HARTOWNIE- jest operacją cieplną, której poddawana jest stal, składająca 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 martenzytyczną lub hartowaną. Hartowanie przeprowadza się, by podnieść twardość i wytrzymałość stali.

Przy hartowaniu niezwykle istotny 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 do zakresu austenitu, a następnie szybkim 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 powierzchnię przedmiotu. W związku z tym tylko warstwa powierzchniowa podlega hartowaniu. Stosowane wszędzie tam, gdzie wymagane jest utwardzenie tylko fragmentów powierzchni przedmiotu.

WYKRES TEMPERATURY HARTOWANIA

WYKRES PROCESÓW HARTOWANIA

A - zwykłe, B - stopniowe, C - z przemianą izotermiczną

CEL ĆWICZENIA

Badanie twardości nagrzanych oraz chłodzonych trzema metodami próbek ze stali St3 i NC6

Zawartość pierwiastków w stali

NC6				St3
	min	max			max
C	1,3	1,45		C	0,2
Mn	0,4	0,7		Mn	1,4
Si	0,15	0,4		Ti	0,05
P		0,03		P	0,045
S		0,03		S	0,045
Cr	1,3	1,65		Cr	0,3
Ni		0,35		Ni	0,3
Mo		0,25		Mo	0,08
W		0,2		Cu	0,4
V	0,1	0,25		V	0,1
Cu		0,35		W	0,1

Po wykonaniu nagrzania i chłodzenia w wodzie pierwszej próbki, drugiej w oleju a trzeciej na powietrzu i późniejszym zmierzeniu ich twardości otrzymałem następujące wyniki które umieściłem poniżej

Temperatura grzania wynosiła 900^oC i czas w jakim były próbki to jedna godzina

	St3	NC6
Stan wyjściowy	139,140 HB	226,229 HB
Powietrze		35,34,35 HRC
Olej		53,56,56 HRC
Woda	16,12,18 HRC	59,60,61 HRC

Po zbadaniu twardości próbki zostały zbadane pod mikroskopem w powiększeniu

Stal St3

Chłodzone w wodzie Chłodzone w oleju Chłodzone na powietrzu

Stal NC6

Chłodzone w wodzie Chłodzone w oleju Chłodzone na powietrzu

WNIOSKI

Nagrzanie do temp.900^oC i wygrzewanie przez godzinę oraz chłodzenie w trzech różnych ośrodkach chłodzących stali St3 nie wpłynęło na poprawę twardości wyżej wymienionej stali zaś odwrotnie zachowała się stal NC6. Poprawiła się twardość tego materiału i to w widocznym stopniu.

	PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA w Ciechanowie
Imię i nazwisko: Grzegorz Burczyk
Przedmiot: Laboratorium Obróbki Cieplnej		Wydział: Inżynieria Produkcji
Temat: BADANIE TWARDOŚCI METALI		Grupa: IPz 51b
				Nr ćwiczenia: 4
				Kierunek: Budowa maszyn

---