Od czego zależy twardość stali?

Twardość stali to kluczowy parametr, który decyduje o jej właściwościach mechanicznych, odporności na zużycie i zastosowaniach w różnych dziedzinach przemysłu. Twardość stali zależy od wielu czynników, takich jak skład chemiczny, obróbka cieplna, stopień odkształcenia plastycznego czy struktura metalograficzna. 

Skład chemiczny stali

Podstawowym składnikiem stali jest żelazo, jednak to dodatki stopowe wpływają na jej twardość i właściwości mechaniczne. Węgiel jest najważniejszym pierwiastkiem wpływającym na twardość stali. Im większa zawartość węgla, tym większa twardość materiału. Dodatki takie jak chrom, mangan, molibden czy wanad zwiększają twardość stali poprzez tworzenie twardych i trwałych węglików oraz zmniejszenie ziarnistości.

Obróbka cieplna

Obróbka cieplna ma kluczowe znaczenie dla uzyskania odpowiedniej twardości stali. Procesy takie jak hartowanie, odpuszczanie czy wyżarzanie wpływają na strukturę metalograficzną stali do ulepszania cieplnego, a tym samym na jej twardość. Hartowanie polega na nagrzewaniu stali do odpowiedniej temperatury, a następnie gwałtownym schłodzeniu w wodzie, oleju lub powietrzu. W wyniku tego procesu uzyskuje się strukturę martenzytyczną, charakteryzującą się wysoką twardością i wytrzymałością. 

Stopień odkształcenia plastycznego

Twardość stali może być również związana ze stopniem odkształcenia plastycznego. W wyniku odkształceń plastycznych, takich jak walcowanie czy kucie, dochodzi do zwiększenia dyslokacji w strukturze krystalicznej materiału. Im większa ilość dyslokacji, tym większa twardość i wytrzymałość stali. Jednocześnie jednak zwiększa się jej kruchość, co może prowadzić do pęknięć podczas dalszej obróbki.

Struktura metalograficzna

Twardość stali zależy również od jej struktury metalograficznej, czyli rozmieszczenia i wielkości ziaren oraz faz składowych. Im drobniejsza struktura ziarnista, tym większa twardość i wytrzymałość stali. Struktury takie jak ferryt, perlit, bainit czy martenzyt mają różne właściwości mechaniczne, co wpływa na twardość stali. Na przykład, ferryt charakteryzuje się niską twardością i wysoką plastycznością, podczas gdy martenzyt ma wysoką twardość i wytrzymałość, ale niższą plastyczność.