Hvilke faktorer påvirker hårdheden af kulstofstål?
Hårdheden af kulstofstål kan påvirkes af en række forskellige faktorer, herunder kulstofkontakt, mængden og typen af andre elementer i legeringen og de specifikke processer, der bruges til at skabe stålet. Stål med lavt kulstofindhold, der indeholder mellem 0,05 og 0,25% kulstof, er typisk den blødeste sort, skønt det kan hærdes gennem en proces, der kaldes karburering. Ultrahøjt kulstofstål, der kan bestå af op til 2% kulstof, er typisk den hårdeste type, skønt den endelige hårdhed af hvert produkt også bestemmes af forskellige varmebehandlingsprocesser. Quenching-processer kan øge hårdheden af kulstofstål med en faktor på cirka fire, selvom efterfølgende temperering typisk sænker hårdheden.
Kulstål er en legering, der primært består af jern og kulstof. Andre elementer kan også være til stede, typisk i meget små mængder. Der er et par forskellige definitioner af, hvad der præcist udgør kulstofstål, skønt elementer som silicium og kobber typisk tegner sig for mindre end 0,6% af forskellige legeringer. Nogle carbonstållegeringer kan også have op til 1,6% af elementerne, såsom mangan. Da der er et antal forskellige legeringer, som alle almindeligt benævnes kulstofstål, har hver type en tendens til at have en anden hårdhed.
Den primære faktor, der påvirker hårdheden af kulstofstål, er mængden af kulstof, der er til stede i legeringen. Stål med lavt kulstofindhold har tendens til at være det blødeste, mens ultrahøjt kulstofstål kan være ret hårdt og sprødt. Det er også muligt at ændre de fysiske egenskaber ved kulstofstål gennem forskellige behandlinger, enten for at øge eller reducere hårdheden.
Selvom stål med lavt kulstofindhold er relativt blødt, kan en proces, der kaldes karburisering, få det til at blive sværere. Denne varmebehandlingsproces får faktisk legeringen til at absorbere yderligere kulstof fra faste, flydende og gasformige kilder, såsom kul og kulilte. Carbonet absorberes typisk kun i overfladen af metallet, hvilket resulterer i et hærdet ydre lag og en blødere, duktil kerne.
Kulstål med højt indhold har en tendens til at være meget svære til at begynde med, men slukningsprocesser kan gøre dem endnu sværere. Hvis en kulstofstållegering imidlertid er for hård, vil den typisk også være ret sprød. Nogle usædvanligt hårde legeringer udsættes faktisk for slukke- og tempereringsprocesser, der kan reducere hårdheden i kulstofstål og øge duktiliteten. Andre processer, såsom udglødning, kan også effektivt øge duktiliteten og mindske den samlede hårdhed af kulstofstål.