Rodzaje procesów termicznej obróbki stali

Obróbka termiczna stali kojarzy nam się głównie z wyżarzaniem, ale to nie jedyna obróbka cieplna tego niezwykle cennego w przemyśle i budownictwie stopu. Obróbka termiczna to zbiorcza nazwa różnych metod przygotowywania półproduktów i gotowych elementów z wykorzystaniem nagrzewania, wygrzewania i chłodzenia do zadanych temperatur z konkretną szybkością. W naszym wpisie przyjrzymy się podziałowi procesów termicznej obróbki stali.

Rodzaje obróbki cieplnej metali i stopów. Ogólny podział

Obróbka termiczna różnych metali i stopów to temat bardzo obszerny, jednak musimy od niego właśnie zacząć. W treściach naukowych znajdziemy w pierwszej kolejności podział na:

• obróbkę cieplną zwykłą, przy której zmiany struktury oraz właściwości materiału są spowodowane przede wszystkim zmianami temperatury,
• obróbkę cieplno-chemiczną, która odbywa się w ośrodku wpływającym na skład chemiczny, strukturę i właściwości wierzchniej warstwy obrabianego materiału,
• obróbkę cieplno-plastyczną (inaczej mechaniczną), przy której na własności obrabianego materiału wpływa dodatkowo odkształcenie plastyczne.

Ulepszanie stali wśród metod zaliczanych do obróbki cieplnej zwykłej

Wyżarzanie, o którym wspomnieliśmy we wstępie, to jeden z procesów zaliczanych do obróbki cieplnej zwykłej obok hartowania i odpuszczania oraz przesycania i starzenia. Skupmy się tym razem na hartowaniu i odpuszczaniu stali. Hartowanie i odpuszczanie łączymy w tzw. ulepszanie cieplne według klasyfikacji z książki „Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo” prof. dr hab. inż. Leszka Dobrzańskiego, naszego krajowego specjalisty w zakresie inżynierii materiałowej.

Odpuszczanie cieplne elementów stalowych

Stal do ulepszania cieplnego wykorzystywana jest do produkcji elementów bardzo obciążonych, narażonych na uderzenia, skręcanie i drgania. Stąd u nas rury do ulepszania cieplnego, czy pręty do ulepszania cieplnego – ze wskazaniem takiej właśnie obróbki. Proces odpuszczania cieplnego po hartowaniu dzielimy ze względu na temperaturę:

• 150-250 st. C – odpuszczanie niskie, które pozwala usuwać naprężenia hartownicze przy zachowaniu wysokiej twardości,
• 250-500 st. C – odpuszczanie średnie, które pozwala uzyskać wysoką wytrzymałość i sprężystość przy znacznym obniżeniu twardości,
• powyżej 500 st. C – odpuszczanie wysokie, które pozwala uzyskać wysoką wytrzymałość przy niskiej twardości.

Wybór odpowiedniego procesu zależy od docelowego przeznaczenia danego produktu.

Procesy wyżarzania stali i ich zastosowanie

Wyżarzanie to kolejny istotny proces w obróbce termicznej stali. Wyżarzanie polega na nagrzewaniu materiału do określonej temperatury, utrzymaniu go w tej temperaturze przez pewien czas, a następnie powolnym chłodzeniu. Proces ten ma na celu zmniejszenie twardości stali, zwiększenie jej plastyczności oraz poprawę właściwości obróbki. Wyróżniamy kilka rodzajów wyżarzania, takich jak wyżarzanie normalizujące, wyżarzanie odprężające czy wyżarzanie miękkie. Wybór odpowiedniego rodzaju wyżarzania zależy od wymagań stawianych materiałowi i jego docelowego zastosowania.

Hartowanie jako metoda wzmacniania stali

Hartowanie to proces obróbki cieplnej, który ma na celu zwiększenie twardości i wytrzymałości stali. Polega on na szybkim nagrzewaniu materiału do wysokiej temperatury, a następnie gwałtownym chłodzeniu, np. przez zanurzenie w wodzie, oleju lub solankach. Szybkość chłodzenia wpływa na strukturę uzyskaną w wyniku hartowania oraz na właściwości mechaniczne stali. Hartowanie jest stosowane przede wszystkim w przypadku elementów maszyn i konstrukcji narażonych na duże obciążenia, zużycie czy ścieranie.

Obróbka cieplno-chemiczna stali – azotowanie, cyjanowanie i inne metody

Obróbka cieplno-chemiczna stali polega na zmianie składu chemicznego powierzchni materiału poprzez wprowadzenie dodatkowych pierwiastków, takich jak azot, węgiel czy chrom. W wyniku tego procesu powstaje warstwa wierzchnia o zmienionych właściwościach, takich jak zwiększona twardość, wytrzymałość czy odporność na korozję. Do najbardziej znanych metod obróbki cieplno-chemicznej należą azotowanie, cyjanowanie, karburacja czy nitrerowanie. Wybór odpowiedniej metody zależy od wymagań stawianych materiałowi oraz jego docelowego zastosowania.

Obróbka cieplno-plastyczna stali – kształtowanie i odkształcanie plastyczne

Obróbka cieplno-plastyczna stali polega na kształtowaniu materiału w stanie plastycznym, czyli pod wpływem wysokich temperatur i odkształceń mechanicznych. Proces ten pozwala na uzyskanie różnorodnych kształtów i form elementów stalowych, takich jak pręty, rury, blachy czy profile. Obróbka cieplno-plastyczna obejmuje takie metody jak walcowanie, kucie, prasowanie czy gięcie. Wybór odpowiedniej metody zależy od rodzaju stali, wymagań technologicznych oraz docelowego kształtu elementu.