Settherding - fra teori til praksis?

[Metallurgen]

Om du ikke trenger så veldig høy hardhet kan du prøve å herde materialet uten noe annen behandling.

Om du bruker 900 C som herdetemperatur og kjøler i saltvann på romtemperatur kan du muligens få den hardheten du trenger.

[Erlend Meyer]

Sparker liv i en gammel tråd da jeg endelig har fått liv i ovnen min. Litt utfordringer med måling av temperatur enda, men det ordner seg nok. Termostaten kom med et K-element for max 800°C, men etter en syklus ved den tempen var den rustfrie nettingkappa ganske sprø. Det står et skikkelig element i ovnen, men ikke pokker om jeg finner ut hvilken type. R er det som stemmer best, men det viser likevel rundt 100 grader for mye. Måtte i det minste opp i 900°C før selv lavlegert stål ble helt umagnetisk, ved 800 grader var det litt tilfeldig om oppkullede biter tok herdsel.

 

Jaja, et K-element koster ikke stort på Ebay.

 

Ellers går dette helt strålende. Bruker en mix av trekull med 10% kalsiumkarbonat og 5% kaliumkarbonat, selv 1 time gir helt glasshard overflate. Med litt bedre kontroll på tempen og bedre tilgang på herdbare materialer vil nok oppkulling fort bli lagt til side, men det er et ypperlig sted å starte. Dessuten eliminerer det problemet med glødeskall.

Der har jeg forøvrig funnet ut at borsyre skal fungere fint, dryss litt på en varm del (smeltepunkt ca 170°C) og man får et glassaktig belegg som beskytter mot oksygen. Ser ut til å sprekke opp ganske greit ved bråkjøling også.

 

Neste stopp må bli et saltbad for stegherding og bainittherding (martemper/austemper).

[Erlend Meyer]

Vanlige bolter er en grei kilde til seigherdingsstål. Det vil være best herdbarhet på 12-9 og 14-9 bolter i store diametre, og du vil kunne få de over 50 HRC.

Har tenkt litt på det trikset, skal sjekke litt med industri-kontaktene mine. Bolter er ikke spesifisert nok til å anså legering, har du noen erfaringsverdier å komme med?

[Metallurgen]

Vanlige bolter er en grei kilde til seigherdingsstål. Det vil være best herdbarhet på 12-9 og 14-9 bolter i store diametre, og du vil kunne få de over 50 HRC.

Har tenkt litt på det trikset, skal sjekke litt med industri-kontaktene mine. Bolter er ikke spesifisert nok til å anså legering, har du noen erfaringsverdier å komme med?

 

Våre bolter i M20 og M24 i 12.9 skal være i 42CrMo4 (tilsvarende AISI 4140), minder bolter og lavere styrkeklasser er stort sett i borstål.

Om du bruker en herdetemperatur på 870 C bør det dekke det meste av de ståla som er brukt i bolter. Borstål kan herdes i vann, mens 42CrMo4 bør herdes i varm olje.

 

Det sikreste er kjøpe stål fra en leverandør. Har du først skaffet en herdeovn bør du klare å bruke opp en lengde med seigherdingsstål også.

[Erlend Meyer]

Joda, skal nok handle inn litt kjent materiale etter hvert, men studielånet rekker bare så langt. Akkurat nå prøver jeg å få litt erfaring, da kan mindre biter med forskjellig stål være greit å lete med. 4140 bør være et ypperlig stål å bryne seg på, takker så meget. Men for nå leker jeg meg med oppkulling, etter å ha lest en del ser det ut til at det bør skje ved ca 900C. Ved lavere temperaturer vil løseligheten av karbon være større enn diffusjonshastighet, man kan da få en opphopning av karbon i overflaten.

[Metallurgen]

Man bruker høyest mulig temperatur først og fremst for å redusere tiden. Diffusjonshastigheten er styrt av temperatur. Høyere temperatur fører til en høyere konsentrasjon av karbon på overflaten, så man skal helst ha en viss diffusjonsperiode hvor det blir tilført mindre karbon på overflaten, men dette er vanskelig med oppkulling i kasse. 900 C er en grei temperatur.

