Hartowanie metali jest jednym z kluczowych procesów obróbki cieplnej, który pozwala znacząco zwiększyć ich twardość, odporność na zużycie i wytrzymałość. Jednocześnie wybór właściwej metody hartowania zależy od wielu czynników, m.in. od rodzaju metalu, wymaganych właściwości mechanicznych i warunków produkcji. W tym artykule rozważymy różne metody hartowania termicznego i chemiczno-termicznego, ich cechy i obszary zastosowania, co pomoże Ci wybrać najbardziej odpowiednią metodę dla Twojej produkcji.
Klasyczne hartowanie termiczne
Hartowanie na gorąco to proces, w którym metal jest podgrzewany do określonej temperatury, a następnie szybko schładzany. Najczęściej jako czynnik chłodzący stosuje się wodę, olej lub powietrze. Proces ten prowadzi do zmiany struktury krystalicznej metalu, co zapewnia wzrost twardości.
Zastosowanie: Najczęściej stosowany do stali węglowych i stopowych. Metoda ta jest odpowiednia dla produktów wymagających dużej twardości powierzchni, takich jak narzędzia skrawające, łożyska, osie i wały.
Zalety: Prostota i wszechstronność metody.
Wady: Nagłe ochłodzenie może prowadzić do odkształceń lub pęknięć, szczególnie w przypadku dużych produktów.
Hartowanie indukcyjne (hartowanie mikrofalowe)
Hartowanie indukcyjne to metoda polegająca na nagrzewaniu metalu za pomocą indukcji elektromagnetycznej. Szybkie i miejscowe nagrzewanie pozwala na utwardzenie jedynie powierzchniowych warstw, pozostawiając wewnętrzną strukturę metalu stosunkowo miękką i plastyczną.
Zastosowanie: Szeroko stosowany do części poddawanych znacznym obciążeniom mechanicznym, takich jak koła zębate, wały i koła zębate. Metoda ta pozwala na osiągnięcie dużej twardości powierzchni przy zachowaniu udarności.
Zalety: Dokładna kontrola procesu, możliwość hartowania poszczególnych części detalu.
Wady: wyższy koszt sprzętu w porównaniu do klasycznego hartowania.
Hartowanie izotermiczne
Hartowanie izotermiczne to proces, w którym metal jest najpierw podgrzewany do temperatury austenityzacji, a następnie chłodzony w kontrolowanym środowisku ze stopniowym obniżaniem temperatury. Metoda ta pozwala na uzyskanie równomiernego rozkładu właściwości mechanicznych w całej masie produktu.
Zastosowanie: Stosuje się go do części o skomplikowanych kształtach lub dużych produktów, które mają istotną jednorodność właściwości, np. Części karoserii, osie, duże koła zębate.
Zalety: Zmniejszenie naprężeń wewnętrznych i ryzyka odkształceń.
Wady: Długość procesu w porównaniu z innymi metodami hartowania.
Cementowanie (obróbka chemiczna i termiczna)
Cementowanie to proces, w którym powierzchnia produktu stalowego nasyca się węglem. Po zacementowaniu produkt ulega utwardzeniu, w wyniku czego powstaje niezwykle twarda powierzchnia, natomiast rdzeń pozostaje miękki i plastyczny.
Stosować do części, które muszą mieć wysoką twardość powierzchni przy jednoczesnym zachowaniu mocnego i elastycznego rdzenia, takich jak koła zębate, wały i inne części maszyn.
Zalety: Zapewnia wysoką odporność na zużycie przy zachowaniu wytrzymałości.
Wady: czas trwania procesu i potrzeba specjalnego sprzętu.
Hartowanie w środowiskach ochronnych
Hartowanie w środowiskach ochronnych polega na zastosowaniu gazów obojętnych lub próżni, aby zapobiec utlenianiu i tworzeniu się kamienia na powierzchni metalu. Metoda ta pozwala na utrzymanie powierzchni w czystości i zapobiega jej uszkodzeniom.
Zastosowania: Stosowany do produktów wysokiej jakości, gdzie ważna jest czystość powierzchni, takich jak stale narzędziowe, instrumenty medyczne i części lotnicze.
Zalety: Czystość i dokładność obróbki, zmniejszenie ryzyka utleniania.
Wady: wysoki koszt sprzętu.
Nitrocementacja (obróbka chemiczno-termiczna)
Nitrocementacja to połączony proces jednoczesnego nasycania powierzchni wyrobu stalowego węglem i azotem. Metoda ta pozwala uzyskać niezwykle wysoką odporność na zużycie i korozję.
Zastosowanie: Stosowany do części narażonych na duże zużycie lub wymagających ochrony przed korozją, takich jak wały, koła zębate, łożyska i pierścienie tłokowe.
Zalety: Wysoka twardość, odporność na zużycie i odporność na korozję.
Bardziej złożona i kosztowna technologia w porównaniu do cementowania.
Jak wybrać najlepszą metodę hartowania?
Wybierając metodę hartowania, należy wziąć pod uwagę kilka kluczowych czynników:
Rodzaj metalu: Na przykład stale wysokowęglowe lepiej poddają się klasycznemu hartowaniu termicznemu, a stale niskowęglowe procesom chemiczno-termicznym, takim jak nawęglanie.
Niezbędne właściwości: Jeżeli wymagana jest wysoka twardość powierzchni przy zachowaniu plastyczności rdzenia, odpowiednie są procesy hartowania indukcyjnego lub cementowania. Jeżeli wymagana jest jednorodność właściwości w całej objętości, lepsze jest utwardzanie izotermiczne.
Rozmiar i kształt produktu: Produkty o dużych lub skomplikowanych kształtach mogą wymagać kontrolowanych metod chłodzenia, takich jak chłodzenie izotermiczne lub hartowanie w środowiskach ochronnych.