Stale do ulepszania cieplnego to grupa stali konstrukcyjnych stopowych, które dzięki odpowiedniemu procesowi obróbki (hartowanie i odpuszczanie) uzyskują korzystne połączenie wysokiej wytrzymałości mechanicznej, twardości oraz odpowiedniej plastyczności i udarności.
Są powszechnie stosowane w przemyśle maszynowym, motoryzacyjnym, lotniczym oraz zbrojeniowym.
Wśród nich szczególne miejsce zajmują gatunki według norm PN takie jak 30HGSA, 35HGSA, 12HN3A, 30H2N2M, 36HNM, 40H2MF, 40HNMA czy 45HNMF, które od lat uchodzą za fundament w produkcji elementów wysoko obciążonych. Zanim przejdziemy do opisu konkretnych odmian, sprawdźmy ogólne zalety i wady tej grupy stali.
Zalety stali do ulepszania cieplnego
- Wysoka wytrzymałość mechaniczna– stale te po hartowaniu i odpuszczaniu osiągają imponujące wartości granicy plastyczności i wytrzymałości na rozciąganie.
- Odporność na obciążenia dynamiczne i udarowe– dobrze radzą sobie w warunkach zmiennych obciążeń.
- Możliwość stosowania w dużych przekrojach– dzięki odpowiedniemu stopowaniu (Cr, Ni, Mo, V) uzyskują jednolitą strukturę hartowną nawet w masywnych elementach.
- Szeroki zakres zastosowań– od wałów, kół zębatych i osi, po elementy lotnicze czy zbrojeniowe.
- Możliwość dalszej obróbki– stal do ulepszania można obrabiać skrawaniem, kuć i spawać (choć wymaga to doświadczenia).
Wady stali do ulepszania cieplnego
- Konieczność precyzyjnej obróbki cieplnej– nieprawidłowe hartowanie lub odpuszczanie prowadzi do kruchości lub obniżenia parametrów.
- Koszt stopów– stale te zawierają dodatki stopowe (Ni, Mo, Cr), które zwiększają cenę w porównaniu z klasycznymi stalami węglowymi.
- Trudniejsza spawalność– wiele gatunków wymaga podgrzewania wstępnego i późniejszej obróbki cieplnej po spawaniu.
- Wrażliwość na przegrzanie– błędy w procesie cieplnym mogą prowadzić do pęknięć hartowniczych.
Charakterystyka wybranych gatunków
12HN3A – stal do ulepszania (1.5752, 15CrNi13, 14NiCr14)
- Opis: stal chromowo-niklowa o dobrej hartowności i dużej odporności na zmęczenie.
- Zastosowania: elementy silnie obciążone, wały, osie, części przekładni.
- Zalety: wysoka ciągliwość rdzenia, dobra odporność na pękanie.
- Wady: wymaga starannej obróbki cieplnej i kontroli temperatur.
30HGSA – stal do ulepszania (30ХГСА, 30ChGSA, 35HGSA)
- Opis: jedna z najpopularniejszych stali do ulepszania cieplnego, stosowana m.in. w lotnictwie i motoryzacji. Zawiera chrom, mangan i krzem.
- Właściwości:
- wysoka granica zmęczenia,
- dobra wytrzymałość w szerokim zakresie przekrojów,
- stabilne właściwości po hartowaniu i odpuszczaniu.
- Zastosowania: wały, dźwignie, części lotnicze, osie, koła zębate.
- Zalety: uniwersalność i szerokie zastosowanie przemysłowe, łatwość kucia.
- Wady: umiarkowana spawalność, konieczność dokładnej kontroli procesu cieplnego.
https://www.alfa-tech.com.pl/stale-konstrukcyjne-stopowe-stal-do-ulepszania-cieplnego-30hgsa/
30H2N2M – stal do ulepszania (1.6580, 30CrNiMo8)
- Opis: stal niklowo-chromowo-molibdenowa o bardzo dobrej hartowności.
- Właściwości: wysoka odporność na pękanie i duża udarność.
- Zastosowania: elementy silnie obciążone, części lotnicze i wojskowe, wały turbinowe.
- Zalety: duża stabilność wymiarowa po obróbce cieplnej.
- Wady: trudniejsza obróbka mechaniczna, wysoka cena stopu.
36HNM – stal do ulepszania (1.6511, AISI 4340, 36NiCrMo16, 1.6773)
- Opis: stal niklowo-chromowo-molibdenowa, znana z bardzo wysokiej wytrzymałości.
- Zastosowania: elementy silnie obciążone w lotnictwie, motoryzacji i energetyce.
- Zalety: wysoka odporność zmęczeniowa, stabilność struktury w dużych przekrojach.
- Wady: trudniejsza obróbka skrawaniem, ograniczona spawalność.
40H2MF – stal do ulepszania (40ХМФA, 40ChMFA, 40KHMFA)
- Opis: stal chromowo-molibdenowo-wanadowa o wysokiej hartowności.
- Zastosowania: części silnie obciążone w przemyśle zbrojeniowym i maszynowym.
- Zalety: bardzo dobre właściwości mechaniczne, odporność na zmęczenie.
- Wady: wymaga zaawansowanej obróbki cieplnej.
40HNMA – stal do ulepszania (1.6565, 40NiCrMo6, AISI 4340, 40CrNiMo7)
- Opis: stal niklowo-chromowo-molibdenowa, stosowana w elementach narażonych na największe obciążenia.
- Zastosowania: przemysł ciężki, lotniczy, wojskowy.
- Zalety: doskonała wytrzymałość, odporność na udary i pękanie.
- Wady: wysoka cena, trudna spawalność.
45HNMF / 45HNMFA – stal do ulepszania (45ХН2МФА, 45ХНМФА)
- Opis: stal niklowo-chromowo-molibdenowo-wanadowa o najwyższych parametrach mechanicznych.
- Zastosowania: części lotnicze, elementy silników, wały wysokiej klasy.
- Zalety: bardzo wysoka wytrzymałość zmęczeniowa, odporność na pełzanie.
- Wady: trudna dostępność, konieczność bardzo precyzyjnej obróbki cieplnej.
Którą stal do ulepszania wybrać?
- 30HGSA/ 35HGSA – uniwersalny wybór w motoryzacji i lotnictwie, stal do ulepszania o dużej dostępności i sprawdzonych właściwościach.
- 12HN3A– stal do ulepszania cieplnego o dobrej ciągliwości rdzenia, ceniona w przekładniach i osiach.
- 30H2N2M i 36HNM– gatunki dla najbardziej obciążonych elementów, często stosowane w przemyśle zbrojeniowym i lotniczym.
- 40H2MF, 40HNMA, 45HNMF– stale premium, wymagające i droższe, ale niezastąpione w elementach krytycznych, gdzie liczy się najwyższa niezawodność.
Stale do ulepszania cieplnego mają ogromne znaczenie dla przemysłu. Ich zalety – wysoka wytrzymałość, odporność na zmęczenie i uniwersalne zastosowanie – zdecydowanie przewyższają wady, choć wymagają one precyzyjnej obróbki cieplnej i fachowej wiedzy technologicznej.
