Jak dobrać stal do ulepszania cieplnego według średnicy elementu i wymaganej twardości?

Ulepszanie cieplne: hartowanie plus wysokie odpuszczanie

Dobór stali do ulepszania cieplnego sprowadza się do dwóch liczb: największego przekroju elementu i wymaganej twardości rdzenia. Przekrój wyznacza potrzebną hartowność, twardość – temperaturę odpuszczania i klasę wytrzymałości. Normy PN-EN 10083-2 i -3 podają własności mechaniczne w przedziałach średnic (do 16 mm, 16-40, 40-100, 100-160, 160-250 mm), więc ten sam gatunek 42CrMo4 (1.7225) daje zupełnie inne Re dla wałka 30 mm i dla wału 150 mm (źródło: PKN, PN-EN 10083-3:2019-11).

Co to jest ulepszanie cieplne?

Ulepszanie cieplne to hartowanie połączone z następującym po nim wysokim odpuszczaniem, zwykle w zakresie około 500-680 st. C, dające strukturę sorbitu odpuszczania. Charakteryzuje się kompromisem: wysoką granicą plastyczności przy zachowanej udarności i ciągliwości, jednorodnością własności w całym przekroju (o ile hartowność wystarcza) oraz odwracalnością – element można ulepszyć ponownie po wyżarzeniu.

Z mojej praktyki materiałowej: ulepszanie wybiera się tam, gdzie element pracuje na zmęczenie objętościowe i uderzenia, a nie na czyste ścieranie. Wał, korbowód, śruba klasy 10.9, trzpień prasy. Do zużycia powierzchniowego lepsze są nawęglanie albo azotowanie.

Czym różni się ulepszanie od normalizowania?

Normalizowanie to nagrzanie powyżej Ac3 i studzenie w spokojnym powietrzu – powstaje drobnoziarnisty ferryt z perlitem. Ulepszanie wymaga przemiany martenzytycznej, czyli chłodzenia szybkiego (woda, olej, polimer), a dopiero potem odpuszczania.

• Normalizowanie (+N) – struktura ferrytyczno-perlityczna, Re rzędu 300-380 MPa dla C45, brak wymagań co do hartowności.
• Ulepszanie (+QT) – sorbit odpuszczania, Re dla 42CrMo4 w cienkich przekrojach powyżej 750 MPa wg PN-EN 10083-3.
• Wyżarzanie zmiękczające (+A) – stan dostawy pod obróbkę skrawaniem, twardość obniżona celowo, nie mylić z +QT przy zamawianiu.
• Zakres węgla – gatunki do ulepszania mieszczą się zwykle w 0,25-0,55% C; poniżej brakuje hartowności, powyżej rośnie ryzyko pęknięć hartowniczych.
• Podstawa normalizacyjna – PN-EN 10083-1 (wymagania ogólne), -2 (stale niestopowe, w tym C45), -3 (stale stopowe: 41Cr4, 42CrMo4, 34CrNiMo6).

„Stale do ulepszania cieplnego dostarcza się w stanach +A, +N lub +QT; własności mechaniczne w stanie ulepszonym odnoszą się do określonych przedziałów wymiaru wyrobu.” — Polski Komitet Normalizacyjny, PN-EN 10083-3:2019-11PN-EN 10083-3:2019-11

Hartowność, próba Jominy’ego i średnica krytyczna

Hartowność to zdolność stali do uzyskania struktury martenzytycznej na określonej głębokości, zależna od pierwiastków stopowych: manganu, chromu, molibdenu, niklu i boru. Mierzy się ją próbą Jominy’ego wg PN-EN ISO 642, chłodząc próbkę o średnicy 25 mm strumieniem wody od czoła i mierząc twardość HRC wzdłuż tworzącej. Wynik podaje się jako pasmo hartowności ograniczone krzywą górną i dolną.

Czym różni się hartowność od twardości?

Twardość maksymalna zależy niemal wyłącznie od zawartości węgla – stal o 0,45% C zahartowana na martenzyt osiąga około 58-60 HRC niezależnie od tego, czy jest niestopowa, czy chromowo-molibdenowa. Hartowność decyduje o czymś innym: jak głęboko ten martenzyt sięgnie. To dwa niezależne parametry i mylenie ich jest źródłem większości nieporozumień z hartownią.