 

Du vil ikke ha 4140, du vil ha 42CrMo4. Det er tilsvarende kvaliteter, men 4140 koster mye mer siden denne kun blir importert fra USA til offshore deler, og koster endel mer.

[Erlend Meyer]

Godt poeng, er stålet jeg vil ha og ikke navnet. Ellers skal jeg nok få tak i litt SS2541 (34CrNiMo6, tilsvarer vel 4340?), har allerede bestilling på å herde opp noen små biter i det materialet. For små tykkelser burde vel det være luftherdende? Kritisk avkjølingshastighet for full bainitt-dannelse skal ligge på 0,15°C/s. Prøver å finne litt data på kjølehastigheter i forskjellige medier nå...

 

Når det gjelder oppkulling fant jeg en kilde som hevdet at under 880C (trur eg) kunne en få veldig høyt karboninnhold i overflaten og dårlig sjikt-dybde, men det kan hende at det ikke er en entydig fasit på slikt. For meg blir nok oppkulling mest aktuelt for å øke slitestyrke, og da er det vel ikke så kritisk.

[Metallurgen]

SS2541 er tilsvarende AISI 4340, men med noe lavere karbon.

Herd i olje, det er sikrere enn luftkjøling.

 

Seigherda martensitt har bedre egenskaper enn bainitt, så ser ikke helt hvorfor du vil ha det.

[Erlend Meyer]

Jaha? Jeg trodde at bainitt jevnt over hadde bedre egenskaper enn anløpt martensitt. Ikke bare reduseres problemene med dimensjonsendring og herdesprekker, etter det jeg har lest skal bainitt også ha bedre slagseighet ved samme hardhet. Men jeg er jo ingen metallurg...

 

Et annet spørsmål siden jeg først har deg her (du må bare si stopp om jeg maser for mye): Hva er egentlig sølvstål? Er det noen klart definert legering eller er det bare et samlebegrep for anløpte verktøystål?

[Metallurgen]

Du vil få mindre problemer med dimensjonsendringer og sprekker, men det kan oppnås ved å herde i etappebad. Omtrent samme prosess som når man skal ha bainitt. (Kontinuerlig kjøling for å få bainitt vil ikke bli bra, du må ha etappebad for dette.)

Hardhet og slitasjemotstand er best i martensitt, og det er tvilsomt at du trenger det lille ekstra i seighet som du får med bainitt. Du taper uansett hardhet.

 

Den største fordelen med bainitt er at man slipper anløping, men i motsetning til i industrien koster nok ikke anløpingen deg mange kronene.

 

Sølvstål er bare en betegnelse på presisjonsslipt stang til akslinger. I de tilfellene jeg har sett det er det ulegert stål med omtrent 1% karbon og tilsatt bly for enklere maskinering (automatstål).

[Erlend Meyer]

OK, martensitt gir best hardhet, den er jeg helt med på. Og ofte er det jo det en vil ha, da går man for det. Og at bainittherding som industriell prosess har mange fordeler er jeg helt med på, man fjerner jo to operasjoner som krever både tid, utstyr og energi. Dette har som du sier ikke nødvendigvis noen store fordeler i liten skala, men jeg trodde likevel at bainitt hadde en del gunstige egenskaper også metallurgisk og styrkemessig. Tror jeg skal lese litt mer om dette gitt...

 

Når det gjelder sølvstål er kvaliteten jeg mener på ingen måte automatstål, det er definitivt legert og godt herdbart. Jeg finner referanser til "silver steel" som er et engelsk verktøystål, men jeg fant litt varierende tall på hvilken legering det er. Har liksom alltid hørt sølvstål nevnt som et vanlig og rimelig verktøystål, men det kan jo også bare være er det billigste verktøystålet man finner.

