Jak powstaje stal hartowana?

Czym jest i skąd się wzięła stal hartowana?

Stal hartowana to stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami, obrabiany plastycznie i cieplnie. Najczęściej ma błyszczącą powierzchnię o odcieniu szarości. Po hartowaniu może być poddawana także innym rodzajom obróbki np. obróbki skrawaniem. 

Najwcześniejsze dowody na produkcję stali hartowanej sięgają kowalstwa w XIII w. p.n.e. o czym świadczą wyniki analizy metaloznawczej w wielu wyrobach znalezionych na terenach zamieszkiwanych przez stare cywilizacje. 

Odkryto wówczas, że żelazo połączone z węglem w piecach staje się twardsze, mocniejsze i trwalsze, gdy zostaje odpowiednio schłodzone z użyciem powietrza, oleju, wody. Przez stulecia ulepszano ją wykorzystując znane oraz wdrażając nowe techniki hutnicze. 

Dzisiaj do nagrzewania stali poddanej hartowaniu wykorzystywane są takie urządzenia jak piec elektryczny, piec gazowy, piece solne, palniki czy indukcja. Hartowaniu poddaje się nie tylko wyroby ze stali, ale również z innych stopów, oraz materiały niemetalowe, jak szkło.

Co to jest hartowanie i jak przebiega proces hartowania?

Hartowanie jest procesem obróbki cieplnej stali, polegający na odpowiednio szybkim schłodzeniu uprzednio nagrzanego materiału w celu wytworzenia struktury martenzytycznej (od metalurga Adolfa Martensa) charakteryzującej się bardzo dużą twardością, bądź bainitycznej (od twórcy Edgara Baina) która wykazuje bardzo dużą odpornośc na ścieranie i pekanie oraz twardość i lepszą ciągliwość.  

Obrabiany materiał nagrzewa się do osiągnięcia zadanej temperatury. Następnie podlega on tzw. wygrzewaniu, a po nim hartuje się go w kąpieli hartowniczej. Zazwyczaj wodnej lub olejowej, ale stosuje się także gazową. Chłodzenie odbywa się do momentu osiągnięcia przez materiał temperatury otoczenia. W zależności od gabarytów, kształtu i składu chemicznego obrabianego stopu, materiał nagrzewa się ciągle lub stopniowo.  

Przy hartowaniu istotny jest dobór szybkości chłodzenia. Zbyt wolne chłodzenie uniemożliwia przemianę martenzytyczną, natomiast zbyt szybkie powoduje powstanie zbyt dużych naprężeń hartowniczych, które mogą doprowadzić do trwałych odkształceń hartowanego elementu lub jego pęknięć. Chłodzenie w wodzie jest bardziej intensywne niż w oleju.

Metody hartowania stali

Najczęściej wykorzystywane metody hartowania stali to:

• hartowanie zwykłe – w kąpieli chłodzącej wodnej lub olejowej;
• hartowanie stopniowe – w kąpieli hartowniczej, zwykle ze stopionej saletry;
• hartowanie izotermiczne – kąpiel zachowuje stałą temperaturę;
• hartowanie powierzchniowe – tylko warstwa powierzchniowa podlega hartowaniu;
• hartowanie indukcyjne –  prądy wirowe zamieniają się na ciepło;
• hartowanie kąpielowe –  zanurzenie przedmiotu w kąpieli saletrowej lub ołowiowej;
• hartowanie ślepe –  hartowanie bez nawęglania;
• hartowanie laserowe - powierzchniowe – hartowanie za pomocą wiązki laserowej;
• hartowanie kontaktowe;
• hartowanie elektrolityczne;
• hartowanie impulsowe.

Zastosowanie stali hartowanej

Stal hartowana znalazła zastosowanie w różnych dziedzinach techniki, takich jak: konstrukcje budowlane, karoserie samochodów, pokrycia dachów, kadłuby statków, wyroby stalowe: blachy, profile stalowe, pręty, taśmy, śruby, gwoździe, kable, druty, infrastruktura kolejowa, sieciowa i trakcyjna, instalacje elektryczne i części maszyn. Światowa produkcja stali wyniosła 149,3 mln ton (Mt) we wrześniu 2023 r.

Na zlecenie Metikam Sp. z o.o.