Metody hartowania i ulepszania stali na noże

Cięcie to operacja, którą wykonuje się dość często zarówno podczas codziennych czynności związanych choćby z przygotowywaniem posiłków, dokonywaniem napraw czy prac przy pielęgnacji ogrodu, jak i w ramach procesów przemysłowych. Narzędzia, które będą przy niej używane, powinny odznaczać się wysoką wytrzymałością na obciążenia mechaniczne, w tym odpornością na ścieranie, lecz również muszą odznaczać się podatnością na obróbkę w celu przywrócenia pożądanej geometrii ostrza czy dobrym znoszeniem kontaktu z wodą i wilgocią. Dla zapewnienia odpowiednich parametrów roboczych przy wyborze stali na noże, często stosuje się stopy, których właściwości mogą być poprawiane za sprawą ulepszania cieplnego oraz cieplno-chemicznego. Pozwala to na zmianę charakterystyki warstwy znajdującej się tuż przy powierzchni, a nierzadko także całej struktury wewnętrznej. Przyjrzyjmy się bliżej prowadzonej w takich przypadkach obróbce.

Obróbka cieplna stali

Procesy obróbki cieplnej są prowadzone, by uzyskać zmianę struktury wewnętrznej materiału pod wpływem ogrzewania go do określonej temperatury, a następnie chłodzenia. Konieczne do tego operacje są prowadzone w ściśle określonych zakresach temperatur i przy precyzyjnie ustalonym czasie. Podczas obróbki cieplnej stosowane jest wyżarzanie, hartowanie i odpuszczanie, a także przesycanie. W ramach hartowania z odpuszczaniem struktura stali ulega zmianie na martenzytyczną lub banityczną. Pod wpływem wysokich temperatur w stalach podeutektoidalnych, tj. mających do 0,8% węgla powstaje austenit, a w stalach nadeutektoidalnych, czyli o zawartości węgla 0,8–1,35% pojawia się austenit i cementyt. Kolejnym etapem obróbki jest chłodzenie, w czasie którego dochodzi do zmiany austenitu w banit bądź martenzyt, zależnie od tempa spadku temperatury. Jeżeli ma on następować szybciej, stal jest schładzana wodą, co zapewnia spadek o 600°C na sekundę, jeżeli wolniej – olejem, dającym ok. 200°C na sekundę. Po hartowaniu i chłodzeniu przystępuje się do odpuszczania, które ostatecznie utwardza materiał. Jest to niezbędne, by struktura wewnętrzna mogła ulec przemianie z metastabilnej w stabilną. Zależnie od potrzeb możliwe jest odpuszczanie w rozmaitych temperaturach. Jeśli konieczna jest wyższa plastyczność i nieco niższa twardość w grę wchodzi tzw. odpuszczanie wysokie przy 500–600°C. Jeżeli wymagana będzie wysoka sprężystość i podniesiona plastyczność, korzysta się z odpuszczania średniego następującego przy 250–500°C. Gdy należy uzyskać wysoką twardość, sięga się po odpuszczanie niskie w 100–250°C.

Obróbka cieplno-chemiczna stali

Zmiana właściwości stali może być uzyskiwana także przez wzbogacenie zewnętrznej warstwy materiału w pierwiastki poprawiające własności materiału w określonym zakresie. Procesy te są nazywane obróbką cieplno-chemiczną i polegają na podniesieniu temperatury do poziomu, przy jakim do stali są w stanie przenikać atomy rozmaitych substancji. Jest to możliwe za sprawą ich dyfuzji i włączania w sieć krystaliczną stopu po jego ochłodzeniu, a odpowiednie efekty wymagają uzyskania właściwego stężenia. W tym celu można zdecydować się na m.in. azotowanie, nawęglanie, węglo-azotowanie, ale również chromowanie i aluminiowanie. Parametry powierzchni stopu ulegają zmianie związanej z rodzajem wykorzystanego pierwiastka. Dla procesu nawęglania będzie to podniesienie twardości, dla chromowania, zwiększenie odporności termicznej, a dla azotowania – podwyższenie wytrzymałości na zjawiska korozyjne. Technologie wykonywania obróbki cieplno-chemicznej są różne, podobnie jak formy, w jakich dostarczane są dane pierwiastki. Może to być m.in. roztwór cieczy np. soli danego metalu, postać gazowa, ale także ciało stałe jako proszek. Dla usprawnienia procesu może on być prowadzony w obniżonym ciśnieniu czy przy zastosowaniu jonizacji.