mylnie odpuszczaniem, co nie jest słuszne, gdyż odpuszczanie obniża twardość, a podwyższa właściwości plastyczne, podczas gdy starzenie działa wręcz przeciwnie.

Rys. 9.26. Wpływ temperatury i czasu starze­nia na twardość przesyconego stopu

W układzie żelazo-cementyt występuje zmienna rozpuszczalność węgla w ferrycie od 0,008% w temperaturach normalnych do 0,02% w temperaturze eutektoidalnej 727°C. Fakt ten wskazuje na możliwość zastosowania utwardzania dyspersyjnego do stali miękkich o strukturze ferrytycznej. Największy efekt utwardzenia powinien występować w stalach o zawartości węgla 0,02%, gdyż dalszy wzrost zawartości węgla powoduje zmniejszenie się ilości ferrytu w strukturze stali. Praktycznie efekt utwardzania można zaobserwować w stalach zawierających do 0,15% węgla, jednakże stosowanie tego rodzaju obróbki cieplnej nie byłoby celowe, gdyż stale te muszą mieć właśnie dobre właściwości plastyczne. Należy odróżnić starzenie jako nazwę określonego zabiegu obróbki cieplnej od ogólnego pojęcia starzenia, obejmującego całokształt zjawisk związa­nych z rozpadem przesyconych roztworów stałych.

Zjawisko starzenia się jest szczególnie niepożądane w stalach miękkich, które powinny wykazywać dobre właściwości plastyczne, jak np. blachy do głębokiego toczenia czy też materiały kotłowe. Te ostatnie, mimo że pracują w podwyższonych temperaturach, co sprzyja procesowi starzenia, powinny zachować wysoką ciągliwość i udarność przez długi czas. Z tego względu produkowane są tzw. stale niestarzejące się. W procesie metalurgicznym są one silnie odazotowane i odtleniane dodatkiem alumi­nium lub aluminium i tytanu, co zmniejsza starzenie lub nawet całkowicie mu zapobiega.

1

17

---