123720

Celem utwardzania powierzchniowego jest uzyskanie twardej i odpornej na ścieranie warstwy powierzchniowej z zachowaniem dobrej ciągliwości rdzenia. Podstawowymi metodami utwardzania powierzclmiowego są nawęglanie i azotowanie.

2.2.1.    Stal do nawęglania

W celu zapewnienia dobrej ciągliwości rdzenia w stanie hartowanym i nisko odpuszczonym stal do nawęglania zawiera nie więcej niż 0,25% węgla.W celu polepszenia właściwości technologicznych i użytkowych zawiera wiele pierwiastków stopowych. Pierwiastki te zwiększają przede wszystkim hartowność. a tym samym umożliwiają zahartowanie i uzyskanie dużej wytrzymałości rdzenia. Umożliwiają także stosowanie mniejszej szybkości chłodzenia podczas hartowania, co pozwala uniknąć dużych naprężeń hartowniczych i krzywizn. Chrom np. zwiększając hartowność, zwiększa również wytrzymałość i ciągliwość rdzenia, a także odporność warstwy nawęglonej na ścieralne. Większa zawartość chromu opóźnia dyfuzję węgla, a wskutek obniżenia aktywności węgla w austenicie i cementycie powoduje jego dużą koncentrację w warstwie i ostre przejście do rdzenia. Dlatego chrom w stali do nawęglania występuje najczęściej łącznie z niklem lub manganem, które przeciwdziałają temu zjawisku i wpływają dodatnio na ciągliwość. Obniżają jednak znacznie temperaturę początku prcemiany martenzytycznej Ms, co powoduje obecność dużej zawartości austenitu szczątkowego w warstwie nawęglonej. Dlatego zawartość tych pierwiastków w stali jest ograniczona i występują zawsze łącznie z chromem lub molibdenem. Ponadto molibden przeciwdziała skłonności stali do rozrostu ziarna, wywoływanej przez mangan (stal 15HGM). W tym samym celu stosuje się dodatki tytanu (stal 18HGT).

Stal chromowa i chromowo-manganowa (15H, 20H, 14HG, 20HG) jest stosowana do wyrobu niedużych elementów, od których jest wymagana jedynie duża odporność na ścieranie warstwy nawęglonej, jak: wały noskowe, rolki, sworznie, wrzeciona i inne. Stal 18HGT stosuje się do wyrobu silnie obciążonych kól zębatych, wałków i innych części o średnicy do 150 mm. od których jest wymagana duża wytrzymałość rdzenia. W lotnictwie i motoryzacji na sworznie oraz koła zębate skrzyni biegów stosuje się głównie stal chromowo—niklową 12HN3 i 18H2N2 lub chromowo-manganowo-molibdenową 15HGM i 18HGM. Do wyrobu części najbardziej obciążonych i o największych przekrojach stosuje się stal 12H2N4A, 20H2N4A i 18H2N4WA.

2.2.2.    Stal do azotowania

Stal stopowa do azotowania dzięki odpowiedniej zawartości pierwiastków stopowych pozwala na uzyskanie twardej, odpornej na ścierame powiercchni. Zawartość węgla (C = 0,38%) jest tak dobrana, aby po ulepszeniu cieplnym uzyskać dużą wytrzymałość rdzenia. Ponieważ azotowanie prowadzi się w temperaturze ok 500°C, stal zawiera 0,15-0,25% molibdenu w celu usunięcia wrażliwości na kruchość odpuszczania. Dużą twardość warstwy dyfuzyjnej 1000-1200 H V uzyskuje się na skutek obecności aluminium tworzącegonajtwardsze azotki. Polska norma PN-89/H-84030/03 przewiduje do azotowania gatunki 38HMJ (0,35-0,42% węgla, 0,30-0,60% manganu, 0,17-0,37% krzemu, 1,35-1,65% chromu, 0,15-0,25% molibdenu, 0,70-1,10% aluminium) oraz 33H3MF i 36H3M. Stal ta jest stosowana do wyrobu części silników spalinowych, wałów korbowych, kół zębatych, cylindrów, wałków rozrządu i innych.

2.3. Stal sprężynowa

Do wyrobu sprężyn 1 resorów używa się stali niestopowej i stopowej o zawartości węgla 0,35-0,90%. Jako składniki stopowe stosuje się krzem, mangan, chrom i wanad (tab. 3). Rola pierwiastków stopowych sprowadza się przede wszystkim do zapewnienia niezbędnej liartowności i wysokiej granicy sprężystości. Wymagane właściwości mechaniczne uzyskuje się stosując hartowanie i odpuszczanie. Dla większości gatunków temperatura odpuszczania wynosi 400-480°C; gatunki zawierające chrom odpuszcza się w temperaturze ok. 500°C. Jako typowe zastosowanie można wymienić: resory wagonów kolejowych - 50S2, resory tramwajów i samochodów ciężarowych - 60S2, drążki skrętne i resory samochodów osobowych - 50HSA, 50HFA, sprężyny zaworów -65G. Sprężyny i resory pracują przede