Termiczna obróbka stali - charakterystyka procesu

Polska Norma PN-EN 10020:2003 opisuje stal jako materiał zawierający w głównej swej masie żelazo oraz węgiel w ilości około 2%, a także niewielkie domieszki innych pierwiastków, głównie metali. Mogłaby się wydawać, że stal to materiał mało skomplikowany, a jego produkcja, a później obróbka nie powinna sprawiać większych problemów – jest jednak inaczej.

Stal nie jedno ma imię

O obróbce termicznej stali opowiada nam przedstawiciel firmy PAKSTEEL z Warszawy. Należy wiedzieć, że nawet minimalne różnice w zawartości węgla lub innych pierwiastków w żelazie dają stale o radykalnie różnych parametrach. Stąd też produkcja każdego rodzaju stali podlega bardzo ścisłemu reżimowi technologicznemu, a wszelkie domieszki do żelaza są tutaj dobierane bardzo pieczołowicie i z idealną precyzją. Lista różnych stali, jakie współczesne hutnictwo nam oferuje, jest ogromna i liczy kilkadziesiąt pozycji, a klasyfikacji można tutaj dokonywać wedle kilku różnych kryteriów, wśród których najistotniejsze to: skład chemiczny, stopień czystości oraz zastosowanie. Do najważniejszych parametrów charakteryzujących poszczególne stale należą:

• granica sprężystości (określenie maksymalnego naprężenia, po którym materiał wraca do pierwotnych wymiarów)
• wytrzymałość na rozciąganie (określenie wielkości naprężenia, po której następuje zerwanie próbki)
• plastyczność (zdolność materiału do zachowania postaci odkształconej wywołanej naprężeniem po ustaniu działania siły je powodującej)
• ciągliwość (odporność na zginanie, prostowanie, tłoczenie)
• udarność (odporność na uderzenia)
• twardość (zdolność przeciwstawiania się materiału przy ugniataniu przedmiotami twardszymi)
• spawalność (zdolność do wykonywania stałych połączeń spawalniczych)
• odporność na działanie wysokich i niskich temperatur, na korozję itp.

Każdy rodzaj stali, o określonych konstrukcyjnymi wymaganiami parametrach, wymaga przy jej produkcji zastosowania odrębnej technologii, niemniej wspólnym mianownikiem będzie tutaj zawsze obróbka termiczna.

Termiczna obróbka stali – podstawa produkcji

Poza składem chemicznym stali, decydujące znaczenie dla uzyskania przez nią określonej charakterystyki ma jej  termiczna obróbka przy zastosowaniu wysokich temperatur, często połączona z obróbką chemiczną. Do podstawowych procesów cieplnej obróbki stali należą:

• wyżarzanie ujednorodniające
• wyżarzanie normalizujące
• wyżarzanie zupełne
• wyżarzanie odprężające
• wyżarzanie sferoidyzujące (zmiękczające)
• wyżarzanie rekrystalizujące
• hartowanie

Szczegółowe omówienie każdego z tych procesów zajęłoby nam bardzo dużo miejsca i czasu, a zatem uogólnimy temat. Celem wszystkich wymienionych wyżej operacji jest uzyskanie określonych parametrów stali poprzez:

• wyrównanie składu chemicznego
• zmniejszenie struktury warstwowej
• rozbicie i ujednolicenie struktury krystalicznej
• zwiększenie podatności na obróbkę plastyczną
• usuwanie wewnętrznych naprężeń materiału
• uzyskanie tzw. struktur martenzytycznych lub bainitycznych o wysokiej wytrzymałości
• poprawę wytrzymałości, i sprężystości
• zmniejszenie lub zwiększenie twardości.

Uzupełnieniem cieplnej obróbki stali mogą być także procesy jej nawęglania, azotowania, izotermicznego hartowania czy przesycania. Do typowych pierwiastków stopowych wykorzystywanych w termicznej obróbce stali należą: chrom, nikiel, mangan, krzem, molibden i aluminium.