Odpuszczanie i ulepszanie cieplne - kompilacja wiadomości

Stal po hartowaniu jest twarda i krucha. W celu poprawienia własności plastycznych i usunięcia naprężeń hartowniczych stosuje się odpuszczanie. Jest to zabieg cieplny, polegający na nagrzaniu zahartowanej stali do temperatury poniżej A_c1, wygrzaniu w tej temperaturze, a następnie schłodzeniu.

Odpuszczanie nie jest wymagane po hartowaniu z przemianą izotermiczną.

Rodzaje odpuszczania

W zależności od temperatury wyróżnia się odpuszczanie niskie, średnie i wysokie.

Odpuszczanie niskie odbywa się zakresie temperatur od 150 do 250°C. Głównym celem jest usunięcie naprężeń hartowniczych i zachowanie wysokiej twardości i odporności na ścieranie. Stosuje się do narzędzi, sprawdzianów, sprężyn z drutu fortepianowego i niektórych płaskich, przedmiotów nawęglanych itp.

Odpuszczanie średnie odbywa się w zakresie temperatur od 250 do 500°C. Głównym celem jest zwiększenie wytrzymałości na rozciąganie i sprężystości przy dostatecznej udarności. Następuje znaczne obniżenie twardości. Stosuje się do sprężyn hartowanych, matryc, resorów i na narzędzia pracujące na uderzenie - młotki pneumatyczne, części samochodów itp. Twardość stali po odpuszczaniu niskim i średnim wynosi od 40 do 60 HRC.

Odpuszczanie wysokie odbywa się w temperaturach powyżej 500°C, a poniżej A_C1. Głównym celem jest zwiększenie udarności przy dostatecznej wytrzymałości na rozciąganie i sprężystości. Następuje obniżenie twardości do poziomu, w którym możliwe jest obrabianie przedmiotu skrawaniem. Połączenie hartowania i wysokiego odpuszczania nosi nazwę ulepszania cieplnego, o czym w dalszej części artykułu. Twardość stali po odpuszczaniu wysokim wynosi od 20 do 40 HRC.

Czas odpuszczania wynosi w praktyce od kilkunastu minut do nawet kilku godzin. Dłuższy czas odpuszczania gwarantuje jednorodność wyrobów.

Chłodzenie

Generalnie stale węglowe po odpuszczaniu studzi się na powietrzu, ale niektóre stale stopowe (Cr, Ni, Mn) należy chłodzić w wodzie lub oleju, by zapobiec kruchości odpuszczania. Jednocześnie chłodzenie w wodzie lub oleju po odpuszczaniu w temperaturze przekraczającej 400°C może wywołać naprężenia wewnętrzne. W przypadku odpuszczania w temperaturze do 300°C szybkość odpuszczania generalnie nie ma większego znaczenia.

Kruchość odpuszczania

Niektóre stale są narażone na kruchość odpuszczania, czyli spadek własności mechanicznych z jednoczesnym spadkiem udarności i twardości. Kruchość odpuszczania dzieli się na typu I oraz II:

Kruchość odpuszczania typu I występuje najczęściej w stalach niskostopowych odpuszczanych w zakresie temperatur 250–450 °C. Tej kruchości odpuszczania nie można przeciwdziałać, a stale narażone na ten typ kruchości zwykle odpuszcza się nisko

Kruchość odpuszczania typu II występujące najczęściej w stalach chromowych i niklowo-chromowych odpuszczanych w zakresie temperatur 450-550°C. Tej kruchości odpuszczania można częściowo przeciwdziałać przyspieszając proces chłodzenia i chłodząc w oleju.

Niektóre stale są narażone na obydwa typy kruchości odpuszczania jednocześnie.

Ulepszanie cieplne

Ulepszanie cieplne to połączenie hartowania i wysokiego odpuszczania, gdzie zwykle po hartowaniu przedmiot chłodzi się do etapu odpuszczania. Głównym celem jest optymalizacja własności mechanicznych przy zachowaniu możliwości obróbki skrawaniem. Ulepszanie cieplne stosuje się do obróbki niektórych stali konstrukcyjnych (np 30H, 45H, 50H, 30HM, 35HM), narzędziowych i szybkotnących. Nazwa ulepszanie cieplne obejmuje zabiegi o ściśle określonym charakterze i pojęcia tego nie można rozszerzać na każde hartowanie i odpuszczanie. Hartowanie i odpuszczanie skutkuje znacząco odmienia własności mechaniczne w stosunku do stanu po normalizowaniu. Ulepszanie cieplne generalnie zachowuje podobny układ własności mechanicznych, a tylko nieco je polepsza do większości zastosowań praktycznych. 

Miarą ulepszania cieplnego jest stosunek R_e do R_m, granicy plastyczności do wytrzymałości na rozciąganie.

Przykład ulepszania cieplnego: instrukcja hartowania i odpuszczania stali szybkotnącej kobaltowo-molibdenowej SK8M / 1.3247:

Hartowanie składa się z trzech procesów podgrzewania. Wpierw podgrzewa się wyrób do temperatury ok. 580℃, drugi proces podgrzewania przeprowadza się podwyższając temperaturę do 850 - 950℃. Kończąc drugi stopień nagrzania, materiał austenityzuje się wygrzewając w temperaturze 1170 - 1210℃. Chłodzenie wykonuje się w temperaturze 550 - 570℃ w kąpieli solnej SH430. Pierwsze odpuszczanie wykonuje się w temperaturze 560℃ od razu po hartowaniu. Drugie odpuszczanie przeprowadzane jest w temperaturze 530℃. Każdy z wcześniej wymienionych procesów należy kończyć powolnym studzeniem w powietrzu.

Hartowanie z przemianą izotermiczną określane jest jako ulepszanie jednozabiegowe i nie wymaga dodatkowego odpuszczania.

Bibliografia

Mikołaj Scelina, Atlas Metalograficzny struktur, Wydawnictwa naukowo-techniczne, 1964

Leszek Adam Dobrzański, Metaloznawstwo i obróbka cieplna, Wydawnictwa szkolne i pedagogiczne, 1986

Kornel Wesołowski, Metaloznawstwo i obróbka cieplna, Państwowe wydawnictwa szkolnictwa zawodowego