Загартовування металу

Процес, при якому відбувається нагрів металу до температур зміни його кристалічної решітки з подальшим її різким охолодженням. В результаті проходження сплавом процесу загартування він набуває властивість мартенситу і стає твердіше.

Загартування металу є ключовим процесом у металургії, забезпечуючи необхідні механічні властивості сталевих виробів. Різноманітність способів гарту дозволяє вибрати оптимальний метод для кожного конкретного випадку, що важливо для досягнення високих експлуатаційних характеристик продукції. Розуміння основ технології гарту та грамотне застосування різних методик загартовування стали відіграє важливу роль у сучасній промисловості та виробництві.

Технологічний процес загартування

1. Нагрівання. Сталь нагрівають до температури, що перевищує критичну точку (зазвичай в діапазоні 800-900°C), при цьому відбувається аустенітизація перетворення структури металу в аустеніт.
   

2. Витримка. Після досягнення потрібної температури метал утримують за цієї температури протягом певного часу, щоб процес фазового перетворення завершився.
   

3. Охолодження. Швидке охолодження проводиться в різних середовищах, таких як вода, олія, повітря або спеціальні загартовані суміші. Охолодження призводить до перетворення аустеніту на мартенсит — твердіший і міцніший структурний компонент.

Способи загартування

Кожен спосіб застосовується залежно від необхідних властивостей кінцевого виробу та характеристик вихідного матеріалу.

• Звичайне (просте) загартування.

Найбільш поширений спосіб, що включає нагрівання до температури аустенітизації та швидке охолодження у воді або олії. Цей метод підходить для більшості вуглецевих та низьколегованих сталей.

• Загартування з наступною відпуском.

Включає процес звичайного загартування з наступним нагріванням до нижчої температури (150-650°C) і витримкою при цій температурі. Відпустка дозволяє знизити внутрішні напруги та підвищити в’язкість металу, зберігши при цьому високу твердість.

• Диференційоване загартування.

Цей метод має на увазі різне охолодження різних частин виробу, що дозволяє отримати різну твердість різних ділянках. Такий підхід використовується для інструментів та зброї, де важлива комбінація міцності та пружності.

• Загартування з індукційним нагріванням.

Метод, заснований на нагріванні металевої поверхні за допомогою індукційних струмів, що забезпечує дуже швидке та локалізоване нагрівання. Після нагрівання поверхня швидко охолоджується, що створює твердий зовнішній шар із високою зносостійкістю.

• Загартування в соляних ваннах.

Застосовується для виробів складної форми або великих розмірів, де рівномірне охолодження у воді чи олії утруднене. Соляні ванни забезпечують повільне та рівномірне охолодження, що знижує ризик деформації.

Унікальні характеристики сталі після загартування

Підвищена твердість:

Загартування значно збільшує твердість сталі. Миттєве охолодження “заморожує” мікроструктуру металу, утворюючи мартенсит – дуже тверду та тендітну фазу. Чим інтенсивніше зміцнення, тим вища твердість.

Збільшення міцності:

Загартування також підвищує міцність сталі. Утворення мартенситу та зміна мікроструктури роблять метал більш стійким до деформацій. Це особливо важливо для виробів, де потрібна висока міцність, наприклад для ножів або пружин.

Покращена зносостійкість:

Загартована сталь має підвищену зносостійкість. Твердий матеріал краще справляється з тертям та зносом, що дозволяє зберігати гостроту ріжучих кромок та довго використовувати в умовах високих навантажень.

Зменшена ударна в’язкість:

Загартована сталь може мати низьку в’язкість. Це пов’язано з підвищеною твердістю та крихкістю, що може бути небажаним у деяких додатках. Для покращення ударної в’язкості може знадобитися додаткова термічна обробка, наприклад, відпустка.

Варто зазначити, що загартування може призвести до підвищеної крихкості сталі. Мартенситна структура може зменшити пластичність матеріалу, роблячи його більш схильним до тріщин та розривів.