Odpuszczanie stali jest jednym z procesów obróbki cieplnej, którego celem jest redukcja naprężeń wewnętrznych i poprawa właściwości mechanicznych hartowanego materiału. Proces ten polega na podgrzewaniu stali do określonej temperatury poniżej temperatury przemiany eutektoidalnej, utrzymaniu jej przez określony czas, a następnie chłodzeniu. W zależności od temperatury odpuszczania można uzyskać różne kombinacje wytrzymałości, twardości, plastyczności i odporności na pękanie.
Odpuszczanie stali – mechanizmy
Podczas hartowania stal uzyskuje strukturę martenzytyczną, która jest bardzo twarda, ale również krucha. Odpuszczanie powoduje następujące zmiany mikrostrukturalne:
- Redukcja naprężeń wewnętrznych – nagromadzone naprężenia po hartowaniu są rozładowywane poprzez rearanżację sieci krystalicznej.
- Przemiana martenzytu – martenzyt hartowniczy przechodzi w martenzyt odpuszczony, a przy wyższych temperaturach może dojść do wytrącania węglików.
- Wytrącanie węglików – węgliki stopowe lub cementyt tworzą się w postaci dyspersyjnych cząstek, co wpływa na wzrost ciągliwości stali.
Odpuszczani stali – rodzaje
W zależności od temperatury procesu wyróżnia się trzy główne rodzaje odpuszczania:
3.1. Odpuszczanie niskotemperaturowe (150–250°C)
- Stosowane głównie do stali narzędziowych i sprężynowych.
- Minimalizuje kruchość przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej twardości.
- Typowa struktura: martenzyt odpuszczony.
- Zastosowanie: narzędzia skrawające, elementy sprężynujące, łożyska.
3.2. Odpuszczanie stali średniotemperaturowe (250–500°C)
- Zwiększa ciągliwość i odporność na uderzenia kosztem częściowej utraty twardości.
- Powoduje powstawanie martenzytu odpuszczonego z wytrąceniem węglików.
- Stosowane do stali konstrukcyjnych i sprężynowych, np. w przemyśle motoryzacyjnym.
3.3. Odpuszczanie stali wysokotemperaturowe (500–700°C)
- Powoduje znaczną poprawę plastyczności i udarności.
- Struktura: ferryt + dyspersyjne węgliki.
- Wykorzystywane do stali konstrukcyjnych, narzędziowych, stali na elementy maszyn.
4. Parametry odpuszczania
Odpuszczanie powinno być odpowiednio dobrane do składu chemicznego i przeznaczenia stali. Kluczowe parametry to:
- Temperatura odpuszczania – wpływa na twardość i właściwości mechaniczne.
- Czas wygrzewania – zbyt krótki czas może nie przynieść pożądanych zmian mikrostrukturalnych, natomiast zbyt długi czas może spowodować nadmierne obniżenie twardości.
- Środowisko odpuszczania – w atmosferze ochronnej zapobiega się utlenianiu i odtlenianiu powierzchni.
5. Przykłady odpuszczania dla wybranych gatunków stali
| Gatunek stali | Zakres temperatury odpuszczania (°C) | Charakterystyka struktury po odpuszczeniu |
|---|---|---|
| 42CrMo4 (AISI 4140) | 500–650 | Ferryt + węgliki stopowe |
| C45 | 450–600 | Perlit odpuszczony + węgliki |
| X153CrMoV12 (1.2379) | 150–250 | Martenzyt odpuszczony |
| 30CrNiMo8 | 550–650 | Struktura bainityczna |
Odpuszczanie stali a inne procesy obróbki cieplnej
Odpuszczanie często stosuje się w połączeniu z innymi procesami, takimi jak:
- Hartowanie – odpuszczanie zmniejsza naprężenia hartownicze.
- Azotowanie – obróbka wstępna, poprawiająca odporność na zużycie.
- Normalizowanie – stosowane w celu uzyskania równomiernej mikrostruktury przed dalszą obróbką cieplną.
Wpływ składu chemicznego na proces odpuszczania
- Stale węglowe – mają ograniczoną stabilność węglików, co skutkuje większym spadkiem twardości.
- Stale stopowe – zawierają dodatki stopowe (Cr, Mo, V), które opóźniają koagulację węglików i utrzymują wyższą twardość po odpuszczeniu.
- Stale narzędziowe – charakteryzują się dobrą odpornością na odpuszczanie dzięki obecności węglików stopowych.
Wady i potencjalne problemy podczas odpuszczania
- Kruchość odpuszczania – może wystąpić w zakresie 250–450°C, szczególnie w stalach o podwyższonej zawartości węgla.
- Utrata twardości – nadmierne odpuszczanie może znacząco obniżyć właściwości użytkowe stali.
- Zjawiska utleniania i odtleniania – w niekontrolowanych warunkach może dochodzić do utleniania powierzchni i powstawania zgorzeliny.
Odpuszczanie stali to proces obróbki cieplnej, który pozwala na uzyskanie optymalnego kompromisu pomiędzy twardością, wytrzymałością i ciągliwością materiału. Wybór odpowiednich parametrów procesu odpuszczania jest uzależniony od składu chemicznego stali, jej przeznaczenia oraz wymagań wytrzymałościowych. Poprawnie przeprowadzony proces odpuszczania pozwala na uzyskanie stali o wysokiej jakości, odpornych na pękanie i zużycie.