1.3 Härdbarhet

Härdbarhet hos stål är en egenskap, som anger hur stålet reagerar vid martensithärdning. Ju högre härdbarhet desto grövre dimensioner av stålet kan härdas till acceptabel hårdhet, även i centrum. Härdbarheten är främst påverkad av stålets kemiska analys, men också av austenitkornstorleken före släckningen. Ju grövre korn desto större härdbarhet. Av andra skäl vill man dock ha finkornigt material.

Ett annat sätt att uttrycka det är att säga, att ju längre till höger perlit- och bainitnosarna i CCT-diagrammet är förskjutna, desto bättre är härdbarheten för stålet i fråga.

Man kan kvantifiera härdbarhet som ideal kritisk diameter (DI). Den anger den diameter av en stålstång, som under bästa härdbetingelser ger 50 % martensit i centrum.

Det vanligaste sättet är att utföra ett så kallat Jominy prov. Man använder en provstav, som är 100 mm lång och svarvad till 25 mm runt, se nedan.

Provet värms till härdningstemperatur och insätts vertikalt i en fixtur. Därefter sprutas vatten med bestämt tryck och volym på provets undre ändyta. Provet kyls då underifrån på ett väl definierat sätt. Sedan hela provet kylts tas det ut, och två motstående sidor på cylinderdelen planslipas till bestämt djup. Dessa ytor hårdhetsprovas på fastställda avstånd från den kylda ändytan. Resultatet anges i ett diagram av den typ som visas i figuren ovan. Ju längre från den kylda ytan som provet är hårt desto bättre är härdbarheten. Även andra prov finns, till exempel Grossmanns, men de ska inte tas upp här.

Kolhalten och materialets kornstorlek har stor betydelse för härdbarheten, se Figur 23.

För finkornbehandlade stål, som nu är vanligast, bör man använda kurva 7. Kurvan visar vilken stångdiameter som ger 50 % martensit i kärnan efter härdning av olegerat stål med olika kolhalter.

Det undre högra diagrammet visar olika legeringsämnens inverkan på härdbarheten. Det används i kombination med det undre vänstra på så sätt, att först bestäms D_i enbart på grund av kolhalt och kornstorlek, och sedan tar man fram de olika multiplikationsfaktorerna för respektive ingående ämne och dessa multipliceras alla med det erhållna D_i enligt:

D_I = D_i x f_Mn x f_Cr x … et cetera,

där D_I är den stångdiameter i mm, som ger 50 % martensit i centrum för det undersökta stålet.

Som framgår av legeringsdiagrammet är mangan, molybden och krom starkt härdbarhetshöjande. Det betyder metallurgiskt att dessa legeringsämnen flyttar perlit- och bainitnosarna i CCT diagrammen åt höger och tillåter därmed långsammare kylning vid släckningen.

Legeringsämnet bor (B) är inte med i diagrammet, trots att det har en stark effekt på härdbarheten. Orsaken är svårigheten att visa detta i ett diagram. Bors effekt är starkast vid relativt låga kolhalter och legeringshalter, men har ingen effekt på högkolhaltiga stål.

Med modern metallurgi är bor en billig legering för att höja härdbarheten. Före bortillsatsen måste löst kväve bindas, till exempel med Ti, för att förhindra att BN bildas. Bor har maximal effekt redan vid halter på 0,0015-0,002% B.

Även andra mer komplicerade samband mellan härdbarhet och kemisk sammansättning har tagits fram. De flesta läggs in på data, och så fort analysen för en stålcharge är framme, så kan man också få ett härdbarhetstal eller ett fullständigt jominydiagram. Dessa beräknade jominykurvor är ofta mer pålitliga än verkligt utförda prov, eftersom olika fel kan smyga in vid denna typ av provning.