hartowanie

Jeden z rodzajów obróbki cieplnej.

Hartowanie polega na nagrzewaniu materiału do odpowiedniej temperatury, wygrzaniu w tej temperaturze, a następnie szybkim chłodzeniu w celu uzyskania zwiększonej twardości w wyniku zmiany struktury (budowy wewnętrznej) materiału.

Hartowaniu poddaje się głównie wyroby ze stali, ale również z innych stopów, np. brązów aluminiowych (stop miedzi i aluminium), oraz materiały niemetalowe, jak szkło.

Umiejętność hartowania jest znana od bardzo dawna, o czym świadczą wyniki analizy metaloznawczej w wielu wyrobach znalezionych na terenach zamieszkiwanych przez stare cywilizacje. Najstarsze z nich, to nóż z grobowca Tutenchamona w Egipcie z około 1350 roku p.n.e. oraz dwa noże z 1200 roku p.n.e., również z Egiptu, których ostrza zostały nawęglone i zahartowane w wodzie.
Pisemny dowód znajomości tego procesu wśród Greków znajdujemy również w Iliadzie Homera:

"...Jako kowal siekierę ukutą w kuźnicy
kładzie w wodę do hartu, straszny syk powstaje,
przez co mistrz swej robocie trwałą dzielność daje...".

 

Największe znalezisko to ładunek mieczy w trzech rzymskich galerach zatopionych w III wieku. Klingi tych mieczy składały się ze środkowego pasma stali węglistej (węglowej) twardej i zewnętrznych warstw wykonanych ze stali miękkiej, zgrzewanych metodą kowalską. Ostrza kling zahartowano na wskroś, a po efektach obróbki można sądzić, że rozgrzane klingi przeciągano przez wilgotną glinę.
Podstawową trudnością w opanowaniu procesu hartowania przez starożytnych, była zmienna zawartość węgla w żelazie, wynikająca z różnych metod wytapiania. Utrudniało to dobór odpowiedniej temperatury wygrzewania przed hartowaniem, co prowadziło do zmiennych, najczęściej przypadkowych wyników lub wprost uniemożliwiało zahartowanie, gdy zawartość węgla była zbyt mała.
Mimo że w niektórych ośrodkach opanowano proces nawęglania, tj. wzbogacenia gotowego wyrobu w węgiel, już na tysiąc lat p.n.e., do początków XX wieku nie wiedziano, na czym opiera się możliwość przeprowadzenia obróbki cieplnej, nie znano zjawisk, jakie zachodzą podczas hartowania stali.

hartowanie miecza - ilustracjaPrzez wiele wieków otrzymanie dobrej stali w wyniku hartowania przypisywano siłom nadprzyrodzonym, lub lepszej jakości wody stosowanej w tym lub innym ośrodku metalurgicznym. Niektóre miejscowości stawały się słynne ze swej wody jako cieczy hartującej, o czym wspomina już Pliniusz Starszy (Historia Naturalis). Jeszcze w XIX wieku z miejscowości Sheffield słynącej z doskonałych wyrobów nożowniczych wywożono wodę w beczkach do USA jako "doskonałą do hartowania".

Innym sposobem uzyskania dobrych wyników było stosowanie specjalnych receptur. Najstarsza z nich, arabska z IX wieku p.n.e. nakazywała:
"...nagrzewać miecz tak długo, dopóki nie nabierze barwy wschodzącego słońca na pustyni, następnie studzić go do barwy cesarskiej purpury przez wbicie w ciało niewolnika".

W średniowieczu zamiast niewolników przebijano barany lub byki. Jeszcze jeden powód, aby cena miecza była bardzo wysoka: 
"Siła niewolnika przechodzi w miecz i nadaje mu niezwykłą twardość".
W zestawianiu skomplikowanych recept na ciecze hartownicze celowali zwłaszcza alchemicy z XV i XVI wieku. Recepty te były bardzo zawiłe i pełne zabobonów, a mimo to wiara w ich skuteczność przetrwała do początków XIX wieku. W tym okresie powstają pierwsze hipotezy podejmujące próbę wyjaśnienia zjawisk zachodzących podczas hartowania.

W 1772 roku E. Reaumur jako pierwszy wypowiedział pogląd, że obróbkę cieplną stali należy tłumaczyć zmianami w jej budowie wewnętrznej. Pogląd ten potwierdzony został w latach trzydziestych XIX wieku przez Rosjanina Anosowa, który jako pierwszy zastosował mikroskop do badań metalograficznych i udowodnił, że właściwości stali zależą nie tylko od jej składu chemicznego, ale również od struktury.

Przełomowym momentem w zakresie badań zjawisk zachodzących w stali, a równocześnie w procesach hartowania, było odkrycie ogłoszone w 1868 roku przez Rosjanina D. K. Czertowa; udowodnił on istnienie krytycznych temperatur, w których zachodzą wewnętrzne przemiany objawiające się zmianą struktury, a więc i właściwości stali. Odkrycie to stało się podstawą racjonalnego przeprowadzania obróbki cieplnej w ścisłych granicach temperaturowych, zależnych od składu chemicznego stali i oparcia obróbki cieplnej na naukowych podstawach.

Dalsza historia hartowania, to prace licznych uczonych prawie wszystkich narodowości, których nazwiska utrwalone zostały najczęściej w nazwach struktury stali. Współcześnie hartowaniu poddaje się znaczną część wyrobów stalowych. Stosuje się hartowanie na wskroś - w całej objętości przedmiotu i hartowanie powierzchniowe, co zapewnia dużą twardość powierzchni obrobionego przedmiotu przy zachowaniu miękkiego środka. Sposób ten zapobiega pękaniu przedmiotu w szczególnie trudnych warunkach pracy. W zależności od sposobu nagrzewania, hartowanie powierzchniowe dzieli się na płomieniowe - ogrzewanie palnikiem gazowym, indukcyjne - nagrzewanie prądami wirowymi, kąpielowe - nagrzewanie przez zanurzenie w ogrzanej cieczy, np. w roztopionym ołowiu i inne 

Testy z BRD | Znaki drogowe | BRD 24 | Karta rowerowa | Karta rowerowa - to proste | Wiersze miłosne | 1000 pytań