Grunderna i värmebehandling av stål och gjutjärn
Innehållsförteckning
Värmebehandling är en uppsättning aktiviteter som syftar till att förändra strukturen hos en legering i fast tillstånd, för att därigenom uppnå önskade mekaniska, fysikaliska eller kemiska egenskaper. I praktiken innebär detta inte att inte ”förbättrar” metallen genom att bara värma upp den, utan genom att säkerställa att en korrekt planerad temperaturkurva över tid utlöser strukturella förändringar: bildandet av nya faser, sönderdelning av instabila faser, förändringar i kornstorlek, samt separering av karbider eller borttagning av inre spänningar. Värmebehandling omfattar både enkla processer som innefattar uppvärmning och kylning samt mer komplexa processer i kombination med kemisk interaktion med omgivningen, plastisk deformation eller ett magnetfält.
Vikten av värmebehandling är särskilt tydlig när det gäller stål och gjutjärn. Järn är ett vanligt, billigt och lättbearbetat basmaterial, men det är möjligheten att kontrollera dess struktur som gör att stål har så många olika användningsområden. Förekomsten av allotropa varianter av järn spelar en viktig roll här: olika varianter av kristallstruktur är stabila vid olika temperaturer, vilket gör det möjligt att producera och ”frysa” olika mikrostrukturer beroende på hur snabbt vi kyler materialet och om vi utför ytterligare glödgning. Det är anledningen till att stål kan användas som material för fjädrar, skärverktyg, maskinkomponenter och bärande konstruktioner och skillnaderna i beteende beror inte så mycket på ”sammansättningen i sig” som på mikrostrukturen som erhålls under värmebehandlingen.
Den moderna industrin ställer allt högre krav på material, vilket driver på utvecklingen av värmebehandlingsmetoder och bättre kvalitetskontroll. Även små fel – för hög anlöpningstemperatur, för kort uppvärmningstid, otillräcklig kylning – kan orsaka oönskade strukturer (till exempel för grov kornstruktur) och därmed försämra produktens funktionella egenskaper. Värmebehandling är därför inte ett ”tillägg” till tillverkningstekniken, utan ett av dess kritiska steg.
Förhållandet mellan fasjämviktsystem och värmebehandling
Fasjämviktsystem beskriver vilka faser som är stabila under givna temperatur- och sammansättningsförhållanden, men de gör det under antagandet att omvandlingarna sker mycket långsamt, det vill säga att tiden inte begränsar diffusionen och att systemet har en chans att nå jämvikt. Av denna anledning tar jämviktsdiagrammet i sig inte hänsyn till effekten av uppvärmnings- och kylningshastigheter. Ändå utgör jämviktsystem grunden för planeringen av värmebehandling, eftersom de anger vilka omvandlingar som är möjliga och inom vilka temperaturområden de kan förväntas.
Denna distinktion är mycket praktisk. Om en legering inte uppvisar omvandlingar i fast tillstånd (det finns inga områden i diagrammet där en annan fas eller blandning av faser förekommer i fast tillstånd), är en sådan legering i princip inte värmebehandlingsbar i klassisk mening, eftersom den saknar en ”mekanism” för att ändra sin struktur. Situationen är annorlunda i system där lösligheten för en komponent i fast tillstånd beror på temperaturen. I detta fall är det möjligt att erhålla en övermättad lösning genom snabb kylning från en temperatur där lösligheten är hög och sedan tvinga fram utfällning under återuppvärmning. Detta förfarande leder till en avsiktlig förändring av struktur och egenskaper.
Ytterligare en situation uppstår i legeringar som genomgår allotropiska omvandlingar i fast tillstånd: vid höga temperaturer är en fas stabil (till exempel en fast lösning med ett annat gitter), och efter att kritiska temperaturer överskridits tenderar systemet att bilda en blandning av andra faser. Då är hastigheten med vilken vi passerar omvandlingsområdet av grundläggande betydelse, eftersom diffusionen håller jämna steg vid långsam kylning och jämviktsstrukturer bildas, medan icke-jämviktsstrukturer som martensit är möjliga vid snabb kylning.
För stål är den viktigaste delen av jämviktsystemet järn–cementit (Fe–Fe₃C) upp till cirka 2,11 % kol, vilket är det intervall som är relevant för stål. Detta är vad som ger mening åt austenitisering (upphettning till austenitområdet) och det faktum att austenit under kylning kan omvandlas till olika strukturer beroende på kylningshastigheten. Jämviktsystemet talar om för oss ”vad som är möjligt” och ”var de kritiska temperaturerna ligger”, medan omvandlingarnas kinetik (tid och kylning) avgör ”vad vi faktiskt får”.
