Гартування металів – це обов'язковий процес термічної обробки сталевих сплавів, необхідний для підвищення їх твердості та міцності. Без гарту сталь була б надто м'якою і не здатною витримувати високі навантаження, що робить цей етап критично важливим для створення міцних металоконструкцій. У статті ми розглянемо, як саме відбувається процес загартування та які існують його види.
Метали та їх властивості
Що таке сталь? Це сплав заліза та вуглецю, де вміст вуглецю точно визначено і становить до 2,11%. Існує безліч видів сталі, таких як:
- вуглецева сталь;
- легована сталь;
- конструкційна сталь;
- Інструментальна сталь;
- спеціальна сталь та інші.
Крім заліза та вуглецю, у складі стали можуть бути й інші елементи, які надають їй специфічних властивостей. Наприклад:
- Алюміній покращує пластичність та корозійну стійкість,
- Хром підвищує твердість та зносостійкість,
- Нікель покращує удароміцність та в'язкість,
- Мідь збільшує стійкість до корозії,
- Марганець покращує міцність та зносостійкість,
- Кремній збільшує твердість та стійкість до окислення,
- Вольфрам підвищує жароміцність та твердість при високих температурах.
Технології гартування
Що таке загартування стали? Це процес термічної обробки, який робить сталь значно твердішою і міцнішою, зберігаючи при цьому її еластичність і стійкість до стирання та зношування. Загартування сталі включає нагрівання матеріалу до певної температури, після чого його швидко охолоджують. Цей процес називається загартуванням, а для зниження внутрішньої напруги та поліпшення властивостей сталь потім піддають відпустці.
Температура загартування залежить від типу сталі та її передбачуваного застосування. Для отримання оптимальних властивостей важливо точно дотримуватись температурних параметрів, які можна знайти в таблицях загартування сталі. Недотримання цих параметрів може призвести до зайвої крихкості матеріалу, що негативно позначиться на його експлуатаційних характеристиках.
Види загартування та відпустки стали
Загартування сталі може здійснюватися різними методами, залежно від потрібних властивостей готового виробу.
- Звичайне загартування (мартенситне загартування): Основний процес тут - аустенізація, при якій сталь нагрівається до температури, при якій вона набуває структури аустеніту. Потім сталь швидко охолоджується водою чи олією. Цей метод використовується для отримання надзвичайно твердих, міцних та жорстких сталевих виробів.
- Ступінчасте загартування (аусбай): Цей метод застосовується для високоміцних легованих сталей. Сталь швидко охолоджується в розплаві нітрату, що знижує внутрішні напруження та запобігає деформації. Ступінчасте загартування особливо ефективне для обробки деталей зі складною геометрією.
- Ізотермічне загартування: Рекомендується для деталей, яким після термічної обробки потрібно зберегти хорошу пластичність. Процес включає нагрівання сталі та подальше витримування її в розплаві селітри або свинцю за постійної температури.
- Поверхневе загартування: У цьому методі загартування піддається тільки поверхню сталевого елемента. Цей спосіб зміцнення покращує механічні властивості матеріалу, знижує ризик утворення тріщин на поверхні і зміцнює ті елементи, які вимагають зміцнення, а не весь матеріал цілком.
Застосування різних методів загартування сталі
Вибір методу гарту залежить від специфічних вимог до кінцевого виробу. Мартенситне загартування підходить для елементів, яким необхідна висока твердість і міцність, таких як інструменти та ріжучі деталі. Цей метод широко використовується у виробництві лез, зубчастих коліс та інших компонентів, де важлива висока зносостійкість.
Ступінчасте загартування завдяки зниженню внутрішніх напруг і мінімізації деформації ідеально підходить для складних деталей, таких як кривошипи, вали та інші механічні компоненти, які повинні зберігати точну форму і розміри навіть після загартування.
Ізотермічне загартування найчастіше використовується для елементів, які вимагають поєднання високої міцності та гарної пластичності. Цей метод знаходить застосування у виробництві пружин, втулок та інших компонентів, що працюють під динамічними навантаженнями.
Поверхневе загартування застосовується, коли необхідно зміцнити тільки зовнішній шар виробу, залишивши серцевину м'якшою та пластичнішою. Цей метод використовується у виробництві деталей, що зазнають сильного зношування, таких як шестерні, кулачки та вали.
Висновок
Загартування сталі є невід'ємною частиною процесу термічної обробки, необхідної для досягнення потрібних властивостей матеріалу. Розуміння різних методів загартування та правильний вибір технології обробки дозволяють створювати вироби, що відповідають найсуворішим вимогам щодо міцності, твердості та довговічності. Незалежно від обраного методу, важливо точно дотримуватись технологічних параметрів, щоб забезпечити високу якість готової продукції.