Znane sposoby hartowania powierzchniowego zelaza i stali za pomoca palników gazowo-tleno- wych lub grzejników elektrycznych nabieraja w ostatnich 20 latach coraz wiekszego znaczenia.Najbardziej rozpowszechnionymi sa hartowanie postepowe i obrotowe, których przebieg przedsta¬ wiono schematycznie na fig. 1 i 2. Na fig. 1 ozna¬ czono cyfra 1 hartowany przedmiot np. gladka plyte, cyfra 2 zródlo ciepla, np. plaski palnik i cyfra 3 dysze hartownicza, polaczona z palni¬ kiem. Podczas procesu hartowania przedmiot 1 znajduje sie w spoczynku, a palnik wraz z dysza hartownicza jest przesuwany z równomierna szyb¬ koscia w kierunku v, wskutek czego hartowanie postepuje naprzód liniowo w postaci tzw. „harto¬ wania liniowego". Strefa juz zahartowana o gru¬ bosci s (glebokosc hartowania) jest zaznaczona w przekroju podluznym gestym kreskowaniem. 1 Przy sposobie hartowania obrotowego, przedsta¬ wionym na fig. 1 -oznaczono cyfra 1 hartowany przedmiot np. wal osadzony w klach, cyfra 2 — zródlo ciepla np. palnik pierscieniowy, a cyfra 3 — pierscieniowa dysze hartownicza, polaczona w pewnym odstepie z palnikiem pierscieniowym.Podczas procesu hartowania przedmiot hartowany 1 jest obracany z szybkoscia równomierna, nato¬ miast palnik hartowniczy wraz z dysza jest prze¬ suwany w kierunku v. Wskutek tego uzyskuje sie hartowanie wzdluz srubowej linii nazywane rów¬ niez „hartowanie srubowe". Na fig. 2 warstwa za¬ hartowana jest oznaczona kreskowaniem krzyzo¬ wym.Te obydwa znane sposoby posiadaja jednak ograniczone mozliwosci zastosowania oraz uzysku¬ je sie glebokosc hartowania stosunkowo mala.Przy zbyt powolnym przesuwaniu palnika mozna uzyskac bez szkodliwego przegrzewania tworzywa hartowanego przedmiotu, przy hartowaniu plomie¬ niem, glebokosc hartowania, wynoszacym w naj¬ lepszym razie tylko okolo 6 mm.Duzym postepem przy takim hartowaniu jest zastosowanie wstepnego podgrzewania hartowa¬ nych przedmiotów do temperatury ponizej punktu Aci, czyli do temperatury 500—550°C. Takie pod¬ grzewanie wstepne mozna wykonac w piecu lub za pomoca dowolnego palnika podgrzewajacego,zmontowanego w pewnym stalym odstepie od pal¬ nika hartujacego^ Na fig. 1 palnik podgrzewajacy jest oznaczony cyfra 4\ znajduje sie on w odstepie b od palnika hartowniczego 2. Wedlug takiego sposobu hartowania uzyskuje sie glebokosc harto¬ wania okolo 12 mm.Wedlug patentu austriackiego nr 174627 zasto¬ sowano podgrzewanie wstepne do temperatury, przekraczajacej temperature krytyczna i prawie równa temperaturze hartowania. Doswiadczenia ucza jednak, ze przy takim sposobie hartowania glebokosc hartowania nie moze przekraczac okolo 15 mm, poniewaz przedmiot ogrzany wstepnie zo¬ staje nastepnie szybko ogrzany do temperatury hartowania i w celu zapobiezenia szkodliwemu przegrzaniu tworzywa palnik hartowniczy musi byc przesuwany z wieksza szybkoscia. W zwiazku z tym cieplo wnika do hartowanego przedmiotu w ciagu krótszego czasu.Wedlug znanych sposobów hartowania zarówno posuwistego, jak i obrotowego za pomoca palni¬ ków gazowo-tlenowych glebokosc hartowania mozna regulowac przez uwzglednienie szybkosci posuwu palnika, analizy i grubosci hartowanego przedmiotu oraz przez regulowanie szerokosci „strefy zarzenia", powstajacej w powierzchniowej strefie dzialania palnika hartowniczego, która