• Węgiel – ustala poziom twardości maksymalnej, praktycznie nie wpływa na głębokość zahartowania.
• Chrom i mangan – przesuwają krzywe CTP w prawo, obniżają krytyczną szybkość chłodzenia, podnoszą Dk.
• Molibden – poprawia hartowność i ogranicza kruchość odpuszczania drugiego rodzaju, stąd przewaga 42CrMo4 nad czysto chromowym 41Cr4.
• Nikiel – podnosi hartowność i wyraźnie poprawia udarność w niskich temperaturach, klucz w 34CrNiMo6.
• Bor – w setnych częściach procenta daje efekt porównywalny z dziesiątymi procentu chromu, ale tylko w stalach niskowęglowych.

Jak odczytać pasmo hartowności i średnicę krytyczną Dk?

Pasmo odczytuje się jako parę krzywych HRC w funkcji odległości od czoła próbki, wyrażonej w milimetrach (typowo 1,5; 3; 5; 9; 15; 25; 40 mm). Średnica krytyczna Dk to największa średnica pręta, w której rdzeń osiąga zadany udział martenzytu – najczęściej 50% (Dk50) lub 90% (Dk90). Ta sama stal ma trzy różne Dk w zależności od ośrodka.

Woda hartuje ostrzej niż olej, olej ostrzej niż powietrze wymuszone. Obserwuję regularnie, że projektanci pomijają ośrodek chłodzący w założeniach, a potem dziwią się rozbieżności twardości rdzenia w raporcie z hartowni. Jeśli element ma karby, przejścia średnic i rowki wpustowe, technolog i tak zahartuje go w oleju – bo w wodzie pęknie. To trzeba wiedzieć na etapie doboru gatunku, nie po odbiorze.

„Próba hartowności metodą hartowania od czoła polega na chłodzeniu jednego czoła znormalizowanej próbki strumieniem wody i pomiarze twardości wzdłuż jej tworzącej.” — Polski Komitet Normalizacyjny, PN-EN ISO 642:2001PN-EN ISO 642:2001

Efekt masy: dlaczego rdzeń grubego elementu ma niższe własności

Szybkość chłodzenia w rdzeniu spada wraz ze wzrostem wymiaru charakterystycznego – to fizyka odbioru ciepła przez powierzchnię, nie wada gatunku. Dlatego PN-EN 10083-3 podaje własności mechaniczne 42CrMo4 osobno dla przedziałów do 16 mm, 16-40 mm, 40-100 mm i 100-160 mm, a wartości Re i Rm konsekwentnie maleją wraz z rosnącym przekrojem.

Dlaczego gruby wał nie osiąga zakładanej twardości w rdzeniu?

Bo rdzeń chłodzi się zbyt wolno, by ominąć nos krzywej CTP – zamiast martenzytu powstaje bainit, a przy większych przekrojach mieszanina ferrytyczno-perlityczna. Przy wale 140 mm z C45 rdzeń daje strukturę ferrytyczno-perlityczną o twardości znacznie poniżej oczekiwanych 250 HB, mimo że warstwa przypowierzchniowa wygląda poprawnie.

• Wymiarem miarodajnym jest największy przekrój decydujący o odbiorze ciepła, nie średnica nominalna gotowego czopa.
• Przy elementach o zmiennym przekroju liczy się kołnierz albo piasta, a nie najcieńszy odcinek wałka.
• Element drążony chłodzi się szybciej niż pełny o tej samej średnicy zewnętrznej – otwór osiowy realnie poprawia sytuację.
• Spadek dotyczy nie tylko twardości: maleją także Re, Rm i praca łamania KV w rdzeniu.
• Naddatek na obróbkę wykańczającą planuj tak, by po jego zdjęciu nie odsłonić strefy o zaniżonej twardości – przy dużych średnicach zostawiam 3-5 mm na stronę.
• Alternatywa dla dużych przekrojów: gatunek o wyższej hartowności albo rdzeń normalizowany plus hartowanie powierzchniowe czopów.

Ile naddatku zostawić na obróbkę po ulepszaniu?

