Twardość stali narzędziowych

Twardość stali zależy od jej składu chemicznego i zastosowanej obróbki cieplnej. Spośród składników stali zasadniczy wpływ ma tu węgiel; pozostałe składniki odgrywają tylko niejako dodatkową rolę. Wpływ ich ujawnia się silniej lub słabiej, lecz tylko pośrednio, przez oddziaływanie na hartowność stali; zależy zatem od ich charakteru, rodzaju obróbki cieplnej, jakiej stal podlega, oraz od wielkości hartowanego przekroju.

Producenta narzędzi interesuje twardość stali w stanie dostawy, twardość po hartowaniu oraz twardość gotowego narzędzia, tj. po odpuszczeniu. Z zasady stale narzędziowe dostarcza się w stanie zmiękczonym, tj. po wyżarzaniu mającym na celu zwiększenie ich obrabialności przez zmniejszenie twardości. Jak widać, wyżarzanie zmiękczające daje rezultaty bardzo wyraźne i tym większe, im większa jest zawartość węgla. Dla stali stopowych, wobec ich różnorodności, wykresu takiego sporządzić nie można. W każdym razie twardości ich w jednym i drugim stanie są na ogół wyższe aniżeli twardości, jakie wykazują stale węglowe.

Twardość (mierzona w skali C Rockwella) wzrasta szybko do zawartości ok. 0,55% C; powyżej tej zawartości przyrost twardości jest coraz słabszy, a w sialach nadeutektoidalnych niemal zupełnie ustaje. Tłumaczy się to częściowo tym, że poczynając od ok. 0,6% C występuje w martenzycie miękki austenit szczątkowy, którego ilość zwiększa się ze wzrostem zawartości węgla, częściowo zaś tym, że w stalach zawierających więcej niż ok. 0,8% C zawartość węgla w martenzycie jest mniej więcej jednakowa, ponieważ wszystkie te stale hartuje się przy tej samej temperaturze. Stosowanie stali o zawartościach węgla dochodzących do 1,35% nie jest zatem uzasadnione ich specjalnie dużą twardością, lecz tym, że ze wzrostem zawartości węgla w stali, wzrasta jej odporność na ścieranie.

Ewentualne próby zwiększenia twardości stali czy to przez podwyższenie temperatury hartowania, czy za pomocą dodatków stopowych, skazane są na niepowodzenie. Wzrost temperatury hartowania stali węglowych ponad obszar zwiększyłby wprawdzie ilość węgla w martenzycie, równocześnie jednak spowodowałby przyrost ilości austenitu szczątkowego, co wobec małej jego twardości wywołałoby wyraźny spadek twardości stali.

Podobnie ma się sprawa z dodatkami stopowymi. Większość dodatków stopowych obniża temperaturę początku przemiany martenzytycznej, a tym samym sprzyja pozostawaniu większych ilości nierozłożonego austenitu po hartowaniu. Zgodnie z tym obserwuje się często że stałe stopowe wykazują w stanie hartowanym mniejszą twardość niż stale węglowe o tej samej zawartości węgla. Odnosi się to zwłaszcza do stali zawierających chrom, mangan i nikiel.