Uppvärmning, genomvärmning och kylning
Varje värmebehandlingsprocess kan betraktas som ett scenario med temperaturförändringar över tid, där tre huvudfaser kan urskiljas: uppvärmning, genomvärmning och kylning. Uppvärmning innebär att temperaturen höjs till det värde som anges för en given process. Ofta används gradvis uppvärmning: först uppvärmning till en lägre temperatur och först därefter vidare uppvärmning till rätt temperatur. Denna uppdelning är inte artificiell – den är tekniskt betydelsefull eftersom den begränsar temperaturgradienterna över elementets tvärsnitt och minskar risken för sprickor eller överdriven belastning.
Åldring innebär att temperaturen hålls på målnivån under den tid som behövs för att temperaturen ska jämnas ut över hela tvärsnittet och för att de avsedda förändringarna ska ske. I praktiken har glödgning ett dubbelt syfte: å ena sidan måste elementet ”nå” temperaturen termiskt (annars kommer ytan och kärnan att befinna sig i olika tillstånd), och å andra sidan kräver många omvandlingar – särskilt diffusion – tid för att homogenisera faskompositionen eller lösa upp vissa komponenter (till exempel karbider).
Kylning är sänkningen av temperaturen till omgivningstemperatur eller till ett specifikt mellanvärde. Långsam kylning, till exempel i en ugn eller i stillastående luft, kallas glödgning, medan snabb kylning i vatten eller olja kallas härdning. Gradvis kylning är också vanligt, där underkylning till en temperatur som är högre än sluttemperaturen och överkylning till sluttemperaturen förekommer. Denna kontrollmetod är ibland nödvändig när vi vill passera vissa temperaturområden långsammare (för att möjliggöra diffusion) eller snabbare (för att undvika perlitiska diffusionstransformationer och erhålla martensit).
Eftersom värmebehandlingens essens är förhållandet mellan temperatur och tid, beskrivs den av kurvan t = f(τ). I praktiken talar vi om genomsnittliga uppvärmnings- och kylningshastigheter, men den faktiska momentana hastigheten är lika viktig, eftersom den avgör hur snabbt vi passerar kritiska temperaturområden. Av denna anledning kan två processer med ”liknande totala tider” ge olika resultat om de skiljer sig åt i kylningsprocessen inom kritiska intervall.
Klassificering av värmebehandling
Indelningen av värmebehandling är inte rent ”encyklopedisk” – den är ett resultat av de verktyg vi använder för att ändra egenskaper. Vid konventionell värmebehandling uppnås de önskade egenskaperna genom att ändra strukturen utan att ändra den kemiska sammansättningen. Detta inkluderar klassiska processer som glödgning, härdning och anlöpning, men också övermättnad och åldring, där mekanismen innebär att man uppnår en övermättad lösning och därefter utfällning.
Vid kemisk värmebehandling används, förutom temperatur, en kemisk miljö för att mätta ytan med element som kol eller kväve. Resultatet blir en förändring i ytskiktets sammansättning och därmed en förändring i struktur och egenskaper, särskilt slitstyrka och utmattningshållfasthet. Detta är en viktig skillnad: vid vanlig värmebehandling ”bearbetar” vi det som redan finns i legeringen, medan vi vid termokemisk behandling dessutom tillför en komponent.
Termoplastisk behandling kombinerar däremot temperatur med plastisk deformation, vilket gör det möjligt att påverka strukturen på ett mer komplext sätt, till exempel genom kornförfining och mekanisk förstärkning. Termomagnetisk behandling använder ett magnetfält för att uppnå specifika fysikaliska egenskaper. När det gäller stål och grunderna för värmebehandling ligger fokus dock fortfarande på konventionell värmebehandling, eftersom den är direkt relaterad till omvandlingen av austenit och dess sönderdelningsprodukter.