za¬ barwia sie nalotem w temperaturze okolo 650°C i moze byc latwo okreslona. Strefa ta posiada duze znaczenie praktyczne przy hartowaniu powierzch¬ niowym. Waska strefa zarzenia wymaga slabszego hartowania, a szeroka strefa — silniejszego harto¬ wania. Na fig. 1 strefa zarzenia o szerokosci B jest oznaczona kreskowaniem krzyzowym.Cecha znamienna wszystkich znanych sposobów hartowania powierzchniowego za pomoca palni¬ ków gazowych lub grzejników elektrycznych jest to, ze w zakresie dzialania urzadzenia hartowni¬ czego wytwarza sie najwyzsza temperatura na powierzchni hartowanego przedmiotu i ze rów¬ niez przy hartowaniu postepowym nie wystepuje srednia temperatura w czesci przedmiotu, znajdu¬ jacej sie przed strefa zarzenia, która w kazdym przypadku jest nizsza niz temperatura hartowania.Znaczy to, ze wskutek ograniczonych mozliwosci konstrukcyjnych palników gazowo-tlenowych uzyskuje sie stosunkowo waska strefe zarzenia har¬ towanej powierzchni. Takiej waskiej strefie odpo¬ wiada stosunkowo cienka warstwa zahartowana, której grubosc wynosi, jak wspomniano wyzej, okolo 15 mm.Glebokosc hartowania dajaca sie dotychczas uzyskac okazala sie przy obecnym stanie techniki jednak niewystarczajaca, gdy jest wymagane za¬ chowanie stalej grubosci przedmiotów pomimo sil¬ nego zuzycia przez scieranie, jak np. przy plytach wykladzinowych, pretach pancernych i bijakach urzadzen rozdrabniajacych oraz przy plytach gnio¬ towników, kamieniach i walcach mlynskich, gnio¬ townikach kulowych itp. Ponadto takie hartowanie nie jest wystarczajace dla narzedzi pracujacych przy duzym nacisku powierzchniowym oraz czesto poddawanych szlifowaniu podczas pracy, jak np. noze do obróbki metali, walce urzadzen prostow¬ niczych, walce robocze i podporowe walcarek itp.Takie hartowanie nie jest wystarczajace przy duzych obciazeniach. Dazenie do zwiekszenia gle¬ bokosci hartowania posiada wiec duze znaczenie gospodarcze.Przy hartowaniu powierzchniowym i przy uzyciu palnika do wstepnego ogrzewania uzyskuje sie w pewnym okreslonym punkcie linii podluznej po¬ wierzchni hartowanego przedmiotu krzywa prze¬ biegu temperatury wedlug fig. 3 lub 4, które mozna rozpatrywac w zwiazku z fig. 1". Wedlug fig. 3 mozna osiagnac bardzo szybko za pomoca palnika 4 zadana temperature wstepnego ogrzania np. 500°C na krótkim odcinku sj. Na odcinku s2, któ¬ rego dlugosc wynosi w praktyce najwyzej 400— 600 mm, temperatura spada np. do 400° C. Na od¬ cinku s3 uzyskuje sie za pomoca palnika hartuja¬ cego 2 bardzo szybko temperature hartowania np. 880°C. Na stosunkowo krótkim odcinku s4, który wystepuje, praktycznie biorac, przy hartowaniu grubszych przedmiotów ponad 50 mm, nastepuje nagly spadek temperatury np. do 830°C. Nastepnie dysza hartownicza 3 powoduje szybki spadek tem¬ peratury otoczenia. Szerokosc strefy zarzenia c—d wynosi okolo 60 mm.Sposób hartowania opisany w wyzej wymienio¬ nym patencie austriackim nr 174627 uwzglednia ogrzewanie powierzchni hartowanej za pomoca palnika ogrzewajacego wstepnie do temperatury zblizonej do temperatury hartowania, czyli do 850°C. Od odleglosci palnika pomocniczego 4 od palnika hartowniczego 2 jest jednak zalezna sze¬ rokosc strefy zarzenia c—d i jej srednia tempera¬ tura wynoszaca ponizej temperatury krytycznej okolo 