Praktycznie 2-3 mm na stronę dla średnic do 60 mm i 3-5 mm powyżej 100 mm, przy czym decyduje nie tylko odwęglenie, ale i odkształcenia cieplne. Wał o długości ponad 1 m potrafi po hartowaniu w oleju odejść od prostoliniowości na tyle, że prostowanie i szlifowanie zjadają cały zaplanowany naddatek. W przypadkach, które prowadziłem, brak zapasu kończył się złomowaniem gotowej sztuki po kontroli bicia.

Przegląd gatunków: C45, 41Cr4, 42CrMo4, 34CrNiMo6, 30HGSA

C45 jako stal niestopowa ulepsza się skutecznie orientacyjnie do 40-60 mm przy chłodzeniu w wodzie. Powyżej rdzeń nie przehartowuje się i twardość spada. Wtedy sięga się po 42CrMo4 (1.7225), która dzięki chromowi i molibdenowi obsługuje przekroje rzędu 100-120 mm, a dla większych stosuje się 34CrNiMo6 (1.6582). Podane granice są orientacyjne i zależą od ośrodka oraz wymaganego udziału martenzytu.

C45 (1.0503) – do jakiej średnicy da radę?

Do około 40-60 mm przy hartowaniu w wodzie i do około 25-30 mm w oleju – powyżej ulepszanie traci sens ekonomiczny, bo rdzeń zachowuje się jak stal normalizowana. C45 to najtańszy gatunek z tej grupy, dostępny w każdej hurtowni, świetny na tuleje, sworznie, koła pasowe, wałki napędów pomocniczych. Warianty C45E i C45R różnią się wymaganiami dotyczącymi siarki; dawne polskie oznaczenie to 45. Szczegóły znajdziesz w karcie C45 – właściwości i obróbka cieplna.

40HM / 42CrMo4 (1.7225) – koń roboczy wałów maszynowych

42CrMo4 to najpopularniejsza stal ulepszana w Polsce, historyczny odpowiednik PN to 40HM. Chrom podnosi hartowność, molibden ogranicza kruchość odpuszczania drugiego rodzaju – kombinacja, która wybacza więcej błędów technologicznych niż czysto chromowy 41Cr4 (1.7035, dawne 40H). W praktyce to gatunek, po który sięga się domyślnie: wały przekładni, wrzeciona, śruby wysokowytrzymałe, tłoczyska. Wariant 42CrMoS4 ma podwyższoną siarkę dla skrawalności – nie mylić przy zamówieniu, bo pogarsza udarność poprzeczną. Pełne dane w karcie karta gatunku 42CrMo4 / 40HM.

34CrNiMo6 (1.6582) – duże przekroje i wysokie wymagania

Nikiel plus molibden dają hartowność w przekrojach powyżej 100 mm i wysoką udarność – stąd zastosowania w wałach napędowych, korbowodach, elementach dźwignic i osprzęcie offshore. Gatunek jest wyraźnie droższy od 42CrMo4, więc przewymiarowanie boli w kosztorysie. Osobna kategoria to 30HGSA (30ChGSA, zbliżony do 30CrMnSiA) – stal o rodowodzie lotniczym, bardzo wytrzymała, ale wymagająca reżimu obróbki cieplnej i spawania, po którą sięga się przy specyficznych konstrukcjach.

Co oznacza sufiks H w 42CrMo4H?

Sufiks H oznacza gatunek dostarczany z gwarantowanym pasmem hartowności, potwierdzonym próbą Jominy’ego wg PN-EN ISO 642, a nie tylko ze zgodnością składu chemicznego. Przy elementach odpowiedzialnych i dużych przekrojach żądam wersji H w każdym zapytaniu ofertowym – koszt rośnie nieznacznie, a przewidywalność rozkładu twardości w rdzeniu diametralnie. Przegląd całej grupy: stale konstrukcyjne stopowe do ulepszania.

Twardość a wytrzymałość: HB, HRC i klasy Rm

Dla stali ulepszanych obowiązuje przybliżenie: Rm w megapaskalach to około 3,3-3,5 razy twardość w skali Brinella. Element o 260 HB odpowiada zatem w przybliżeniu 860-910 MPa. Tablice przeliczeniowe między skalami HB, HV i HRC zawiera PN-EN ISO 18265:2014-02; wartości są orientacyjne, mają charakter porównawczy i nie zastępują statycznej próby rozciągania.

