Hopp til innhold

Fagstoff

Legeringselementer og betydninga deres i varmebehandling av stål

Legeringselementer er forskjellige tilsetningsstoffer som blir blanda med stålet i små mengder for å endre stålets egenskaper. De er viktige ved varmebehandling av stål fordi de påvirker stålets krystallstruktur og mekaniske egenskaper under oppvarming, holdetid og avkjøling.
To metalldeler i en spesiell varmeovn. Metalldelene er så varme at de nesten er gjennomsiktige, og de har en gulaktig farge. Foto.
Varmebehandling av metall. På dette bildet er temperaturen 982 grader celsius, og metallet er nesten gjennomsiktig. Bilde: Ichudov / CC BY-SA

Hva er legeringselementer?

Et legeringselement i stål er et kjemisk element som blir tilsatt stålet i små mengder for å endre eller forbedre egenskapene det har.

Stål er hovedsakelig en legering av jern og karbon, men det kan også inneholde en rekke andre legeringselementer, blant annet:

  • mangan

  • nikkel

  • molybden

Disse legeringselementene tilsettes stålet i små mengder, vanligvis mindre enn 5–10 prosent av stålets totalmasse, selv om det kan være unntak for spesielle legeringer.

Hvert legeringselement har unike egenskaper og påvirker krystallstrukturen i stålet og de mekaniske egenskapene på forskjellige måter.

Formålet med å tilsette legeringselementer i stål kan være å øke

  • styrke

  • herdbarhet

  • seighet (duktilitet)

  • korrosjonsbestandighet

  • slitestyrke

  • andre ønskede egenskaper

Ved å tilsette legeringselementer kan stålprodusentene tilpasse stålets egenskaper slik at det tilfredsstiller spesifikke krav og behov for ulike bruksområder.

Prosesser som varmebehandling kan brukes til å endre stålets egenskaper ytterligere, i tillegg til tilsetning av legeringselementer.

Legeringselementer og varmebehandlingsprosesser

Hvordan påvirker de ulike legeringselementene stålet gjennom varmebehandlingsprosesser? Varmebehandlingsprosesser for stål blir i stor grad påvirka av hvilke legeringselementer som er tilsatt, og hvor stor mengde som er tilsatt av disse. Legeringselementene kan endre stålets krystallstruktur og mekaniske egenskaper, og de kan påvirke oppvarming, holdetid og avkjøling.

I tabellen under får du en oversikt over hvordan de ulike legeringselementene påvirker de forskjellige varmebehandlingsprosessene for stål:

Legeringselementers påvirkning i varmebehandlingsprosessen

Legeringsstoff

Påvirkning

Karbon (C)

  • Karbon er det viktigste legeringselementet i stål, og det påvirker hovedsakelig herdingsprosessen.

  • Høyere karboninnhold fører til økt herdbarhet, noe som betyr at stålet kan herdes til høyere hardhet.

  • For høyt karboninnhold kan føre til for mye hardhet, noe som gjør stålet sprøtt.

Mangan (Mn)

  • Mangan bidrar til stålets styrke og herdbarhet.

  • Under herding hjelper mangan med å fjerne oksygen fra stålet, noe som gjør det lettere å oppnå en god herding.

  • Manganinnholdet kan også påvirke avkjølingshastigheten under herding og dermed den endelige krystallstrukturen.

Krom (Cr)

  • Krom øker stålets herdbarhet og hardhet.

  • Krom danner kromkarbider under herding, noe som gir forbedret slitasjemotstand og korrosjonsbestandighet.

  • Krom kan også stabilisere austenitt ved høye temperaturer, noe som er relevant i glødingsprosessen.

Nikkel (Ni)

  • Nikkel øker stålets herdbarhet og seighet.

  • Nikkel bidrar til å stabilisere austenitt og redusere martensittens transformasjonshastighet under herding.

  • Nikkel reduserer også stålets sprøhet og forbedrer stålets evne til å motstå korrosjon.

Molybden (Mo)

  • Molybden øker stålets herdbarhet og hardhet.

  • Molybden danner molybdenkarbider under herding, noe som forbedrer stålets slitasjemotstand og styrke.

  • Molybden bidrar også til å redusere følsomheten for korrosjon og oksidasjon.

Vanadium (V) og wolfram (W)

  • Disse elementene bidrar til å danne karbider som forbedrer stålets slitasjemotstand og styrke.

  • De øker også stålets herdbarhet og evne til å beholde hardhet ved høye temperaturer.

Kobolt (Co)

  • Kobolt øker stålets herdbarhet og styrke.

  • Det bidrar til å danne hardt og slitesterkt koboltkarbid som forbedrer slitasjemotstanden til stålet.

Kobber (Cu)

  • Kobber øker stålets seighet og korrosjonsbestandighet.

  • Kobber kan føre til redusert herdbarhet og hardhet hvis det er til stede i høye mengder.

Å forstå disse virkningene er avgjørende for å velge riktig stålsammensetning og varmebehandlingsmetode for å oppnå ønskede mekaniske egenskaper og bruksområder.

Kilde

Christensen, N. (2024, 24. april). Legering. I Store norske leksikon. https://snl.no/legering

CC BY-SASkrevet av Roger Rosmo.
Sist faglig oppdatert 06.02.2024

Læringsressurser

Varmebehandling av metaller