800°C. Sposób taki nie nadaje sie do uzyskania glebokosci hartowania ponad 15 mm.Sposób hartowania wedlug wynalazku wprowa¬ dza przewrót w dotychczasowych sposobach i w przeciwienstwie do dotychczasowych pogla¬ dów panujacych w technice hartowania przebiega tak, ze przedmiot hartowany przy pierwszym dzia¬ laniu ciepla na jego powierzchnie zostaje ogrzanydo temperatury przekraczajacej temperature pun¬ ktu AC3, przewaznie do 950—1050°C oraz gromadzi sie w nim tak duzo ciepla, ze powierzchnia harto¬ wanego przedmiotu zostaje przed naglym chlodze¬ niem, w tym przypadku przed ponownym ogrze¬ waniem, ogrzana w strefie zarzenia o szerokosci 250 mm, najlepiej 400—600 mm do temperatury przekraczajacej temperature punktu AC3.Stwierdzono nieoczekiwanie, ze przy hartowaniu stali wrazliwych na pekanie, np. znanych stali walcowanych na zimno, zawierajacych okolo l°/o C i 2°/o Cr, zastosowanie wyzszej temperatury w strefie ogrzewania wstepnego nie wywiera szkodliwego wplywu, czyli nie powoduje to wzrostu ziarn ani powstawania pekniec, zwlaszcza gdy hartowane przedmioty ogrzewa sie w znany sposób przed hartowaniem w piecu do tempera¬ tury okolo 100°C.Glówna cecha sposobu wedlug wynalazku jest wytwarzanie strefy wstepnego podgrzewania lub zastosowanie odpowiedniego palnika podgrzewa¬ jacego, co wedlug sposobów dotychczasowych w ogóle nie uwzgledniono lub stosowano tylko palnik pomocniczy. Obok palnika hartowniczego, stosowanego dotychczas w kazdym sposobie har¬ towania powierzchniowego, uzywa sie wedlug wy¬ nalazku palnika pomocniczego, który pozwala na zmniejszenie strefy temperatur w strefie podgrze¬ wania wstepnego, wystepujace wskutek promienio¬ wania lub przewodnictwa. Mozna to calkowicie usunac przez zastosowanie wystarczajacego ogrze¬ wania wstepnego za pomoca palnika podgrzewa¬ jacego.Charakterystyczny stosunek temperatur, uzyska¬ ny wedlug wynalazku7, wzdluz linii powierzchni hartowanego przedmiotu, przedstawiono schema¬ tycznie na fig. 5. Powierzchnia hartowanego przed¬ miotu, szybko ogrzewa sie do bardzo wysokiej temperatury np. do 1050°C na odcinku s\ za po¬ moca stosunkowo silnego palnika podgrzewaja¬ cego 4. Taka wysoka temperature podgrzewania utrzymuje sie stosunkowo dlugi czas wzdluz cale¬ go odcinka s'2 az spadnie ona od temperatury punktu AC3 np. do 800°C. W przyblizeniu w tym punkcie w odstepie b znajduje sie stosunkowo slaby palnik hartowniczy 2, który ponownie ogrze¬ wa hartowana powierzchnie do temperatury harto¬ wania np. do 880°C. Na odcinku s'3 nastepuje spa¬ dek bardzo wysokiej temperatury podgrzewania tylko bardzo powoli, wskutek czego przy rozpo¬ czeciu naglego chlodzenia, np. przy temperaturze 830°C dysza hartownicza 3 znajduje sie w bardzo duzym odstepie a* od palnika hartowniczego i uzyskuje sie dotychczas niemozliwa do wytwo¬ rzenia szerokosc c'—d' strefy zarzenia, zwiazana z nadzwyczaj duza glebokoscia hartowania; dzia¬ lanie ciepla w ciagu wystarczajacego czasu sprzy¬ ja przenikaniu go w glab hartowanej powierzchni.Wedlug wynalazku mozna zastosowac drugi slabszy palnik podgrzewajacy 4a, umieszczony z tylu pierwszego palnika podgrzewajacego 4 w odstepie b' (fig. 6), który temperature hartowa¬ nej powierzchni, obnizona do okolo temperatury punktu AC3, ponownie podnosi do okolo 1050°C.Spadek w tym