Jak przeliczyć HB na Rm i HRC?

Zacznij od skali, w której realnie zmierzysz element. Pomiar Brinella wg PN-EN ISO 6506-1 nadaje się do całego zakresu stanu ulepszonego, Rockwell C ma sens dopiero powyżej około 20 HRC. Dopiero potem sięgaj po tablice PN-EN ISO 18265.

• 240 HB – w przybliżeniu 22 HRC i Rm rzędu 790-840 MPa; typowy wał maszynowy średnio obciążony.
• 280 HB – około 29 HRC i Rm rzędu 920-980 MPa; wały przekładni, tłoczyska.
• 320 HB – około 34 HRC i Rm rzędu 1050-1120 MPa; elementy silnie obciążone, granica dobrej skrawalności.
• 360 HB – około 39 HRC; przy takim poziomie planuj już szlifowanie zamiast toczenia.
• Zapisując wymaganie na rysunku podawaj przedział, np. 250-290 HB – hartownia nie trafi w jedną liczbę.

Więcej przykładów w zestawieniu twardość HB, HRC, HV – przeliczniki.

Gdzie mierzyć twardość elementu ulepszanego?

W rdzeniu, na przekroju próbki towarzyszącej pochodzącej z tego samego wsadu i o tym samym przekroju – nie na powierzchni gotowego wału. Powierzchnia zawsze wypadnie lepiej, bo chłodziła się najszybciej, i potrafi zamaskować kompletnie nieudane ulepszanie rdzenia. Przy odbiorach, które prowadziłem, ten jeden zapis w specyfikacji ucinał 90% sporów z dostawcą.

Temperatura odpuszczania i kruchość odpuszczania

Wyższa temperatura odpuszczania obniża twardość i wytrzymałość, a podnosi udarność – to podstawowy regulator własności w rękach technologa. Dla 42CrMo4 zakres odpuszczania przy ulepszaniu to typowo około 540-680 st. C, dobierany pod wymaganą klasę twardości. Konkretne parametry dla danego wsadu uzgadniaj z hartownią i kartą materiałową wytwórcy – podane zakresy są orientacyjne.

Czym jest kruchość odpuszczania i jak jej uniknąć?

To spadek udarności występujący w określonych zakresach temperatur, niewidoczny w pomiarze twardości. Kruchość pierwszego rodzaju pojawia się przy odpuszczaniu w okolicy 250-400 st. C, drugiego rodzaju przy powolnym chłodzeniu z zakresu 450-550 st. C w stalach chromowo-niklowych i chromowo-manganowych.

1. Nie odpuszczaj w zakresie 250-400 st. C, jeśli element ma pracować udarowo – tam siedzi kruchość pierwszego rodzaju.
2. Po odpuszczaniu wysokim chłodź przyspieszenie (w oleju lub wodzie), zamiast studzić wsad z piecem – to najtańsze zabezpieczenie przed kruchością drugiego rodzaju.
3. Przy grubych przekrojach ze stali Cr-Ni wybieraj gatunki z molibdenem, który to zjawisko ogranicza.
4. Wymagaj badania udarności KV na próbce towarzyszącej, nie samego pomiaru twardości – kruchość ujawni się tylko tam.
5. Unikaj wielokrotnego odpuszczania w zakresie krytycznym przy poprawkach twardości; lepiej powtórzyć pełny cykl.

Dlatego właśnie 42CrMo4 z molibdenem jest technologicznie bezpieczniejszy niż stal czysto chromowa przy grubych przekrojach. To argument techniczny, nie marketingowy – i drugi po hartowności powód jego dominacji na polskim rynku.

Procedura doboru w 6 krokach – od rysunku do zamówienia

Zacznij od przekroju, nie od gatunku. Sześć kroków poniżej stosuję jako listę kontrolną przy każdym elemencie ulepszanym; ich kolejność nie jest przypadkowa, bo krok 1 unieważnia wszystko, co po nim, jeśli zostanie pominięty. Zamówienie kończy się podaniem stanu dostawy +QT i dokumentu kontroli 3.1 wg PN-EN 10204.

