1.5 Varmebehandling av metaller

Grunnlag for varmebehandling

Varmebehandling er kontrollert oppvarming og avkjøling av metaller for å endre deres egenskaper uten å endre formen.

Hvorfor varmebehandle?
- Øke hardhet og slitestyrke
- Øke styrke
- Forbedre seighet
- Fjerne indre spenninger
- Forbedre bearbeidbarhet
- Endre kornstørrelse

Fasediagrammet for jern-karbon:
Ståls egenskaper avhenger av faser (krystallstrukturer):

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

Austenitt (γ-jern)
- FCC-struktur (kubisk flatesentrert)
- Kan løse mer karbon
- Ikke magnetisk
- Stabil over 727°C

Martensitt
- Dannes ved rask avkjøling fra austenitt
- Meget hardt og sprøtt
- Karakteristisk nålestruktur

Kritiske temperaturer:
- A1 (727°C): Austenitt-ferritt transformasjon
- A3: Avhenger av karboninnhold

Herding av stål

Herding øker stålets hardhet gjennom dannelse av martensitt.

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

Herdbarhet:
Avhenger av karboninnhold:
- Under 0,3% C: Kan ikke herdes nevneverdig
- 0,3-0,6% C: God herdbarhet
- Over 0,6% C: Meget god herdbarhet

Kjølemedier:
- Vann: Raskest, hardest, størst risiko for sprekker
- Olje: Mildere, mindre risiko
- Luft: Milest, for høylegerte stål

Problemer ved herding:
- Sprekker (for rask kjøling)
- Vridning/deformasjon
- Bløte flekker (urene overflater)
- Oksidasjon (avkarbonisering)

Eksempel - Herding av meisel:
En meisel av C80 stål herdes:
1. Varmes til 790°C (rød farge)
2. Holdes i 15 minutter
3. Bråkjøles i olje (roteres for jevn kjøling)
4. Hardhet: ca. 65 HRC

Meiselen er nå for hard og sprø - må anløpes.

Anløping

Etter herding er stålet for sprøtt for praktisk bruk. Anløping reduserer sprøheten ved å øke seigheten.

Prosessen:
1. Varme opp til anløpingstemperatur (150-650°C)
2. Holde i 1-2 timer
3. Kjøle ned (vanligvis i luft)

Anløpingsfarger:
Ved oppvarming dannes oksidlag med karakteristiske farger:
- 220°C: Lysegul
- 230°C: Strågul
- 240°C: Gull
- 260°C: Brun
- 280°C: Purpur
- 300°C: Blå
- 350°C: Lysegrå

Anløpingstemperatur og egenskaper:

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

Normalisering og gløding

Normalisering:
Formål: Utjevne kornstruktur etter støping, smiing eller sveising.

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

Resultat:
- Finkornet, jevn struktur
- Forbedrede mekaniske egenskaper
- Fjerner spenninger etter kaldbearbeiding

Mykgløding:
Formål: Gjøre materialet mykt for bearbeiding.

Prosess:
1. Varme til rett under A1 (700-720°C)
2. Holde lenge (flere timer)
3. Kjøle sakte (i ovn)

Resultat: Mykt, lett å maskinere

Spenningsavlastende gløding:
Formål: Fjerne indre spenninger uten å endre struktur.

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

Bruk: Etter sveising, maskinering av store emner

Rekrystallisasjonsgløding:
Formål: Gjenopprette duktilitet etter kaldbearbeiding.

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

Eksempel - Spenningsavlastning etter sveising:
Et sveiset stålrammeverk spenningsavlastes:
1. Varmes til 600°C (hele konstruksjonen)
2. Holdes i 1 time per 25mm tykkelse
3. Kjøles sakte i ovn (max 50°C/time)

Resultat: Redusert risiko for sprekker og vridning.