przypadku temperatury do tempera¬ tury hartowania np. 880°C nastepuje wskutek aku- mulowania w strefie powierzchniowej hartowa¬ nego przedmiotu wiekszej ilosci ciepla jeszcze wolniej niz w przykladzie poprzednim (fig. 5).Wskutek tego odstep b" palnika hartowniczego moze byc wiekszy. Z tego wzgledu nastepuje spa¬ dek temperatury hartowania do temperatury roz¬ poczecia chlodzenia np. 830°C jeszcze wolniej, wskutek czego uzyskuje sie zwiekszenie odstepu a" v dyszy hartowniczej i znaczne rozszerzenie strefy zarzenia a—/, zwiazane ze zwiekszeniem glebokosci hartowania.Obejmuje to oczywiscie mozliwosc dalszego zwiekszenia grubosci hartowanej warstwy przez zastosowanie trzeciego palnika podgrzewajacego, jednak nalezy to jeszcze zbadac.Ostateczne doswiadczenia z wspomnianymi wy¬ zej stalami walcowanymi na zimno wykazaly nieoczekiwanie, ze mozna regulowac nie tylko temperature podgrzewania, lecz równiez i tempe¬ ratury hartowania i chlodzenia w szerszym niz dotychczas zakresie bez obawy szkodliwego prze¬ grzewania hartowanych przedmiotów lub powsta¬ wania pekniec. Odnosnie istniejacych zasad tech¬ niki hartowania temperatura hartowania, czyli temperatura do której hartowany przedmiot musi* byc ogrzewany bezposrednio przed rozpoczeciem jego chlodzenia, jest utrzymywana mozliwie do¬ kladnie. Dlatego odchylki tej temperatury wynosza wedlug norm tylko 30 °C. Przy zwyklym harto¬ waniu temperatura znajduje sie o 30—50°C po¬ wyzej temperatury punktu AC3, jednak przy harto¬ waniu powierzchniowym temperatura hartowania winna byc wedlug Stahl-Eisen-Werkstoffblat nr 830-850 wyzsza o okolo 50°C.Temperatura rozpoczecia chlodzenia odpowiada teoretycznie temperaturze hartowania; w praktyce jest ona jednak nieco nizsza, gdyz przedmiot — 3 —ogrzany do temperatury hartowania ulega nieu¬ niknionemu ochladzaniu w okresie czasu przed rozpoczeciem chlodzenia.Wedlug wynalazku mozna przekroczyc zwykle stosowane temperatury w chwili rozpoczecia chlo¬ dzenia o okolo 50—200°C. Mozliwosc ta jest przed¬ stawiona na fig. 6 krzywa przerywana. Dalsze zwiekszenie odstepu dyszy hartowniczej, zwieksze¬ nie szerokosci strefy zarzenia e—g i polepszenie skutecznosci hartowania wynika przy tym samo przez sie.Hartowanie powierzchniowe wedlug sposobów dotychczasowych i sposób hartowania wedlug wy¬ nalazku przedstawiono schematycznie na fig. 7—9.Zaznaczono na nich przebieg izoterm w warstwie powierzchniowej hartowanych przedmiotów.Przy chlodzeniu hartowanych przedmiotów z szybkoscia ponadkrytyczna uzyskuje sie, jak wiadomo, tylko strefe o strukturze calkowicie martenzytycznej, której temperatura lezy powyzej temperatury punktu AC3, najlepiej 800°C. Przebieg hartowania przy wytwarzaniu struktury martenzy- towo-trostycznej bezposrednio po uzyskaniu pew¬ nej glebokosci hartowania, temperatura winna wy¬ nosic powyzej temperatury punktu Aci. Przy takiej temperaturze, najlepiej okolo 750°C wzrasta glebokosc hartowania, natomiast w strefie rdze¬ niowej, która powstaje przy ogrzewaniu do tem¬ peratury nie wyzszej niz 750°C, nie wystepuja zmiany ani struktury, ani wlasciwosci tworzywa hartowanych przedmiotów, a hartowanie po¬ wierzchniowe pozostaje równiez nienaruszone. Na fig. 7—9 przedstawiono obydwie izotermy, miano¬ wicie izoterme dla temperatury 800°C ogranicza¬ jaca strefe zahartowana o strukturze martenzy¬ tycznej i izoterme dla temperatury 750°C, ograniczajaca glebokosc strefy hartowania, zazna¬ czona np. linia przerywana.