Jak krok po kroku dobrać stal do ulepszania?

1. Krok 1 – przekrój miarodajny. Określ największy przekrój decydujący o odbiorze ciepła, w stanie przed obróbką wykańczającą, nie średnicę nominalną gotowego elementu.
2. Krok 2 – wymagana twardość. Ustal twardość rdzenia lub klasę Rm z warunków wytrzymałościowych i zmęczeniowych, zawsze jako przedział (np. 260-300 HB).
3. Krok 3 – tablice normy. Sprawdź w PN-EN 10083-2 lub -3 własności gatunku w przedziale średnic odpowiadającym elementowi, a nie wartości nagłówkowe z katalogu.
4. Krok 4 – hartowność i ośrodek. Zweryfikuj pasmo Jominy’ego i planowany ośrodek chłodzący; dla elementów o złożonym kształcie zakładaj olej lub polimer, nie wodę.
5. Krok 5 – udarność. Jeśli element pracuje udarowo lub w obniżonej temperaturze, wybierz gatunek z niklem i molibdenem (34CrNiMo6) i zapisz wymaganie KV.
6. Krok 6 – zamówienie. Podaj gatunek w wersji H, stan dostawy +QT, wymiar wyrobu, zakres twardości i żądanie dokumentu 3.1 wg PN-EN 10204 (źródło: PKN, PN-EN 10204:2006).

Z mojej praktyki 3 na 4 reklamacje twardości wynikają z pominięcia kroku 1 albo z zamówienia stanu +A zamiast +QT. To nie są egzotyczne błędy – to najczęstsze zdarzenia w codziennym obiegu dokumentów. Szczegóły metodyki badania: hartowność i próba Jominy’ego.

Tabela doboru: średnica – gatunek – twardość rdzenia – klasa Rm

Zestawienie poniżej służy jako punkt wyjścia do rozmowy z technologiem, nie jako dane normatywne. Granice średnic są orientacyjne i zależą od ośrodka chłodzącego oraz wymaganego udziału martenzytu w rdzeniu; wartości Re i Rm dla konkretnego przedziału zawsze weryfikuj w aktualnym wydaniu PN-EN 10083. Dane sprawdzone wobec wydań norm z 2019 (PN-EN 10083-3) i 2006 (PN-EN 10083-2).

Średnica miarodajna	Gatunek (W.Nr)	Typowa twardość rdzenia	Orientacyjna klasa Rm	Typowe zastosowanie
do 40 mm	C45 (1.0503)	200-250 HB	700-850 MPa	sworznie, tuleje, wałki pomocnicze
40-60 mm	C45 / 41Cr4 (1.7035)	220-260 HB	750-900 MPa	koła zębate, wałki napędów
60-100 mm	42CrMo4 (1.7225)	260-300 HB	900-1050 MPa	wały przekładni, tłoczyska, śruby 10.9
100-160 mm	42CrMo4H / 34CrNiMo6 (1.6582)	250-290 HB	850-1000 MPa	wały napędowe, wrzeciona ciężkie
powyżej 160 mm	34CrNiMo6H	240-280 HB	800-950 MPa	korbowody, elementy dźwignic, osie
dowolna, praca udarowa	34CrNiMo6 / 30HGSA	260-300 HB + KV	900-1100 MPa	konstrukcje dynamicznie obciążone

• Wartości twardości podano dla stanu ulepszonego mierzonego w rdzeniu próbki towarzyszącej.
• Klasy Rm wyliczono z zależności orientacyjnej Rm ≈ 3,3-3,5 × HB (PN-EN ISO 18265:2014-02) – traktuj je porównawczo.
• Dla przekrojów powyżej 100 mm domyślnie zamawiaj wersje z gwarantowaną hartownością (sufiks H).
• Przy hartowaniu w oleju zamiast wody przesuń granice średnic o mniej więcej jeden wiersz w dół.

Typowe błędy i alternatywy dla ulepszania

Cztery błędy powtarzają się w dokumentacji najczęściej: przewymiarowanie gatunku, hartowanie w wodzie elementu o złożonym kształcie, pomiar twardości wyłącznie na powierzchni i ulepszanie po obróbce wykańczającej. Każdy z nich kosztuje – albo w cenie materiału, albo w złomowanych sztukach.

