hærdning

Metallegeringer hærdes for at bibringe dem større hårdhed, der i reglen ledsages af større trækstyrke, mindre sejhed og sommetider større slidstyrke. Hærdning af metaller kan ske ved en øgning i antallet af dislokationer (krystalgitterfejl) efterfulgt af en fastlåsning af disse, hvilket hæmmer plastisk deformation og dermed gør metallet hårdere; dispersionshærdet metal får imidlertid sin hårdhed ved udfældningen af en mængde meget små fremmedkrystaller i metalkornene.

Den bedst kendte og ældste hærdemetode er martensithærdningen af stål, der i sin simpleste form består i opvarmning af det færdigsmedede emne til rødglødhede efterfulgt af bratkøling i vand. Stålet omdannes ved den høje temperatur, 750-1000 °C, til austenit, hvor kulstofatomerne i stålet sidder jævnt fordelt i krystalgitteret. Ved bratkølingen forsøger austenitten at omdanne sig til ferrit, men kulstofatomerne forhindrer denne omdannelse, og i stedet dannes den metastabile uligevægtsstruktur martensit. Den er rig på dislokationer og har stor hårdhed, men er også ganske skør. Normalt må man derfor umiddelbart efter bratkølingen udføre en anløbning, dvs. en varmebehandling, der gør stålet sejere og mere stabilt og dermed anvendeligt til praktiske formål.

Hårdheden afhænger af stålets kulstofindhold; fuld martensithårdhed på 900-1000 HV indtræder ved 0,6-0,7% C. Denne store hårdhed når dog kun 1-2 mm ind under overfladen. Hvis der kræves fuld hårdhed på større tværsnit, må der anvendes legeret stål. Meget anvendte legeringselementer er chrom, nikkel, mangan, molybdæn, vanadium og wolfram (jf. chromstål og hurtigstål). Jo mere legeringselement, der tilsættes, jo langsommere kan der køles fra austenittemperaturen. Ved langsom køling i fx olie dannes der stadig martensit, men risikoen for kastning og revnedannelse mindskes betydeligt i forhold til vandhærdning. Hærdningens forløb er for talrige stål kortlagt i TTT-diagrammer og CCT-diagrammer.

Specielle hærdemetoder er behandlet under bainit, indsætning samt deformationshærdning, flammehærdning, induktionshærdning, modningshærdning, sejhærdning og trinhærdning.

Hærdning har været kendt i 3000 år, lige så længe som man har arbejdet med stål. Da man indtil slutningen af 1800-t. kun disponerede over ulegerede kulstofstål, var det nødvendigt at bratkøle i vand, og man måtte slå sig til tåls med små indhærdningsdybder. Hærdning var langt fra almindelig udbredt; den blev mest anvendt på sværd og knive og på værktøj som bor og mejsler.

Et præpolymert eller polymert materiale hærdes, dvs. ændres til en mere stabil og brugbar tilstand, ved polymerisation og/eller tværbinding. I gummiindustrien betegnes processen ofte vulkanisering.

Hærdeprocessen kan fremmes eller styres af et tilsat stof, en hærder; et hærdemiddel tager selv del i hærdningsreaktionen af fx harpikser eller klæbemidler. Eksempler på hærdemidler er multifunktionelle aminer, der anvendes til epoxyharpikser; peroxider, der anvendes til umættede polymere materialer; og svovl, som anvendes til vulkanisering af gummi. Hærdning kan også foregå ved bestråling med ultraviolet lys eller elektroner. Hærdning foregår ofte under opvarmning; foregår processen ved stuetemperatur, tales om koldhærdning. Ved (termisk) efterhærdning forstås varmebehandling for at fuldende hærdning af emner støbt af hærdeplast.

Hærdet glas er glasgenstande, der har fået opbygget permanente trykspændinger i et tyndt overfladelag; derved øges modstandsdygtigheden over for slag og temperaturchok. Hærdningen kan foregå ved, at kold luft blæses på det rødglødende glas, hvorved der hurtigt dannes en tynd, hård skal; under den fortsatte afkøling hæmmer skallen sammentrækning af genstandens indre, som derved kommer i trækspænding, mens skallen kommer i trykspænding. En anden hærdningsmetode er dypning af genstanden i en saltsmelte indeholdende kationer, der er større end glassets. En udveksling af ioner finder sted, hvorved skallen får andre egenskaber end glassets indre; processen kan intensiveres med elektrisk strøm. Se også glas og glaståre.