[vektor]

Sølvstål er alminnelig handelsvare og leveres som 1-2m lengder senterlesslipt h8. Det er lavlegert verktøystål med ca 1-1,1% C, lavt svovel og fosforinnhold og litt mangan. Det er ikke tilsatt bly eller annet for å øke maskinerbarheten.

 

Bruksområde er skjærende verktøy til bløte materialer som messing, plast, aut. Alu og aut. Stål. Primært brukt til profilverktøy i kamstyrte dreieautomater, men også til f.eks brotsjer og flatbor til engangs/fågangs bruk i andre materialer.

 

Grunnen til å bruke dette er at det er relativt lett å bearbeide ved avsponing til rett form, lett å slipe og blir hardt nok til det meste etter enkel herding på øyemål. Varmes til passe rød, bråkjøles i vann, blankpusses og anløpes til mørk strågul i åpen flamme.

 

Det finnes andre noe kvassere verktøystål med samme herdeprosess som jeg ikke husker navnet på, men har tatt vare på en god del etter vi kastet nærmere hundre kilo slike og hss verktøy på jobben nylig.

 

Kjekt å ha litt sølvstål eller hss til spesialverktøy som kan spare tid i produksjonen, men normalt er det så raskt og rimelig å få slipt skikkelig full hm verktøy at det er å foretrekke.

[Metallurgen]

men jeg trodde likevel at bainitt hadde en del gunstige egenskaper også metallurgisk og styrkemessig.

Bainitt er i de fleste tilfeller uønsket, og man må ha spesielle legeringer i de tilfellene man vil ha denne strukturen.

 

 

Når det gjelder sølvstål er kvaliteten jeg mener på ingen måte automatstål, det er definitivt legert og godt herdbart. Jeg finner referanser til "silver steel" som er et engelsk verktøystål, men jeg fant litt varierende tall på hvilken legering det er. Har liksom alltid hørt sølvstål nevnt som et vanlig og rimelig verktøystål, men det kan jo også bare være er det billigste verktøystålet man finner.

 

Sølvstål er alminnelig handelsvare og leveres som 1-2m lengder senterlesslipt h8. Det er lavlegert verktøystål med ca 1-1,1% C, lavt svovel og fosforinnhold og litt mangan. Det er ikke tilsatt bly eller annet for å øke maskinerbarheten.

 

Bruksområde er skjærende verktøy til bløte materialer som messing, plast, aut. Alu og aut. Stål. Primært brukt til profilverktøy i kamstyrte dreieautomater, men også til f.eks brotsjer og flatbor til engangs/fågangs bruk i andre materialer.

 

Grunnen til å bruke dette er at det er relativt lett å bearbeide ved avsponing til rett form, lett å slipe og blir hardt nok til det meste etter enkel herding på øyemål. Varmes til passe rød, bråkjøles i vann, blankpusses og anløpes til mørk strågul i åpen flamme.

 

Sølvstål er ikke å regne som et verktøystål og det er ikke en spesiell legering. Det blir brukt om en gruppe herdbare karbonstål som er presisjonsslipt (slipt blank overflate som ligner sølv). Det kan på ingen måte sammenlignes med HSS som er et høylegert verktøystål.

 

Den lette bearbeidingen kommer av at de ofte er i automtakvalitet, hvor man tilsetter bly eller svovel for at spona skal bryte lettere. Men selv automatstål kan komme i herdbare kvaliteter.

[Erlend Meyer]

Min erfaring med sølvstål er samme som Vektor har, anstendig styrke i anløpt tilstand, greit maskinerbarhet og lett herdbart. Wikipedia har litt info, men jeg har også funnet andre beskrivelser. Så konklusjonen må vel bli at det må regnes som en samlebetegnelse på lavlegerte karbonstål?

 

Når det gjelder bainitt må jeg åpenbart lese meg litt opp på temaet, slik jeg hadde forstått det var det målet ved seigherding.

