Welche Faktoren beeinflussen die Härte von Kohlenstoffstahl?
Die Härte von Kohlenstoffstahl kann durch eine Reihe verschiedener Faktoren beeinflusst werden, einschließlich des Kohlenstoffkontakts, der Menge und des Typs anderer Elemente in der Legierung und der spezifischen Prozesse, die zur Herstellung des Stahls verwendet werden. Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, der zwischen 0,05 und 0,25% Kohlenstoff enthält, ist typischerweise die weichste Sorte, obwohl er durch ein als Aufkohlen bekanntes Verfahren gehärtet werden kann. Ultrakohlenstoffstahl, der aus bis zu 2% Kohlenstoff bestehen kann, ist typischerweise der härteste Typ, obwohl die Endhärte jedes Produkts auch durch verschiedene Wärmebehandlungsverfahren bestimmt wird. Abschreckprozesse können die Härte von Kohlenstoffstahl um einen Faktor von etwa vier erhöhen, obwohl ein anschließendes Tempern die Härte typischerweise senkt.
Kohlenstoffstahl ist eine Legierung, die hauptsächlich aus Eisen und Kohlenstoff besteht. Andere Elemente können ebenfalls vorhanden sein, typischerweise in sehr kleinen Mengen. Es gibt einige unterschiedliche Definitionen dessen, was Kohlenstoffstahl genau ausmacht, obwohl Elemente wie Silizium und Kupfer typischerweise weniger als 0,6% der verschiedenen Legierungen ausmachen. Einige Kohlenstoffstahllegierungen können auch bis zu 1,6% Elemente wie Mangan enthalten. Da es eine Reihe verschiedener Legierungen gibt, die allgemein als Kohlenstoffstahl bezeichnet werden, neigt jeder Typ dazu, eine unterschiedliche Härte aufzuweisen.
Der Hauptfaktor, der die Härte von Kohlenstoffstahl beeinflusst, ist die Menge an Kohlenstoff, die in der Legierung vorhanden ist. Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt sind in der Regel am weichsten, während Stähle mit extrem hohem Kohlenstoffgehalt ziemlich hart und spröde sein können. Es ist auch möglich, die physikalischen Eigenschaften von Kohlenstoffstahl durch verschiedene Behandlungen zu ändern, um die Härte zu erhöhen oder zu verringern.
Obwohl kohlenstoffarmer Stahl relativ weich ist, kann ein als Aufkohlung bezeichneter Prozess dazu führen, dass er härter wird. Dieser Wärmebehandlungsprozess bewirkt tatsächlich, dass die Legierung zusätzlichen Kohlenstoff aus festen, flüssigen und gasförmigen Quellen wie Holzkohle und Kohlenmonoxid absorbiert. Der Kohlenstoff wird typischerweise nur in der Oberfläche des Metalls absorbiert, was zu einer einsatzgehärteten Außenschicht und einem weicheren, duktilen Kern führt.
Kohlenstoffstähle mit hohem Gehalt sind in der Regel anfangs sehr schwierig, aber Abschreckprozesse können sie noch schwieriger machen. Wenn eine Kohlenstoffstahllegierung jedoch zu hart ist, wird sie typischerweise auch ziemlich spröde. Einige außergewöhnlich harte Legierungen werden tatsächlich Abschreck- und Anlassprozessen unterzogen, die die Härte von Kohlenstoffstahl verringern und die Duktilität erhöhen können. Andere Prozesse, wie das Tempern, können ebenfalls die Duktilität effektiv erhöhen und die Gesamthärte von Kohlenstoffstahl verringern.