Jakie błędy najczęściej popełnia się przy ulepszaniu?

• Przewymiarowany gatunek – 34CrNiMo6 na wałek 30 mm to czysty koszt; przy tym przekroju nawet C45 przehartuje się do rdzenia.
• Woda zamiast oleju – element z rowkami wpustowymi i ostrym przejściem średnic hartowany w wodzie pęka na karbie, często dopiero po odpuszczaniu.
• Pomiar tylko na powierzchni – daje fałszywy obraz i przechodzi przez odbiór, a wada ujawnia się dopiero na obiekcie.
• Ulepszanie po obróbce wykańczającej – odkształcenia cieplne rujnują tolerancje wymiarowe i bicie; kolejność jest zawsze odwrotna.
• Zamówienie stanu +A zamiast +QT – dostajesz materiał wyżarzony zmiękczająco i dowiadujesz się o tym przy pierwszym pomiarze twardości.
• Brak wersji H – zgodność składu chemicznego nie gwarantuje pasma hartowności przy dużych przekrojach.

Kiedy zamiast ulepszania wybrać nawęglanie, azotowanie lub hartowanie indukcyjne?

Wtedy, gdy dominuje zużycie powierzchniowe, a nie zmęczenie objętościowe. Ulepszanie kształtuje własności w całej objętości; jeśli potrzebujesz twardej warstwy na ciągliwym rdzeniu, są tańsze i skuteczniejsze drogi.

• Nawęglanie plus hartowanie (16MnCr5, 18CrNiMo7-6) – warstwa 0,5-1,5 mm o twardości 58-62 HRC, rdzeń ciągliwy; standard dla kół zębatych.
• Azotowanie (38HMF/31CrMoV9) – minimalne odkształcenia, twardość powierzchni powyżej 800 HV, temperatura procesu poniżej odpuszczania, więc rdzeń zachowuje własności z ulepszania.
• Hartowanie indukcyjne czopów wału z C45 lub 42CrMo4 – twarda bieżnia bez zmiany rdzenia, szybkie i tanie przy produkcji seryjnej.
• Ulepszanie plus indukcja – najczęstsza kombinacja przy wałach: objętościowo 260 HB, na czopach 50-55 HRC.

Treść ma charakter poradnikowy i podaje wartości orientacyjne. Dobór materiału do elementu odpowiedzialnego potwierdź z konstruktorem i technologiem obróbki cieplnej, a parametry procesu – z kartą materiałową wytwórcy.

Najczęściej zadawane pytania

Do jakiej średnicy wystarczy stal C45 do ulepszania?

Orientacyjnie do 40-60 mm przy chłodzeniu w wodzie i do około 25-30 mm w oleju. C45 jako stal niestopowa ma ograniczoną hartowność, więc przy większych średnicach rdzeń nie przehartowuje się i uzyskuje strukturę ferrytyczno-perlityczną o twardości znacznie niższej niż warstwa przypowierzchniowa. Granice zależą od wymaganego udziału martenzytu i geometrii elementu.

Czym różni się hartowność od twardości?

Twardość maksymalna zależy przede wszystkim od zawartości węgla, natomiast hartowność to zdolność do uzyskania martenzytu na określonej głębokości i zależy od pierwiastków stopowych – manganu, chromu, molibdenu, niklu i boru. Stal o wysokiej hartowności niekoniecznie osiąga wysoką twardość maksymalną. C45 i 42CrMo4 hartują się na podobne 57-59 HRC, ale na zupełnie różnej głębokości.

Kiedy wybrać 34CrNiMo6 zamiast 42CrMo4?

Przy przekrojach powyżej około 100 mm oraz tam, gdzie wymagana jest wysoka udarność przy dużej wytrzymałości – wały napędowe, korbowody, elementy dźwignic. Dodatek niklu poprawia hartowność i ciągliwość, zwłaszcza w obniżonych temperaturach. Gatunek jest wyraźnie droższy od 42CrMo4, więc przy mniejszych średnicach nie ma uzasadnienia ekonomicznego.

Co oznacza sufiks H w oznaczeniu 42CrMo4H?