Förändringar under uppvärmning
Vid värmebehandling av stål är uppvärmningsfasen inte begränsad till att ”värma upp elementet”. Syftet är att uppnå en austenitisk struktur, eftersom austenit är utgångspunkten för många efterföljande strukturer efter kylning. Efter att den kritiska temperaturen A₁ (cirka 727 °C) har uppnåtts sker en grundläggande omvandling: perlit omvandlas till austenit. Den efterföljande uppvärmningsprocessen beror på om stålet är hypoeutektoid, eutektoid eller hypereutektoid. I hypoeutektoida stål omvandlas, efter bildandet av austenit från perlit, även den återstående ferriten till austenit när uppvärmningen fortsätter, och processen avslutas vid Ac₃-temperaturen. I hypereutektoida stål löses sekundär cementit upp i austenit efter omvandlingen av perlit till austenit, och processen fortsätter upp till Ac_cm-temperaturen. I båda fallen är målet att få så homogen austenit som möjligt.
Omvandlingen av perlit till austenit har i sig en tydlig ”intern” processstruktur. Den börjar med bildandet av austenitkärnor vid gränserna mellan ferrit och cementit, varefter kärnorna växer och fyller perliten. Samtidigt löses cementiten upp i austeniten. Det är viktigt att notera att den allotropa omvandlingen av järn sker snabbare än den fullständiga upplösningen av karbider, så vid någon tidpunkt kan vi ha austenit som fortfarande innehåller karbidrester och som också är kemiskt heterogen. Först med tiden sker homogenisering genom koldiffusion. Som ett resultat av detta skiljer materialet mellan olika stadier: bildandet av heterogen austenit, upplösningen av karbidrester och först därefter fullständig homogenisering.
Uppvärmningshastigheten är också av stor betydelse. Under mycket långsamma uppvärmningsförhållanden börjar omvandlingen vid cirka 727 °C, men vid snabbare uppvärmning skiftar den till högre temperaturer. Detta innebär att det i praktiken inte räcker med att känna till de ”läroboksmässiga” kritiska temperaturerna – man måste ta hänsyn till att det faktiska omvandlingsintervallet beror på kinetiken och den initiala mikrostrukturen. Hastigheten för austenitisering påverkas också av dispersionen av perlit och formen av cementit, samt stålets kemiska sammansättning, inklusive legeringsadditiv.
Kornstorlek i stål
I stål skiljer man mellan primärkorn (efter stelning) och sekundärkorn, det vill säga det faktiska kornet – det sista austenitkornet som bildas till följd av värme- och plastbehandling. Detta faktiska korn är avgörande för egenskaperna, särskilt slaghållfastheten. Ett material med en grovkornig struktur efter kylning tenderar att vara sprött och ha låg slaghållfasthet, varför tekniken syftar till att erhålla fina austenitkorn och sedan ”överföra” denna fina kornstorlek till strukturen efter kylning.
Mekanismen för kornförändringar under upphettning är värd att notera. Omvandlingen av perlit till austenit i sig främjar fragmentering, men ytterligare glödgning vid höga temperaturer orsakar austenitkornväxt, eftersom metallen tenderar att minska energin i korngränserna. Ju högre upphettningstemperatur och ju längre glödgningstid, desto större blir kornväxten. Detta förklarar varför ”för varmt och för länge” kan vara destruktivt: även om vi får fullständig austenit kan den bli grovkornig, vilket försämrar brottmotståndet.
I detta sammanhang uppstår begreppet överhettning, det vill säga austenitkornens tendens att växa under påverkan av temperatur och tid. I praktiken hänvisas till finkorniga och grovkorniga stål inte i termer av ”vilken kornstruktur de råkar ha”, utan i termer av ”hur lätt den kornstrukturen växer under austenitisering”. Nominellt finkornigt stål kan ha en grov kornstruktur om det har överhettats; omvänt kan stål med större tendens att växa producera en fin kornstruktur vid rätt temperatur. Detta är viktigt eftersom det lär oss att vara försiktiga: stålets namn befriar dig inte från att kontrollera temperatur och tid.
Materialet visar också på betydelsen av tillsatser som aluminium, som kan hämma kornväxten genom att bilda oxider eller nitrider. Ur teknisk synvinkel innebär detta större processtolerans: stål som är mindre känsliga för överhettning har ett bredare säkert härdningsintervall och en lägre risk för försämrad slaghållfasthet på grund av oavsiktlig överhettning.
Austenit omvandlingskinetik
Efter austenitisering är den viktigaste frågan: vad händer med austenit under kylningen? Under 727 °C blir austenit en instabil fas och tenderar att omvandlas till strukturer med lägre fri energi, såsom perlit. Omvandlingens förlopp beror dock på två motstridiga faktorer. Å ena sidan ökar större underkylning den termodynamiska ”drivkraften” för omvandlingen, medan å andra sidan sänkning av temperaturen bromsar diffusionen, utan vilken perlitiska omvandlingar inte kan ske effektivt. Som ett resultat ökar omvandlingshastigheten till ett visst maximum (cirka 550 °C) och minskar sedan med ytterligare temperaturfall, ner till ett intervall där diffusionen praktiskt taget är ”frusen” och icke-diffusiva omvandlingar sker.
