Jak hartować stal i czym jest ten proces?

Hartowanie stali to temat, który fascynuje zarówno rzemieślników, jak i naukowców. Przyjrzyjmy się zatem, czym jest ten proces i jakie są jego aspekty. Poznamy jego zalety i wady oraz to, jak prawidłowo hartować stal.

Jaka jest aktualna cena stali za kg? Sprawdź!

Czym jest hartowanie stali?

Hartowanie stali to proces termiczny, który ma na celu zmianę właściwości fizycznych i mechanicznych stali. Proces ten najczęściej kierowany jest na zwiększenie jej twardości, odporności na zużycie czy wytrzymałości na zmęczenie. Pozwala on również na uzyskanie większej giętkości czy sprężystości, co jest istotne w obszarach, gdzie stal poddawana jest obciążeniom mechanicznym.

Zasada działania procesu hartowania

Proces hartowania stali polega na nagrzewaniu jej do odpowiednio wysokiej temperatury, a następnie na gwałtownym jej schłodzeniu. Wysoka temperatura powoduje przejście stali w stan austenitu, który ma strukturę regularną, co umożliwia przegrupowanie atomów w sieci krystalicznej. Szybkie schłodzenie uniemożliwia stopniowemu przejściu austenitu w inne fazy, prowadząc do powstania martensytu, który jest bardzo twardy.

Rodzaje hartowania stali

Hartowanie stali możemy podzielić na dwa główne rodzaje: hartowanie powierzchniowe i głębokie.

Hartowanie powierzchniowe

Hartowanie powierzchniowe stali ma na celu zwiększenie twardości tylko powierzchni materiału, podczas gdy wnętrze pozostaje stosunkowo miękkie i elastyczne. Służy to do zwiększenia odporności na zużycie, bez utraty odporności na uderzenia. Dwa najpopularniejsze typy hartowania powierzchniowego to hartowanie płomieniem i indukcyjne.

Hartowanie głębokie

Hartowanie głębokie dotyczy natomiast całego wolumenu materiału, czyli stali hartowanej w całości. Stosuje się je wtedy, gdy przedmiot musi być twardy w całości, nie tylko na powierzchni. Najczęściej jest stosowane w przypadku narzędzi, które muszą wykazywać dużą wytrzymałość, jak np. dłuta czy wiertła.

Etapy procesu hartowania stali

Hartowanie stali składa się z kilku etapów. Pierwszym z nich jest podgrzewanie stali do temperatury austenityzującej. Następnie dochodzi do utrzymania stali w tej temperaturze przez określony czas w celu pełnego przemienienia struktury w austenit. Kolejnym etapem jest szybkie schłodzenie, które powoduje przemianę austenitu w martensyt. Wreszcie, po hartowaniu, stal często poddaje się procesowi odpuszczania, który polega na ponownym podgrzewaniu stali, ale do znacznie niższej temperatury niż podczas hartowania, co pozwala na częściowe zmiękczenie hartowanej stali i zwiększenie jej plastyczności.

Do przeprowadzenia procesu hartowania stali potrzebne jest odpowiednie urządzenie do nagrzewania, najczęściej piec przemysłowy, a także środki do schłodzenia stali, które mogą zmieniać się w zależności od rodzaju stali i typu hartowania. Mogą to być różne rodzaje płynów, takie jak olej, woda, czy też solanki. Ponadto, zapewne przyda się również czujnik temperatury, który pozwoli kontrolować temperaturę podczas całego procesu.

Zalety  i wady hartowania stali

Hartowanie stali ma wiele zalet. Pozwala na znaczne zwiększenie jej twardości i wytrzymałości na ścieranie. Dzięki temu przedmioty z hartowanej stali są bardziej odporne na zużycie oraz długotrwałe działanie sił mechanicznych. Poza tym, hartowanie powierzchniowe zapewnia idealne połączenie twardej powierzchni i miękkiego rdzenia, co jest istotne dla elementów, które mają jednocześnie zapewniać odporność na ścieranie, jak i na uderzenia.

Mimo wielu zalet, hartowanie stali wiąże się również z pewnymi wadami. Przede wszystkim jest to proces wymagający dużej precyzji i doświadczenia. Często zachodzi konieczność przeprowadzenia kilku prób, aby uzyskać optymalny efekt. Nieodpowiednie parametry procesu mogą prowadzić do niepowodzeń, takich jak np. powstanie pęknięć, przegrzanie czy też niewystarczające utwardzenie. Ponadto, hartowanie stali jest procesem energetycznie kosztownym i wymaga odpowiedniego sprzętu.

Zasady bezpieczeństwa – poznaj wszystkie

Hartowanie stali to proces, który musi być przeprowadzany z zachowaniem odpowiednich zasad bezpieczeństwa. Przy ogrzewaniu i schładzaniu stali do wysokich temperatur istnieje ryzyko poparzeń, dlatego też należy używać odpowiedniego wyposażenia ochronnego, takiego jak rękawice odporne na wysoką temperaturę czy kombinezon ochronny. Również w miejscu, gdzie odbywa się hartowanie, powinien znajdować się odpowiedni sprzęt przeciwpożarowy, a samo pomieszczenie powinno być dobrze wentylowane, aby uniknąć gromadzenia się potencjalnie szkodliwych gazów.

Jak odróżnić stal hartowaną od niehartowanej?

Odróżnienie stali hartowanej od niehartowanej może być dość trudne dla niewprawnego oka. Można jednak skorzystać z kilku metod. Pierwszą z nich jest sprawdzenie stali magnesem. Stal hartowana jest mniej magnetyczna niż jej niehartowany odpowiednik. Inną metodą jest spróbować zarysować stal w ostrym przedmiotem, np. pilnikiem. Stal hartowana jest znacznie twardsza i bardziej odporna na zarysowania. Dodatkowo, stal hartowana często ma bardziej szklany, błyszczący wygląd w porównaniu do niehartowanej.

Przyczyny niepowodzeń w procesie hartowania stali

Niepowodzenia w procesie hartowania stali mogą być spowodowane różnymi czynnikami. Może to być niewłaściwa temperatura nagrzewania lub zbyt długie jej utrzymanie, co prowadzi do nadmiernego wzrostu ziaren stali, a tym samym do zmniejszenia jej twardości. Często winą jest także niewłaściwe schładzanie, które może prowadzić do powstania pęknięć czy zniekształceń. Ponadto, jakość samej stali może wpływać na rezultat hartowania. Wszelkie zanieczyszczenia czy niewłaściwy skład chemiczny stali mogą prowadzić do niepowodzeń w procesie hartowania.

Zastosowania hartowanej stali

Hartowana stal znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach. Używa się jej do produkcji wysokiej jakości narzędzi, takich jak wiertła, piły czy noże. Stosuje się ją również w przemyśle motoryzacyjnym, maszynowym czy budowlanym, np. do produkcji elementów silników, konstrukcji maszyn czy też elementów stalowych konstrukcji budowlanych.

Czy hartowanie stali można zrobić samodzielnie?

Hartowanie stali jest procesem, który można przeprowadzić samodzielnie, jednak wymaga to odpowiedniego sprzętu, wiedzy i doświadczenia. Człowiek, który nie ma wiedzy czy doświadczenia w tym zakresie, powinien skorzystać z pomocy specjalisty lub zapisać się na odpowiedni kurs lub szkolenie. Samodzielne hartowanie bez odpowiedniej wiedzy czy doświadczenia może skończyć się niepowodzeniem, a nawet przyczynić się do niebezpiecznych sytuacji.