Support Härdning

Härdning

Vad är härdning?

Härdning är en värmebehandlingsprocess som syftar till att öka stålets hårdhet och hållfasthet. Detta uppnås genom att värma stålet till en specifik temperatur (austenitiseringstemperaturen) och sedan kyla det snabbt. Processen förändrar stålets mikrostruktur och ökar materialets hårdhet. Härdning är ett viktigt steg vid tillverkning av många bearbetade och industriella komponenter, eftersom processen förbättrar delarnas slitstyrka och livslängd.

Härdningsmetoder

  • Oljekylning: Detaljen värms till önskad temperatur och kyls snabbt i olja. Oljekylning minskar risken för sprickbildning och deformation jämfört med exempelvis vattenkylning.
  • Vattenkylning: Detaljen värms upp och kyls snabbt i vatten, vilket ger en extremt hård yta men ökar risken för sprickor och deformationer.
  • Lufthärdning: Ämnen värms upp och får svalna i luft. Detta ger jämnare kylning och minskar sprickrisken för vissa ståltyper.
  • Saltbadshärdning: Saltbad används för att uppnå jämn kylning och därmed minska risken för skevheter och sprickor. Metoden lämpar sig särskilt bra för härdning av komplicerade former och stora detaljer.
  • Induktionshärdning: Induktionshärdning är en ythärdningsprocess där detaljen snabbt hettas upp med hjälp av ett växlande magnetfält och sedan snabbt kyls. Metoden används främst för komponenter som utsätts för höga belastningar.
  • Ythärdning: Ythärdning ger hög ytans hårdhet samtidigt som kärnan behåller god seghet. Ythärdningstekniker som karbonitrering, nitrering och induktionshärdning ger också tryckspänningar i ytan, vilket förbättrar utmattningshållfastheten.

Vanliga material för härdning

Seghärdningsstål

Seghärdningsstål är legerade stål med ett kolinnehåll på cirka 0,25–0,55 %. Dessa stål används i detaljer som kräver hög hållfasthet och slagseghet:

  • 42CrMo4: Ett mycket slitstarkt legerat stål som passar bra för strukturer och komponenter som utsätts för höga laster, till exempel maskinaxlar och kugghjul.
  • 34CrNiMo6: Används för delar som utsätts för stora mekaniska påfrestningar, till exempel drivaxlar och kraftöverföringskomponenter.

Kolstål

Kolstål har normalt ett kolinnehåll över 0,6 % och lämpar sig väl för härdning och anlöpning:

  • C45: Ett av de vanligaste kolstålen för härdning, används brett till maskindelar och axlar.
  • C60: Kolstål med högre kolhalt som ger bättre slitstyrka. Det används särskilt i applikationer där hög utmattningshållfasthet krävs.

Formverktygsstål

Formverktygsstål är legerade stål speciellt utvecklade för formsprutning och verktygsframställning:

  • 1.2311 (P20): Ett mycket använt formverktygsstål med god bearbetbarhet och härdbarhet, särskilt lämpligt för tillverkning av plastformar.
  • 1.2343 (H11): Ett formverktygsstål för höga temperaturer som tål extrema temperaturer och snabba temperaturskift, lämpligt för varmpressning och pressgjutning.

Härdbara rostfria stål

Rostfria stål, till exempel martensitiska rostfria stål, kan härdas för att uppnå hög hårdhet och god korrosionsbeständighet:

  • X46Cr13 (1.4034): Martensitiskt rostfritt stål som, efter härdning, har god slitstyrka och korrosionsbeständighet. Vanligt för skärverktyg och kirurgiska instrument.
  • X30Cr13 (1.4028): Ger god slit- och korrosionsbeständighet och används ofta i knivar och andra skärverktyg.

Härdbart gjutjärn

Vissa legerade gjutjärn kan härdas för att förbättra sina mekaniska egenskaper:

  • GJS-500-7 (Segjärn): Segjärn med inlagrade grafitnoduler för att öka hållfasthet och seghet. Lämpligt för kraftöverföringsdelar och detaljer som utsätts för höga påfrestningar.
  • GJL-250 (Gråjärn): Gråjärn som kan härdas för att förbättra slitstyrkan. Används exempelvis i motordelar och andra slitdelar.

Bearbetning av härdat stål

Bearbetning av härdat stål är utmanande på grund av den höga hårdheten. Verktyg som används inkluderar:

CBN-skär (kubisk bornitrid): CBN-verktyg är särskilt framtagna för bearbetning av hårda material som härdat stål och ger utmärkt slitstyrka och värmetålighet.

Viktiga faktorer för maskinbearbetare före härdning

Innan härdning behöver maskinbearbetare beakta flera viktiga faktorer för att säkerställa att slutprodukten uppfyller krav på precision och kvalitet:

  • Måttförändringar: Under härdning kan detaljens mått förändras på grund av termisk utvidgning och krympning. Dessa förändringar behöver förutses noga, särskilt vid snäva toleranser.
  • Bearbetningsmån: Tillräcklig bearbetningsmån måste lämnas vid förbearbetning för efterföljande bearbetning efter härdning. Det kan innebära att extra material lämnas för slipning och för att ta bort eventuella oregelbundenheter efter härdningen.
  • Deformationer: Härdning av långa och tunna detaljer kan orsaka böjning och deformation. Detta kan minskas med rätt fixturer och stöd under härdningsprocessen.

Anlöpning

Efter härdning sker vanligtvis anlöpning, där den härdade strukturen återuppvärms till en lägre temperatur (150 ºC – 650 ºC). Syftet är att ta bort de spänningar och den sprödhet som uppstår vid härdning samt att öka materialets seghet. Anlöpning gör det möjligt att nå önskad balans mellan hårdhet och seghet, vilket ger en mer tålig och hållbar komponent.

Sammanfattning

Härdning är en central värmebehandlingsprocess inom metallbearbetning som förbättrar stålets mekaniska egenskaper, såsom hårdhet och slitstyrka. Det finns flera härdningsmetoder, exempelvis oljekylning, vattenkylning, lufthärdning och saltbadshärdning samt specialmetoder som induktions- och ythärdning. Vanliga härdbara material är seghärdningsstål, kolstål, formverktygsstål, härdbara rostfria stål och härdbara gjutjärn. Maskinbearbetare måste ta hänsyn till måttförändringar och bearbetningsmån före härdning för att slutprodukten ska få rätt precision och kvalitet. Spänningsborttagning genom anlöpning efter härdning förbättrar materialets seghet och hållbarhet.