För att beskriva detta kvantitativt och tydligt används austenitomvandlingsdiagram. Under isotermiska förhållanden, när austenit snabbt kyls ned till en konstant temperatur och förblir där, observeras en karakteristisk period under vilken ingenting händer – detta är inkubationsperioden (austenitstabilitet). Först efter denna period börjar omvandlingen och fortsätter till dess att den är fullbordad. Om vi utför sådana experiment för olika temperaturer och plottar omvandlingens start- och sluttider, får vi ett CTPi-diagram (tid-temperatur-isotermisk omvandling) med C-formade kurvor. Avståndet mellan start- och slutkurvorna anger omvandlingshastigheten inom ett givet temperaturintervall.
Isotermiska diagram gör det möjligt för oss att urskilja tre huvudsakliga intervall: vid temperaturer nära A₁ sker en perlitisk omvandling med hög austenitstabilitet; i det mellersta temperaturintervallet (cirka 550–200 °C) uppträder bainit; och under Ms-linjen försvinner diffusionskurvorna eftersom en martensitisk omvandling med en annan mekanism inleds. Denna bild är grundläggande eftersom den visar att ”austenit” inte är en enda omvandlingsväg – det är en utgångspunkt från vilken olika strukturer kan uppnås beroende på kylningsvägen.
Perlitisk omvandling
Perlitisk omvandling är en diffusionsprocess. Den börjar vanligtvis med att cementitkärnor uppträder vid gränserna mellan austenitkornen, varefter cementiten, tack vare koldiffusion, växer till plattor och den koldioxidsnåla austeniten omvandlas till ferrit. Upprepningen av denna mekanism leder till bildandet av alternerande band av ferrit och cementit, dvs. en perlitstruktur. Flera perlitiska kolonier bildas vanligtvis i ett enda austenitkorn, och deras geometri och finhet beror på omvandlingstemperaturen.
En viktig konsekvens av kinetiken är att när underkylningen ökar, ökar antalet kärnor och hastigheten för kristallisationen av omvandlingsprodukterna, men samtidigt minskar möjligheten till långväga diffusion. Som ett resultat bildas perlit med ett allt mindre avstånd mellan plattorna – från grovkornig perlit vid temperaturer nära A₁ till mycket fin perlit vid lägre omvandlingstemperaturer. Denna förändring i mikrostrukturen har en direkt inverkan på egenskaperna: ju finare perlit, desto högre hårdhet och hållfasthet, men vanligtvis på bekostnad av plasticitet. Materialet indikerar att perlit som bildas vid cirka 700 °C kan ha en hårdhet på ~220 HB, medan vid cirka 500 °C bildas mycket fin perlit med betydligt högre hårdhet.
För hypoeutektoida och hypereutektoida stål är det viktigt att ferrit (hypoeutektoid) eller sekundär cementit (hypereutektoid) under vissa förhållanden kan utsöndras före den perlitiska omvandlingen. Men när underkylningen ökar kan detta stadium försvinna och omvandlingen kan fortskrida mer ”direkt”, vilket är förknippat med den observerade breddningen av de intervall inom vilka perlitiska strukturer bildas utan ett tydligt ferrit- eller cementitnätverk.
Martensitisk omvandling
Under Ms-temperaturen sker omvandlingen av austenit på ett helt annat sätt, eftersom koldiffusionen praktiskt taget hämmas. I detta fall bildas inga produkter som kräver separation av kol till ferrit och cementit, utan det sker en icke-diffusiv omstrukturering av järnkristallgittret. Austenit omvandlas till martensit utan att det genomsnittliga kolinnehållet i den fasta lösningen förändras, vilket innebär att martensit är en övermättad lösning av kol i α-järn. Denna övermättnad förvränger gittret till en tetragonal form, och det är denna förvrängning som är ansvarig för martensitens mycket höga hårdhet, men också för dess sprödhet.
En viktig, ofta förbisedd konsekvens av martensitisk omvandling är volymförändring. Av produkterna från austenitomvandlingen har martensit den högsta specifika volymen. I praktiken innebär detta att härdning medför risk för betydande spänningar, deformationer och till och med sprickor, särskilt i komponenter med komplex geometri. Materialet hänvisar till dilatometriska observationer, som visar karakteristiska volymförändringar i samband med omvandlingar under uppvärmning och kylning.
