Навіщо сталь піддають гартуванню?

Без термообробки у процесі роботи з металами не обійтися. Від того, наскільки правильно була проведена термічна обробка, залежать якісні характеристики металевого виробу, його міцність та довговічність у службі. Одним з найбільш поширених способів термообробки металів є гартування. Саме за допомогою гартування формуються необхідні характеристики готового виробу. З цієї статті ви дізнаєтеся, що являє собою гартування сталі, навіщо воно потрібне і як провести його в побутових умовах.

Гартування сталі 

Гартуванням називають вид термічної обробки металів, який полягає у нагріванні виробу вище критичної температури з наступним різким охолодженням у рідких середовищах. Критичною називають температуру, за якої відбувається зміна типу кристалічної решітки, тобто здійснюється поліморфне перетворення. Ця температура визначається за діаграмою «залізо-вуглець»

Завдяки гартуванню збільшується твердість і міцність сталі, але при цьому підвищується внутрішнє напруження і зростає крихкість, що провокує руйнування матеріалу при різких механічних впливах.

Деякі вироби гартуються частково — наприклад, це може бути ріжуча кромка інструменту. У цьому випадку на поверхні виробу можна спостерігати чітку межу, що розділяє загартовану та незагартовану частини.

Для зменшення внутрішньої напруги і зростання пластичності здійснюють наступний етап термообробки — відпуск. При відпуску відбувається деяке зниження твердості та міцності.

Технологія процесу гартування 

Режим гартування визначається температурою, часом витримки, швидкістю охолодження в охолоджувальному середовищі. Виходячи з цього, можна виділити для охолоджувальних середовищ такі параметри, як типи та види.

Типи охолоджувальних середовищ 

• в одному охолоджувачі — застосовується при роботі з деталями нескладної конфігурації з вуглецевих та легованих сталей

• переривчастий у двох середовищах — необхідний для обробки високовуглецевих марок, які спочатку остуджують у швидко охолоджувальному середовищі (воді), а потім у повільно охолоджувальному (маслі)

• струйчастий — зазвичай необхідний при частковому загартуванні виробу. Здійснюється спочатку в установках ТВЧ, а потім в індукторах оббризкування деталі, за допомогою потужного струменя води

• ступінчастий — процес, при якому деталь охолоджується в загартованому середовищі, набуваючи в усіх точках перерізу температури гартувальної ванни, остаточне охолодження здійснюють повільно

• ізотермічний — схожий на попередній вид загартування сталі, але відрізняється від нього часом перебування у загартованому середовищі.

Види охолоджувальних середовищ 

Правильний вибір охолоджуючого середовища багато в чому впливає на кінцевий результат процесу.

Для поверхневого гарту та роботи з виробами простої конфігурації, призначеними для подальшої обробки, застосовується в основному вода. Вона не повинна містити солі та домішки миючих засобів, оптимальна температура +30°C. Однак використовувати цей спосіб охолодження для деталей складної конфігурації не рекомендується через ризик появи тріщин.

Для виробів складної форми застосовують 50% розчин каустичної соди, який нагрівають до +60°C. При використанні такого складу для охолодження сталь набуває світлого відтінку. До речі, пари каустичної соди шкідливі для здоров'я людини.

Для тонкостінних деталей, виготовлених з вуглецевих та легованих сталей, застосовуються мінеральні олії, що забезпечують постійну температуру охолодження, яка не залежить від температури навколишнього середовища. Головна умова, якої необхідно дотримуватися при охолодженні сталей після загартування — відсутність води в мінеральних оліях.

Для роботи з виробами із вуглецевих сталей зі складним хімічним складом використовують комбіноване охолодження. Воно складається із двох етапів. Перший — охолодження деталі у воді, другий після +200°C — у масляній ванні. Переміщення з одного охолоджуючого середовища в інше повинно проводитися дуже швидко.

Які сталі можна загартовувати?  

Процедурам гартування та відпуску не піддається прокат та вироби з нього, виготовлені з низьковуглецевих сталей. Цей вид термообробки ефективний для вуглецевих сталей та інструментальних, у яких в результаті твердість збільшується втричі-вчетверо.

Як загартувати сталь у домашніх умовах?  

Загартування та відпуск бажано здійснювати у виробничих умовах з використанням спеціального обладнання та приладів. Однак домашні умільці часто практикують це у власних майстернях. Для нагрівання виробу використовують електроплити, духовки, розпечений пісок, паяльні лампи, багаття. Самостійна термообробка виправдана у разі потреби зміцнення ріжучої кромки інструменту.

Як зробити загартовану сталь:  

• перед термообробкою виріб необхідно очистити від олії та іржі

• рівномірно розігріти

• охолодити та провести відпуск відповідно до режимів, рекомендованих для конкретної марки сталі

При необхідності проведення термообробки в домашніх умовах без приладів — температуру метала орієнтовно визначають за кольорами побіглості. Умова: приміщення не повинно бути освітлене сонцем.

Кольорами побіглості називають оксидні плівки, що утворюються без участі молекул води на сплавах на основі заліза під час нагрівання. Кожному інтервалу температур відповідає певний колір:

• темно-коричневий — 530-580 ° C

• коричнево-червоний — 580-650°C

• вишневий — 650-730°C

• вишнево-червоний — 730-770°C

• яскраво-вишневий — 770-800°С

• світло-вишнево-червоний — 800-830°C

• яскраво-червоний — 830-870°C

• червоний — 870-900°C

• помаранчевий — 900-1050°C

• темно-жовтий — 1050-1150°C

• світло-жовтий — 1150-1250°C

• жовто-білий — 1250-1300°C

• сліпучо-білий — більше 1300°C

На перший погляд може здатися, що процес гарту надзвичайно простий — просто треба нагріти виріб до певного кольору. Але, швидше за все, виконавши цей процес без певних технічних знань та навиків, ви зіпсуєте виріб. Тому, щоб перейти від теорії до практики, не слід обмежуватися лише цією статтею, адже, в першу чергу, вона є ознайомчою, а не навчальною.