[Metallurgen]

Sølvstål er lite presis betegnelse, så det er best å unngå den og heller bruke stålgrupper som verktøystål, fjærstål eller kulelagerstål. Og selv i disse klassene bør du vite hvilket stål du skal ha ved anskaffelse. Fra det ene ytterpunktet til det andre i hver gruppe er det en ekstrem forskjell.

 

Seigherding vil si kraftig anløpt martensitt og, bortsett ifra noen spesielle unntak, den strukturen som gir best kombinasjon av hardhet og seighet.

[Erlend Meyer]

Enig, og det er derfor jeg spurte. Om det var et kallenavn på en entydig legering ville det være lettere å forholde seg til, det er materialer som dukker opp av og til.

[Erlend Meyer]

Først og fremst: Jeg sier ikke at du tar feil. Jeg sliter bare med å finne data som stemmer med det du sier om bainitt kontra martensitt. Nå skal ikke jeg påstå at Wikipedia alltid er en pålitelig kilde, men denne oppsummeringen stemmer bra med det jeg kan finne ellers på nett:

 

When speaking of performance improvements, austempered materials are typically compared to conventionally quench and tempered materials with a tempered Martensite microstructure. In steels above 40 Rc these improvements include:

Higher ductility, impact strength and wear resistance for a given hardness,

A low distortion, repeatable dimensional response,

Increased fatigue strength,

Resistance to hydrogen and environmental embrittlement.

 

Har du noen kilder som sier det motsatte? At anløpt martensitt kan være hardere enn bainitt er det liten tvil om, men alt jeg finner tilsier at for samme hardhet gir bainitt kun fordeler. Jeg finner heller ikke noe om spesielle krav til stålet. Det må selvfølgelig være herdbart nok til å ikke danne perlitt men hvis man kan martensittherde en del burde det vel også være mulig å bainittherde den?

 

Som sagt, jeg prøver ikke å korrigere deg, jeg vil bare lære mer.

[Metallurgen]

Først og fremst: Jeg sier ikke at du tar feil. Jeg sliter bare med å finne data som stemmer med det du sier om bainitt kontra martensitt. Nå skal ikke jeg påstå at Wikipedia alltid er en pålitelig kilde, men denne oppsummeringen stemmer bra med det jeg kan finne ellers på nett:

Du har helt rett, Wikipedia og internett ellers er en svært upålitelig kilde når det kommer til metallurgi. Under helt spesielle omstendigheter i spesielle stål stemmer noe av det, men på et generelt plan er det feil og bainitt er noe man ikke ønsker. En hvilken som helst fagbok om metallurgi vil gi deg en mer korrekt framstilling. Disse bøkene krever dessverre en god basiskunnskap om metallurgi for at du forstår innholdet og hva som er forutsetningen for å få de rette egenskapene. Det enkleste for deg er bare å stole på at jeg vet hva jeg snakker om og at til ditt formål er anløpt martensitt veien å gå. Da kan du selv styre hardheten ved å kontrollere anløpningstemperaturen, og du slipper saltbad.

 

Vi herder noen tusen tonn stål til bainittisk struktur i året, men vi har spesielle stål, saltbad som står på konstant, veldig mange års erfaring og et eget metallurgisk laboratorium.

[Erlend Meyer]

Det enkleste for deg er bare å stole på at jeg vet hva jeg snakker om

Enklest? Definitivt. Men hva lærer man av det? Skal grave i mer velrenomert litteratur og se hva jeg kan finne ut. Og ja, jeg tror på deg når du sier det er sånn

[Metallurgen]

Enklest? Definitivt. Men hva lærer man av det? Skal grave i mer velrenomert litteratur og se hva jeg kan finne ut. Og ja, jeg tror på deg når du sier det er sånn

Sant nok, men du graver deg ned i et svært lite område.

Du vil få mer nytte av å lære mer om effekt av forskjellige legeringselement; dette påvirker både mekaniske egenskaper og herdeprosessen, forskjellige kjølemedier, beskyttelse mot avkulling og glødeskall, tid til gjennomvarming på temperatur, metoder for å rette deler som vrir seg under prosessen m.m.