Martensit bildas utan inkubationstid: när Ms överskrids börjar omvandlingen omedelbart, och ökningen av mängden martensit sker genom bildandet av nya plattor (nålar) snarare än genom tillväxt av befintliga. Det är också mycket viktigt att omvandlingen avslutas vid Mf-temperaturen, men trots detta kan en del austenit förbli omvandlad som remanent austenit. Dess mängd beror i hög grad på kolhalten – vid högre kolhalter ökar andelen remanent austenit efter härdning, vilket påverkar hårdheten och dimensionsstabiliteten.
Bainitisk omvandling
I det mellanliggande temperaturområdet (för kolstål, ungefär mellan 550 °C och 200 °C) sker en bainitisk omvandling, som kombinerar egenskaperna hos diffusiva och icke-diffusiva omvandlingar. Vid dessa temperaturer är koldiffusionen i austenit redan mycket låg, men inte noll. Kolmättade ferritplattor bildas från austenit, och eftersom koldiffusionen i ferrit är större än i austenit frigörs karbider (cementit) från den mättade ferriten. Som ett resultat är bainit en blandning av ferrit och karbider, vars fragmentering ökar när omvandlingstemperaturen sjunker.
Man skiljer mellan övre bainit (bildas vid högre temperaturer i detta intervall) och nedre bainit (vid lägre temperaturer), som skiljer sig åt i morfologi och hårdhet. Materialet ger ungefärliga värden som indikerar att övre bainit kan ha en hårdhet på cirka 45 HRC och nedre bainit cirka 55 HRC, vilket visar dess ”position” mellan typisk perlit och martensit. Dessutom anges att i kolstål kan de perlitiska och bainitiska intervallen delvis överlappa varandra, vilket leder till blandade strukturer.
Austenitomvandling under kontinuerlig kylning
Även om isotermiska diagram är mycket informativa, sker de flesta faktiska tekniska processer under kontinuerlig kylning snarare än isotermisk kylning. Därför konstrueras CTPc-diagram (tid-temperatur-omvandling för kontinuerlig kylning), som tar hänsyn till att temperaturen sjunker över tid och att materialet ”korsar” olika omvandlingsintervall. Sådana diagram är särskilt användbara eftersom de möjliggör direkt jämförelse av kylningskurvor med omvandlingslinjer och förutsäger vilken struktur som kommer att bildas i en specifik process.
Vid mycket långsam kylning liknar omvandlingarna jämviktsomvandlingar: i hypoeutektoida stål utsöndras först ferrit (från Ar₃) och sedan sker en perlitisk omvandling i Ar₁. När kylningshastigheten ökar sjunker omvandlingstemperaturerna och vissa stadier kan försvinna, till exempel kan den tidigare utfällningen av ferrit före perlit gradvis försvinna, vilket leder till en mer homogen perlitisk struktur. En ytterligare ökning av kylningshastigheten förskjuter systemet mot bainit, och vid ännu högre hastigheter uppträder bainit-martensitstrukturer, tills det slutligen, vid en tillräckligt hög hastighet, är möjligt att erhålla nästan uteslutande martensit.
Det är här begreppet kritisk kylningshastighet kommer in – den lägsta hastighet vid vilken en homogen martensitisk struktur uppnås (naturligtvis med viss rest austenit). Detta begrepp är praktiskt: det talar om för oss om en given komponent kan härdas ”genomgående” i ett givet kylmedium och med givna dimensioner. CTPc-diagram, särskilt när de innehåller kylkurvor och motsvarande hårdhetsvärden, gör det möjligt för oss att direkt avläsa vilken andel av faserna (till exempel ferrit, bainit, martensit) vi kommer att erhålla för en specifik kylningsprocess.
Anlöpning
Martensit är en instabil fas, och härdat stål, även om det är mycket hårt, kan vara för sprött och fullt av inre spänningar. Anlöpning är därför en process som använder kontrollerad uppvärmning av härdat stål till högre temperaturer för att initiera förändringar i martensit. Det viktiga är att anlöpning inte är ett enda fenomen, utan en sekvens av temperaturberoende steg. Materialet skiljer mellan fyra huvudsakliga steg, som skiljer sig åt i termer av vilka karbider som utsöndras, hur kolhalten i martensit förändras och när de återstående austenitförändringarna inträffar.
