Welke factoren beïnvloeden de hardheid van koolstofstaal?
De hardheid van koolstofstaal kan worden beïnvloed door een aantal verschillende factoren, waaronder het koolstofcontact, de hoeveelheid en het type van andere elementen in de legering en de specifieke processen die worden gebruikt om het staal te maken. Koolstofarm staal, dat tussen 0,05 en 0,25% koolstof bevat, is meestal de zachtste variëteit, hoewel het kan worden gehard door een proces dat bekend staat als carbureren. Ultrahoog koolstofstaal, dat kan bestaan uit maximaal 2% koolstof, is meestal het moeilijkste type, hoewel de uiteindelijke hardheid van elk product ook wordt bepaald door verschillende warmtebehandelingsprocessen. Afschrikprocessen kunnen de hardheid van koolstofstaal met een factor vier verhogen, hoewel daaropvolgend temperen de hardheid doorgaans verlaagt.
Koolstofstaal is een legering die voornamelijk bestaat uit ijzer en koolstof. Andere elementen kunnen ook aanwezig zijn, typisch in zeer kleine hoeveelheden. Er zijn een paar verschillende definities van wat precies koolstofstaal is, hoewel elementen zoals silicium en koper doorgaans minder dan 0,6% van verschillende legeringen uitmaken. Sommige koolstofstaallegeringen kunnen ook tot 1,6% elementen bevatten, zoals mangaan. Aangezien er een aantal verschillende legeringen zijn die gewoonlijk koolstofstaal worden genoemd, heeft elk type de neiging om een andere hardheid te hebben.
De primaire factor die de hardheid van koolstofstaal beïnvloedt, is de hoeveelheid koolstof in de legering. Staal met een laag koolstofgehalte is meestal het zachtst, terwijl staal met een zeer hoog koolstofgehalte behoorlijk hard en bros kan zijn. Het is ook mogelijk om de fysische eigenschappen van koolstofstaal te veranderen door verschillende behandelingen, hetzij om de hardheid te verhogen of te verminderen.
Hoewel koolstofarm staal relatief zacht is, kan een proces dat bekend staat als carburatie ervoor zorgen dat het harder wordt. Dit warmtebehandelingsproces zorgt er feitelijk voor dat de legering extra koolstof absorbeert uit vaste, vloeibare en gasvormige bronnen zoals houtskool en koolmonoxide. De koolstof wordt typisch alleen geabsorbeerd in het oppervlak van het metaal, wat resulteert in een geval geharde buitenlaag en een zachtere, ductiele kern.
Koolstofstaal met een hoog gehalte is in het begin erg moeilijk, maar door afschrikprocessen kunnen ze nog moeilijker worden. Als een koolstofstaallegering echter te hard is, zal deze meestal ook behoorlijk bros zijn. Sommige uitzonderlijk harde legeringen worden feitelijk onderworpen aan afschrik- en temperingsprocessen die de hardheid van koolstofstaal kunnen verminderen en de ductiliteit kunnen vergroten. Andere processen, zoals gloeien, kunnen ook de ductiliteit effectief verhogen en de algehele hardheid van koolstofstaal verminderen.