Do nadania stali i metalom określonych cech fizycznych, chemicznych i mechanicznych wykorzystuje się obróbkę cieplną. O czym warto pamiętać podczas tego procesu? Wyjaśniamy.
Czym jest cieplna obróbka metali?
Podczas obróbki metali dochodzi do nagrzania, a następnie stopniowego schładzania materiału. Dzięki wykorzystaniu zmiany kontrolowanych temperatur dochodzi do zmian właściwości stopu. Technika ta umożliwia formowanie materiału według określonych oczekiwań i pozwala uzyskać pożądane właściwości i poziom plastyczności surowca.
Wyróżnia się kilka rodzajów obróbki cieplnej, przy czym każdy z nich składa się z trzech etapów: nagrzewania, wygrzewania i chłodzenia. Poszczególne typy różnią się temperaturą oraz czasem trwania kolejnych procesów. Od temperatury i czasu zależy uzyskanie konkretnych właściwości materiału. W zakres tej techniki wchodzi przede wszystkim hartowanie stali, przesycanie i wyżarzanie.
Zastosowanie obróbki cieplnej metali
Hartowanie metali polega na nagrzaniu obrabianego surowca do żądanej temperatury, zwanej temperaturą hartowania. Następnie materiał jest utrzymywany w tej temperaturze przez odpowiedni czas, a później schładzany. Dzięki temu procesowi w materiale dochodzi do naprężeń, które prowadzą do wzrostu własności wytrzymałościowej stali. Obróbka cieplna metali pozwala zatem uzyskać konkretną wytrzymałość, odporność na ścieranie oraz granicę sprężystości i plastyczności. Głównym celem hartowania jest wzrost twardości materiału. Proces ten przeprowadza się na gotowych przedmiotach, dla których należy dobrać właściwe warunki. Nieprawidłowe dostosowanie temperatury, szybkości chłodzenia i nagrzewania oraz czasu przetrzymywania może doprowadzić do zniszczenia przedmiotu.
Wyżarzanie zmiękczające metali polega z kolei na nagrzaniu surowca do konkretnej temperatury, wygrzaniu go w tej temperaturze, a później ostudzeniu w celu uzyskania struktur zbliżonych do stanu równowagi. Metoda ta pozwala uzyskać określone właściwości materiału. Służy zwiększeniu plastyczności i zmniejszeniu twardości stali. Pozwala też wyeliminować naprężenia wewnętrzne. Może odbywać się z przemianą fazową lub bez niej.
Przesycanie metali to natomiast obróbka cieplna, której poddawana jest m.in. stal celem stabilizacji austenitu i w efekcie zwiększenia odporności surowca na korozję. Polega na nagrzaniu materiału do określonej temperatury, w której wystąpi przemiana austenityczna. Następnie, tak jak w hartowaniu, następuje szybkie schładzanie. Metodę tę można przeprowadzić w przypadku stali wysokowęglowych, nierdzewnych, kwasoodpornych albo zawierających dodatki stopowe, które obniżają tę temperaturę i stabilizują austenit, takich jak chrom.
Rodzaje obróbki cieplnej
Wyróżnia się cztery rodzaje obróbki. Każdy z nich wiąże się z zastosowaniem innych narzędzi, przez co można osiągnąć zróżnicowane efekty. Metoda zwykła składa się z trzech etapów, czyli wspomnianego już wyżarzania, hartowania i przesycania. Sposób cieplno-chemiczny bazuje na nasyceniu materiału pierwiastkiem, co pozwala uzyskać konkretne właściwości. Technika cieplno-plastyczna odbywa się w wysokiej lub niskiej temperaturze. W pierwszym przypadku pozwala uzyskać znakomitą plastyczność stopu, a w drugim – lepszą wytrzymałość. W metodzie cieplno-magnetycznej zmieniają się z kolei magnetyczne właściwości stopów w stanie stałym, czego efektem są zmiany strukturalne materiału.