Vid låga anlöpningstemperaturer (cirka 80–200 °C) inträffar det första steget, som innebär utfällning av ε-karbid. Detta kan till och med tillfälligt öka hårdheten hos högkolstål, vilket är en viktig, kontraintuitiv observation: anlöpning innebär inte alltid mjukning från första minuten. Sedan, i intervallet cirka 200–300 °C, sker ytterligare utfällning av ε-karbid och diffusionstransformation av kvarvarande austenit till en bainitisk struktur. I intervallet ca 300–400 °C omvandlas ε-karbid till cementit, och ett tillstånd närmare jämvikt uppnås; härdad martensit bildas då. Vid högre temperaturer (ca 400–650 °C) koagulerar cementit, spänningar avlägsnas och en struktur som kallas sorbit bildas, vilket ger en mer fördelaktig kompromiss mellan egenskaperna.
Ur teknisk synvinkel är syftet med anlöpning att plastiskheten och slaghållfastheten ökar när hårdheten minskar. Materialet betonar att optimala mekaniska egenskaper ofta uppnås vid anlöpning i intervallet cirka 600–650 °C, och att plastiskheten inte ökar lika markant vid högre temperaturer. Dessutom är det viktigt att skilja mellan strukturer med liknande hårdhet men olika cementitmorfologi: fin perlit och strukturen efter martensitglödgning kan se liknande ut och ha liknande hårdhet, men de skiljer sig åt i form av karbider och därmed i vissa egenskaper, till exempel sträckgräns eller halsning.
Effekten av värmebehandling på stålets egenskaper
Härdning leder till bildandet av martensit och därmed till hög hårdhet, vars ökning är relaterad till ökningen av kolhalten. Materialet visar att upp till en viss kolhalt (cirka 0,7 %) är ökningen av martensithårdheten särskilt stark, och därefter blir ökningen mindre. Samtidigt kan det i hypereutektoida stål som härdats från mycket höga temperaturer förekomma en högre andel kvarvarande austenit, vilket kan förändra stålets observerade hårdhet och beteende.
Anlöpning förändrar denna bild: låga temperaturer kan ge mindre förstärkningseffekter i högkolstål, men i allmänhet leder en ökning av anlöpningstemperaturen till en minskning av hårdhet och hållfasthet och en ökning av plasticitet och slaghållfasthet. Det är viktigt att notera att detta inte är en fråga om ”temperaturens magiska effekt”, utan om mycket specifika omvandlingar: utfällning av karbider från martensit, en minskning av tetragonal struktur, omvandling av karbider till cementit och deras koagulering. Det är mikrostrukturen – mer specifikt formen och fördelningen av karbider och tillståndet hos den fasta lösningen – som är ansvarig för de observerade egenskaperna.
En jämförelse mellan perlitiska strukturer och strukturer som erhållits genom härdning av martensit är särskilt lärorik. Även om de kan ha liknande hårdhet och ett liknande ”allmänt” utseende, har cementit i perlit en randig form, medan det i strukturer efter martensithärdning oftare har en mer kornig (globulär) form. Materialet påpekar att vid samma hårdhet kan draghållfasthet och töjning vara likartade, men sträckgränsen och areaförminskningen är ibland mer fördelaktiga för strukturer efter anlöpning. Detta förklarar varför värmebehandling (härdning + anlöpning) är så populärt: det ger en uppsättning egenskaper som är svåra att uppnå genom att endast kyla till perlit.
Grunderna i värmebehandling av stål och gjutjärn – sammanfattning
Den teoretiska grunden för värmebehandling av stål kan sammanfattas med att processen styrs av omvandlingen av austenit. Fe–Fe₃C-jämviktsystemet anger de kritiska fas- och temperaturområdena, och kinetiken visar vilka omvandlingar som kommer att ske vid en given kylningshastighet. CTPi- och CTPc-diagrammen visar var austenit är stabilt, var det bryts ned till perlit eller bainit och var det omvandlas till martensit utan diffusion. Anlöpning å andra sidan organiserar det härdade tillståndet: det avlägsnar spänningar och förändrar karbiders form, vilket leder till de funktionella egenskaper som behövs i praktiken.
I den meningen är värmebehandling inte en uppsättning ”recept”, utan en logisk följd av sambandet: temperatur + tid + kylningshastighet → mikrostruktur → egenskaper. Ju bättre vi förstår detta samband, desto säkrare kan vi välja tekniska parametrar, minimera risken för defekter och medvetet forma materialet så att det uppfyller konstruktionskraven.