Bainitt er ikke like spennende og anvendelig som martensitt.

[Erlend Meyer]

Takker for tipset, har prøvd å lese meg opp på det allerede, men det er et stort felt. Bare så merkelig at alt som skrives om bainitt på nett er så entydig positivt, er vanligvis ganske flink til å plukke opp salgs-pitch men her har jeg tydeligvis gått rett på. Men OK, så har jeg lært noe i dag også.

[Metallurgen]

Hvis du søker på stål som AISI D2 og S30V på nett vil du se at disse omtales som veldig seige stål til kniver og "alle" er stort sett enige om dette, men sammenligner du charpy-verdiene med andre verktøystål vil du se at dette er noen av de sprøeste verktøystålene på markedet. Dette er også helt opplagt når man ser på sammensetningen og mikrostrukturen på stålet.

 

Det er mange som uttaller seg om metallurgi, men kun et fåtall vet hva de snakker om.

[Erlend Meyer]

Dette er også helt opplagt når man ser på sammensetningen

Jojo, men det sier seg jo selv *plystre*

 

Krom forsinker perlitt-dannelse og er vel det viktigste legeringselementet for herdbarhet. Men det er jo også svært mye karbon i disse stålene. Både krom og vanadium danner karbider, og fine karbider er vel det man ønsker seg for skarpe og holdbare egger? Men samtidig må det vel også gi et sprøtt stål?

 

Å innse at stål er et kompositt-materiale var en stor aha-opplevelse for meg, jeg trodde alltid at "metall var metall".

[Metallurgen]

Krom forsinker perlitt-dannelse og er vel det viktigste legeringselementet for herdbarhet. Men det er jo også svært mye karbon i disse stålene. Både krom og vanadium danner karbider, og fine karbider er vel det man ønsker seg for skarpe og holdbare egger? Men samtidig må det vel også gi et sprøtt stål?

Karbider er fint når man ønsker økt slitasjemotstand, og dette er reelt for mange verktøy, men en kniv har en tynn, utsatt egg som også trenger seighet for ikke å chippe. Karbidene, spesielt i D2, er så mye større enn den tykkelsen på den skarpe eggen at disse rives ut ved belastning, og dermed slites eggen fortere enn om den bare hadde vært martensittisk stål.

Store karbider gir også bruddinitieringspunkter i komponenten i sin helhet, og vil i konvensjonelle stål ligge noe heterogent i bånd hvor sprekkforplanting kan skje veldig lett. De blir da betraktelig svakere i tverretning enn i valseretning.

Skal man bruke stål med mye karbider til kniv må disse ha en buttere egg og brukes på myklere materiale som kjøtt.

 

Å innse at stål er et kompositt-materiale var en stor aha-opplevelse for meg, jeg trodde alltid at "metall var metall".

Stål med karbider kan fint sees på som en kompositt ja, og som med en kompositt vil seigheten reduseres ved økt mengde hard fase.

[Erlend Meyer]

Godt poeng, kornstørrelsen må jo påvirke hvor fin egg en kan oppnå. Kniver er litt på siden av min interesse, men jeg er sikker på at en kan bruke en livstid uten å bli utlært på det feltet. Vanadium skal vel gi en finere struktur, men med så mye karbon i kombinasjon med krom får en kanskje grove karbider uansett? Eller kan en legere bort det problemet?

[Metallurgen]

Kornstørrelsen påvirker ikke så mye hvor skarp kniven blir, men fine korn øker seigheten.

 

Karbider og korn er forskjellige ting. Man kan oppnå finere korn med flere forskjellige prosesser, men eneste måten å få finere primærkarbider i stål med mye karbon og krom er å bruke en spesiell utstøpningsprosess som ved pulvermetallurgi. Siden volumfraksjonen karbider blir den samme, vil stålet fortsatt være relativt sprøtt, selv om det er seigere enn den konvensjonelt framstilte versjonen.