Jakie czynniki wpływają na twardość stali węglowej?
Na twardość stali węglowej może wpływać wiele różnych czynników, w tym kontakt węgla, ilość i rodzaj innych pierwiastków w stopie oraz specyficzne procesy zastosowane do wytworzenia stali. Stal niskowęglowa, która zawiera od 0,05 do 0,25% węgla, jest zazwyczaj najłagodniejszą odmianą, chociaż można ją utwardzić w procesie zwanym nawęglaniem. Stal o ultra wysokiej zawartości węgla, która może zawierać do 2% węgla, jest zazwyczaj najtwardszym rodzajem, chociaż ostateczna twardość każdego produktu jest również określana przez różne procesy obróbki cieplnej. Procesy hartowania mogą zwiększyć twardość stali węglowej czterokrotnie, chociaż późniejsze odpuszczanie zazwyczaj obniża twardość.
Stal węglowa jest stopem, który składa się głównie z żelaza i węgla. Mogą być również obecne inne elementy, zwykle w bardzo małych ilościach. Istnieje kilka różnych definicji tego, co dokładnie stanowi stal węglową, chociaż pierwiastki takie jak krzem i miedź zwykle stanowią mniej niż 0,6% różnych stopów. Niektóre stopy stali węglowej mogą zawierać nawet 1,6% pierwiastków, takich jak mangan. Ponieważ istnieje wiele różnych stopów, które są powszechnie nazywane stalą węglową, każdy typ ma inną twardość.
Głównym czynnikiem wpływającym na twardość stali węglowej jest ilość węgla obecna w stopie. Stale o niskiej zawartości węgla są zwykle najłagodniejsze, podczas gdy stale o ultra wysokiej zawartości węgla mogą być dość twarde i kruche. Możliwa jest również zmiana właściwości fizycznych stali węglowej poprzez różne obróbki, w celu zwiększenia lub zmniejszenia twardości.
Mimo że stal niskowęglowa jest stosunkowo miękka, proces znany jako nawęglanie może spowodować, że będzie ona trudniejsza. Ten proces obróbki cieplnej powoduje, że stop pochłania dodatkowy węgiel ze źródeł stałych, płynnych i gazowych, takich jak węgiel drzewny i tlenek węgla. Węgiel jest zwykle absorbowany tylko na powierzchni metalu, co powoduje utwardzoną obudowę warstwę zewnętrzną i bardziej miękki, plastyczny rdzeń.
Początkowo stale węglowe o wysokiej zawartości są bardzo trudne, ale procesy hartowania mogą uczynić je jeszcze trudniejszymi. Jeśli stop stali węglowej jest jednak zbyt twardy, zwykle będzie również dość kruchy. Niektóre wyjątkowo twarde stopy są w rzeczywistości poddawane procesom hartowania i odpuszczania, które mogą obniżyć twardość stali węglowej i zwiększyć plastyczność. Inne procesy, takie jak wyżarzanie, mogą również skutecznie zwiększać ciągliwość i zmniejszać ogólną twardość stali węglowej.