Wpływ temperatury na właściwości stali HARDOX: analiza i zastosowanie w przemyśle

Streszczenie

W niniejszej pracy badawczej przedstawiono analizę wpływu temperatury na własności stali HARDOX, wykorzystywanej w różnych dziedzinach przemysłu ze względu na jej wyjątkowe cechy, takie jak wysoka twardość, wytrzymałość na ścieranie i udarność. Celem badań jest zrozumienie zmian zachodzących w strukturze stali HARDOX pod wpływem zmiennych temperatur oraz określenie optymalnych warunków jej obróbki cieplnej w celu uzyskania najlepszych możliwych właściwości mechanicznych.

Wprowadzenie

Stal HARDOX jest rodzajem stali trudnościeralnej, która charakteryzuje się wysoką twardością, wytrzymałością na ścieranie oraz udarnością. Ze względu na te właściwości, stal HARDOX jest często stosowana w przemyśle maszynowym, transportowym, budowlanym oraz górniczym. W związku z tym, istnieje potrzeba badania wpływu temperatury na własności tego materiału, aby określić jego zachowanie w różnych warunkach pracy oraz zoptymalizować procesy obróbki cieplnej.

Metodologia

Badania przeprowadzono na próbkach stali HARDOX o różnych gatunkach (np. HARDOX 400, HARDOX 450, HARDOX 500). Procedura badawcza obejmowała:

a) Przygotowanie próbek: próbki stali zostały poddane obróbce cieplnej w różnych temperaturach (od pokojowej do 1100°C) oraz czasach hartowania.

b) Badanie struktury: zbadano mikrostrukturę stali za pomocą mikroskopii optycznej oraz skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM).

c) Badanie własności mechanicznych: przeprowadzono testy twardości, wytrzymałości na rozciąganie oraz udarności.

Wyniki i dyskusja

Wyniki badań wykazały, że:

a) Wzrost temperatury powoduje zmiany w mikrostrukturze stali HARDOX. W temperaturach poniżej 500°C obserwuje się drobnoziarnistą strukturę martenzytyczną. W wyższych temperaturach (600-800°C) następuje przemiana martenzytyczna, co prowadzi do powstania struktury ferrytyczno-perlitycznej.

b) Własności mechaniczne stali HARDOX są ściśle związane z jej mikrostrukturą. Wzrost temperatury powoduje spadek twardości oraz wytrzymałości na rozciąganie, ale zwiększa udarność materiału. Optymalne właściwości mechaniczne uzyskuje się, gdy stal jest poddana obróbce cieplnej w temperaturach poniżej 500°C, a następnie hartowana.

c) W przypadku stali HARDOX 450 i 500, obserwuje się wzrost twardości i wytrzymałości na rozciąganie wraz ze wzrostem temperatury hartowania do około 300°C. Następnie własności te ulegają spadkowi wraz z dalszym wzrostem temperatury. Stal HARDOX 400 wykazuje podobne zachowanie, jednak optymalna temperatura hartowania dla tego gatunku wynosi około 250°C.

d) Wyniki badań udarności wykazują, że udarność stali HARDOX rośnie wraz ze wzrostem temperatury hartowania. Optymalna temperatura hartowania dla uzyskania odpowiedniej udarności wynosi około 400°C dla stali HARDOX 400 i 450 oraz 500°C dla stali HARDOX 500.

Wnioski

W wyniku przeprowadzonych badań można stwierdzić, że temperatura ma istotny wpływ na własności stali HARDOX. W celu uzyskania najlepszych możliwych właściwości mechanicznych, zaleca się hartowanie stali HARDOX w temperaturach poniżej 500°C. W przypadku stali HARDOX 400 optymalna temperatura hartowania wynosi około 250°C, dla stali HARDOX 450 i 500 – około 300°C. Aby uzyskać odpowiednią udarność, zaleca się hartowanie stali HARDOX 400 i 450 w temperaturze około 400°C, natomiast dla stali HARDOX 500 – w temperaturze około 500°C.

Jednocześnie należy pamiętać, że oprócz temperatury istotne są również inne parametry procesu hartowania, takie jak czas oraz szybkość chłodzenia. Dlatego dalsze badania powinny skupić się na zoptymalizowaniu tych parametrów w celu uzyskania jeszcze lepszych właściwości stali HARDOX.

Literatura

1. SSAB, „HARDOX – High Strength Wear Resistant Steel”, dostęp: https://www.ssab.com/products/brands/hardox
2. Właściwości stali Hardox https://www.harder-parts.com/hardox/
3. K. Górecki, R. Kuziak, „Stale trudnościeralne – wybrane zagadnienia”, Przegląd Spawalnictwa, 2018, 90(3), s. 31-38.
4. J. W. Pilarczyk, „Hartowanie stali”, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2014.
5. A. Grajcar, M. Rozmus, „Mikrostruktura i właściwości mechaniczne stali trudnościeralnych po obróbce cieplnej”, Hutnik Wiadomości Hutnicze, 2015, 82(12), s. 771-776.
6. M. Kulka, „Stale trudnościeralne – charakterystyka i zastosowanie”, Przegląd Mechaniczny, 2016, 73(6), s. 40-44.
7. S. Łabanowski, J. Tomków, „Wpływ obróbki cieplnej na mikrostrukturę i właściwości stali trudnościeralnej HARDOX 450”, Inżynieria Materiałowa, 2016, 37(1), s. 15-20.