* Na fig. 7 przedstawiono przebieg temperatury przy zwyklym hartowaniu powierzchniowym wed¬ lug znanego sposobu bez stosowania podgrzewania wstepnego. Na przyklad plyta 1 jest hartowana w sposób znany tak, iz agregat zawierajacy palnik hartowniczy 2 i dysze hartownicza 3 jest przesu¬ wany wzdluz hartowanej powierzchni w kierunku v. Zaznaczone izotermy X wykazuja nagle ogrze¬ wanie powierzchniowej warstwy hartowanej. Wy¬ rózniaja sie one krótkim przebiegiem i mala wy¬ pukloscia pionowa. Izotermy te daja waska strefe zarzenia i cienka warstwe zahartowana 5.Na fig. 8 przedstawiono sposób hartowania wed¬ lug patentu austriackiego nr 174627, wedlug któ¬ rego stosuje sie znane urzadzenie hartownicze, obejmujace plomien 2 i dysze hartownicza 3, oraz palnik pomocniczy 4 do wstepnego podgrzewania.Zaznaczone izotermy Y przebiegaja plasko (dluz¬ szy przebieg) oraz wykazuja wiekszy odstep pio¬ nowy, wskutek czego uzyskuje sie wieksza glebo¬ kosc hartowania5. - Na fig. 9, przedstawiajacej sposób, hartowania wedlug wynalazku, palnik do ogrzewania wstep¬ nego jest oznaczony tak samo cyfra 4. Palnik ten dostarcza stosunkowo duzo ciepla, wskutek czego powierzchnia hartowanego przedmiotu zostaje wstepnie ogrzana np. do temperatury 1050°C.Palnik hartowniczy 2 pracuje przy stosunkowo malym obciazeniu i dostarcza tyle ciepla, aby uzyskac zadana temperature hartowania, jak rów¬ niez do wytworzenia strefy zarzenia o zadanej szerokosci. W zadnym przypadku nie nalezy wy¬ twarzac za pomoca palnika hartowniczego takiej temperatury, aby trzeba bylo zwiekszyc szybkosc przesuwu i przez to zmniejszyc glebokosc harto¬ wania. W tym przypadku odleglosc dyszy har¬ towniczej 3 od palnika 4 do podgrzewania wstep¬ nego winna wynosic najmniej 250 mm; najlepiej 400—600 mm. Wskutek tego ilosc ciepla dostarczana palnikami 2 i 4 jest w ciagu wystarczajacego czasu doprowadzana do wnetrza hartowanego przed¬ miotu, dzieki czemu uzyskuje sie przy chlodzeniu odpowiednio gruba warstwe zahartowana 5.Izotermy Z wykazuja znacznie dluzszy przebieg i wiekszy odstep pionowy, umozliwiajac uzyski¬ wanie znacznie grubszej warstwy zahartowanej 5.Przy wykonywaniu sposobu wedlug wynalazku uzyskuje sie przy zachowaniu odpowiednich wa¬ runków glebokosc hartowania okolo 15—60 mm, co jest mozliwe do osiagniecia we wszystkich wyzej wymienionych przypadkach. W kazdym przypadku mozna hartowac powierzchniowo duce walce do walcowania na zimno, przy czym mozna uzyskac glebokosc hartowania okolo 40 mm przy uzyciu palnika hartowniczego i palnika podgrzewajacego przy szczególnie lagodnej strefie przejsciowej.Wytwarza sie przy tym strefa zarzenia o szero¬ kosci okolo 500 mm. Przy stosowaniu sposobu w praktyce wystarczy nieduze wypróbowanie w celu dostosowania temperatury podgrzewania wstepnego i hartowania do szybkosci przesuwu hartowanego przedmiotu, aby zapobiec jakiemu¬ kolwiek szkodliwemu przegrzaniu powierzchni hartowanych przedmiotów.Wynalazek niniejszy pozwala na znaczne roz¬ szerzenie zakresu stosowania hartowania po¬ wierzchniowego do granic wymaganych przez — 4 —technike wspólczesna. Ponadto daje on duze oszczednosci. PL