1.5 Varmebehandling av metaller

Grunnlag for varmebehandling

Varmebehandling er kontrollert oppvarming og avkjøling av metall for å endre eigenskapane deira utan å endre forma.

Kvifor varmebehandle?
- Auke hardleik og slitestyrke
- Auke styrke
- Betre seigleiken
- Fjerne indre spenningar
- Betre bearbeidbarleiken
- Endre kornstorleik

Fasediagrammet for jern-karbon:
Eigenskapane til stål er avhengige av fasar (krystallstrukturar):

Ferritt (α-jern)
- BCC-struktur (kubisk romsentrert)
- Mjukt og duktilt
- Magnetisk
- Stabil under 727°C

Austenitt (γ-jern)
- FCC-struktur (kubisk flatesentrert)
- Kan løyse meir karbon
- Ikkje magnetisk
- Stabil over 727°C

Martensitt
- Blir danna ved rask avkjøling frå austenitt
- Svært hardt og sprøtt
- Karakteristisk nålestruktur

Kritiske temperaturar:
- A1 (727°C): Austenitt-ferritt-transformasjon
- A3: Avhengig av karboninnhald

Herding av stål

Herding aukar hardleiken til stålet gjennom danning av martensitt.

Prosessen:
1. Oppvarming til austenitiseringstemperatur (50-80°C over A3)
2. Haldetid for gjennomvarming og karbonoppløysing
3. Bråkjøling (quenching) i vatn, olje eller luft

Herdbarleik:
Avhengig av karboninnhald:
- Under 0,3% C: Kan ikkje herdast nemneverdig
- 0,3-0,6% C: God herdbarleik
- Over 0,6% C: Svært god herdbarleik

Kjølemedium:
- Vatn: Raskast, hardast, størst risiko for sprekker
- Olje: Mildare, mindre risiko
- Luft: Mildast, for høglegerte stål

Problem ved herding:
- Sprekker (for rask kjøling)
- Vriding/deformasjon
- Bløte flekkar (ureine overflater)
- Oksidasjon (avkarbonisering)

Døme - Herding av meisel:
Ein meisel av C80-stål blir herda:
1. Varma til 790°C (raud farge)
2. Halden i 15 minutt
3. Bråkjølt i olje (roterer for jamn kjøling)
4. Hardleik: ca. 65 HRC

Meiselen er no for hard og sprø - må anløpast.

Anløping

Etter herding er stålet for sprøtt for praktisk bruk. Anløping reduserer sprøleiken ved å auke seigleiken.

Prosessen:
1. Varme opp til anløpingstemperatur (150-650°C)
2. Halde i 1-2 timar
3. Kjøle ned (vanlegvis i luft)

Anløpingsfargar:
Ved oppvarming blir det danna oksidlag med karakteristiske fargar:
- 220°C: Lysegul
- 230°C: Strågul
- 240°C: Gull
- 260°C: Brun
- 280°C: Purpur
- 300°C: Blå
- 350°C: Lysegrå

Anløpingstemperatur og eigenskapar:

3. Stoppe når spissen blir mørk gul (ca. 250°C)
4. Kjøle i vatn
5. Resultat: Hard spiss, seigare skaft

Normalisering og gløding

Normalisering:
Formål: Jamne ut kornstrukturen etter støyping, smiing eller sveising.

Prosess:
1. Varme til 30-50°C over A3
2. Halde kort
3. Kjøle i stilleståande luft

Resultat:
- Finkorna, jamn struktur
- Betra mekaniske eigenskapar
- Fjernar spenningar etter kaldbearbeiding

Mjukgløding:
Formål: Gjere materialet mjukt for bearbeiding.

Prosess:
1. Varme til rett under A1 (700-720°C)
2. Halde lenge (fleire timar)
3. Kjøle sakte (i omn)

Resultat: Mjukt, lett å maskinere

Spenningsavlastande gløding:
Formål: Fjerne indre spenningar utan å endre strukturen.

Prosess:
1. Varme til 550-650°C
2. Halde i 1-2 timar
3. Kjøle sakte

Bruk: Etter sveising, maskinering av store emne

Rekrystallisasjonsgløding:
Formål: Gjenopprette duktiliteten etter kaldbearbeiding.

Prosess:
1. Varme over rekrystallisasjonstemperaturen
2. Nye, spenningsfrie korn blir danna
3. Kjøle ned

Døme - Spenningsavlasting etter sveising:
Eit sveisa stålrammeverk blir spenningsavlasta:
1. Varma til 600°C (heile konstruksjonen)
2. Halden i 1 time per 25 mm tjukn
3. Kjølt sakte i omn (maks 50°C/time)

Resultat: Redusert risiko for sprekker og vriding.