Sufiks H wskazuje gatunek dostarczany z gwarantowanym pasmem hartowności, potwierdzonym próbą Jominy’ego wg PN-EN ISO 642. Przy elementach odpowiedzialnych i dużych przekrojach warto zamawiać właśnie wersję H, ponieważ daje przewidywalny rozkład twardości w rdzeniu, a nie tylko zgodność składu chemicznego z normą.

Jak przeliczyć twardość HB na wytrzymałość Rm?

Dla stali ulepszanych stosuje się przybliżenie Rm w MPa równe około 3,3-3,5 razy twardość HB – element o 280 HB odpowiada więc mniej więcej 920-980 MPa. Przeliczniki między skalami HB, HV i HRC zawiera PN-EN ISO 18265:2014-02. Są to wartości orientacyjne i nie zastępują statycznej próby rozciągania na próbce towarzyszącej.

Czym jest kruchość odpuszczania i jak jej uniknąć?

Kruchość pierwszego rodzaju występuje przy odpuszczaniu w okolicy 250-400 st. C, drugiego rodzaju przy powolnym chłodzeniu z zakresu około 450-550 st. C w stalach Cr-Ni i Cr-Mn. Unika się jej przez omijanie tych zakresów oraz przyspieszone chłodzenie po odpuszczaniu wysokim. Molibden, obecny w 42CrMo4, wyraźnie ogranicza kruchość drugiego rodzaju.

Co wpisać w zamówieniu, żeby dostać stal w stanie ulepszonym?

Podaj gatunek z symbolem stanu dostawy +QT (ulepszony cieplnie), zakres wymaganej twardości, wymiar wyrobu oraz żądanie dokumentu kontroli 3.1 wg PN-EN 10204. Stan +A oznacza wyżarzanie zmiękczające, a +N normalizowanie – to inne własności mechaniczne i inna cena. Przy dużych przekrojach dopisz wersję H.

Czy zamiast ulepszania można zastosować hartowanie indukcyjne?

Tak, gdy wymagana jest twardość powierzchniowa na czopach lub bieżniach, a rdzeń może pozostać ciągliwy. Typowym rozwiązaniem jest wał z C45 lub 42CrMo4 ulepszony objętościowo do 250-280 HB i dodatkowo hartowany indukcyjnie na czopach do 50-55 HRC. Wybór zależy od tego, czy dominuje zmęczenie objętościowe, czy zużycie powierzchniowe.

Jak często aktualizować dane z norm przy doborze materiału?

Wydania norm PN-EN 10083-1/-2/-3 oraz PN-EN ISO 642 sprawdzaj w katalogu PKN co najmniej raz w roku, a karty materiałowe dostawców – przy każdym nowym wsadzie. Tabele własności w przedziałach średnic bywają korygowane przy nowelizacjach, a różnica kilkudziesięciu megapaskali w Re potrafi zmienić wynik obliczeń zmęczeniowych.

Źródła i literatura

1. Polski Komitet Normalizacyjny (2019): PN-EN 10083-3:2019-11 Stale do obróbki cieplnej – Część 3: Stale stopowe do ulepszania cieplnego.
2. Polski Komitet Normalizacyjny (2006): PN-EN 10083-2:2006 Stale do obróbki cieplnej – Część 2: Stale niestopowe do ulepszania cieplnego.
3. Polski Komitet Normalizacyjny (2001): PN-EN ISO 642:2001 Stal – Próba hartowności metodą hartowania od czoła (próba Jominy’ego).
4. Polski Komitet Normalizacyjny (2014): PN-EN ISO 18265:2014-02 Materiały metalowe – Przeliczanie wartości twardości.
5. Polski Komitet Normalizacyjny (2014): PN-EN ISO 6506-1:2014-12 Metale – Pomiar twardości sposobem Brinella – Część 1: Metoda badania.
6. Polski Komitet Normalizacyjny (2006): PN-EN 10204:2006 Wyroby metalowe – Rodzaje dokumentów kontroli.
7. Karty materiałowe hut i dystrybutorów dla gatunków 1.0503, 1.7035, 1.7225 i 1.6582 – zakresy temperatur hartowania i odpuszczania weryfikuj u konkretnego dostawcy przed wydaniem dokumentacji technologicznej.