Hartowność i hartowność stali
- Hartowność
Hartowność odnosi się do wrodzonej właściwości gatunku stali do uzyskania głębokości warstwy utwardzonej (warstwy martenzytu) podczas hartowania w określonych warunkach.
To, czy część stalowa może być całkowicie utwardzona, jest związane z krytyczną prędkością chłodzenia (vk) stali podczas hartowania.
Wskaźnik pomiaru: Wyrażona przez osiągalną efektywną głębokość warstwy utwardzonej, gdy standardowy element testowy jest hartowany w określonych warunkach.
Głębokość warstwy utwardzonej: Odnosi się do odległości od powierzchni części stalowej do miejsca, w którym struktura martenzytyczna stanowi 50% wewnętrznie. Im większa głębokość warstwy utwardzonej, tym wyższa hartowność; gdy głębokość warstwy utwardzonej osiąga rdzeń, przedmiot obrabiany jest całkowicie utwardzony.
2. Wpływ hartowności na właściwości mechaniczne stali
Hartowność ma znaczący wpływ na właściwości mechaniczne stali. Jeśli przedmiot obrabiany jest całkowicie utwardzony, jego właściwości powierzchniowe są jednolite i spójne, co pozwala na pełne wykorzystanie potencjału właściwości mechanicznych stali. Jeśli nie jest całkowicie utwardzony, wystąpią różnice w właściwościach powierzchniowych; szczególnie po odpuszczaniu w wysokiej temperaturze, wytrzymałość rdzenia będzie niższa niż warstwy powierzchniowej.
W tych samych warunkach austenityzacji, hartowność tego samego rodzaju stali jest identyczna.
Dla głębokości warstwy utwardzonej: hartowanie wodą > hartowanie olejem; małe przedmioty obrabiane > duże przedmioty obrabiane.
3. Czynniki wpływające na hartowność
Hartowność jest wrodzoną właściwością stali, niezależną od warunków zewnętrznych stali (takich jak kształt, rozmiar, powierzchnia i medium chłodzące), ale ściśle związaną z jej krytyczną prędkością chłodzenia. Im mniejsza krytyczna prędkość chłodzenia, tym wyższa hartowność stali.
Wszystkie czynniki, które wpływają na krytyczną prędkość chłodzenia (lub położenie krzywej C) — takie jak skład chemiczny, temperatura hartowania i czas przetrzymywania — będą miały wpływ na hartowność.
1）Skład chemiczny
- Zawartość węgla: Wśród stali podeutektoidalnych, stali eutektoidalnych i stali nadeutektoidalnych, stal eutektoidalna ma najmniejszą krytyczną prędkość chłodzenia i najwyższą hartowność wśród stali węglowych. Hartowność stali podeutektoidalnej wzrasta wraz ze wzrostem zawartości węgla. W normalnym zakresie temperatur nagrzewania do hartowania, hartowność stali nadeutektoidalnej maleje wraz ze wzrostem zawartości węgla.
- Pierwiastki stopowe: Wszystkie pierwiastki stopowe z wyjątkiem kobaltu przesuwają krzywą C w prawo, zmniejszają krytyczną prędkość chłodzenia i poprawiają hartowność.
2）Temperatura hartowania i czas przetrzymywania
Zwiększenie temperatury nagrzewania i wydłużenie czasu przetrzymywania może odpowiednio poprawić hartowność stali. Jednak ta metoda spowoduje wzrost ziarna, dlatego generalnie nie jest stosowana.
4. Określanie hartowności: Test hartowania końcowego (Test hartowania końcowego Jominy'ego)
5. Zastosowania hartowności
1）Szacowanie głębokości warstwy utwardzonej
Podczas projektowania części, znana krzywa hartowności może być użyta do oszacowania efektywnej głębokości warstwy utwardzonej części.
2）Wybór materiału na podstawie głębokości warstwy utwardzonej
Efektywna głębokość warstwy utwardzonej ma znaczący wpływ na właściwości mechaniczne przedmiotu obrabianego.
Gdy przedmiot obrabiany jest całkowicie utwardzony, po odpuszczaniu można uzyskać równomiernie rozłożoną strukturę wzdłuż całego przekroju, a jego właściwości mechaniczne są również spójne.
Gdy nie jest całkowicie utwardzony, właściwości mechaniczne rdzenia przedmiotu obrabianego są niższe niż warstwy powierzchniowej utwardzonej.
Gdy naprężenie przedmiotu obrabianego jest równomiernie rozłożone wzdłuż przekroju i właściwości mechaniczne na przekroju są spójne, należy wybrać stal o wysokiej hartowności.
W przypadku części poddawanych obciążeniom zginającym lub skręcającym (takich jak wały), naprężenie powierzchniowe jest najwyższe, podczas gdy naprężenie rdzenia jest bardzo niskie, dlatego należy wybrać stal o słabej hartowności.
W tych samych warunkach austenityzacji, hartowność tego samego rodzaju stali jest identyczna.
*Twardość po hartowaniu (Hartowność dla maksymalnej twardości)
W normalnych warunkach hartowania odnosi się do maksymalnej twardości osiągalnej poprzez uzyskanie struktury martenzytycznej. Jego główny wpływowy czynnik zależy od zawartości węgla w martenzycie i ma niewiele wspólnego z pierwiastkami stopowymi. Im wyższa zawartość węgla, tym wyższa twardość po hartowaniu.
Na przykład, niskowęglowa stal stopowa ma dość dobrą hartowność, ale niską twardość po hartowaniu. Innym przykładem jest wysokowęglowa stal narzędziowa, która ma słabą hartowność, ale wysoką twardość po hartowaniu.
Zazwyczaj do porównania stosuje się średniowęglową stal stopową 40Cr i stal węglową 45. Pierwsza zawiera pierwiastek stopowy chrom, więc jej hartowność jest wyższa niż tej drugiej; jednak jej zawartość węgla jest niższa niż tej drugiej, co skutkuje nieco niższą twardością po hartowaniu.
Uwaga: Stal o wysokiej hartowności niekoniecznie ma wysoką twardość po hartowaniu i odwrotnie.
