Stål är en legering av metaller som huvudsakligen består av järn och innehåller 0.2 till 2.1 procent kol. Allt stål innehåller kol, men termen ”kolstål” gäller specifikt stål som innehåller kol som den huvudsakliga legeringsbeståndsdelen. Mellankolstål är kolstål som innehåller mellan 0.30 och 0.60 procent kol. Den har också en manganhalt mellan 0.6 och 1.65 procent. Denna typ av stål ger en bra balans mellan styrka och duktilitet, och den är vanlig i många typer av ståldetaljer.
Järn består av ett kristallgitter av järnatomer som låter atomerna glida förbi varandra, vilket gör rent järn relativt mjukt. Kolet i stål minskar denna tendens, vilket gör medelkolstål hårdare än järn. Ytterligare grundämnen som krom, mangan, volfram och vanadin kan också fungera som härdare i stål. Den exakta andelen av dessa element bestämmer stålets specifika egenskaper.
Ytterligare kol gör stålet hårdare men också sprödare, så tillverkning av kolstål kräver en balans mellan hårdhet och duktilitet. De vanligaste användningsområdena för medelstort kolstål är i tunga maskiner, såsom axlar, vevaxlar, kopplingar och växlar. Stål med en kolhalt mellan 0.4 och 0.6 procent används vanligtvis inom järnvägsindustrin för att tillverka axlar, skenor och hjul.
Behandlingen av medelstort kolstål med värme förändrar avsevärt de mekaniska egenskaperna, såsom duktilitet, hårdhet och hållfasthet. Värmebehandling av stål påverkar något andra egenskaper som dess förmåga att leda värme och el också. Det finns en mängd olika metoder för att behandla stål med värme.
Kol- och manganhalten i medelkolstål gör härdning och härdning till den vanligaste metoden för värmebehandling för denna typ av stål. Denna process involverar i allmänhet att upprepade gånger värma stålet till mindre än 1,333 723 ° F (ca XNUMX ° C) och kyla det snabbt genom att kyla det i en vätska som olja eller vatten. Temperaturen och tiden för denna process gör det möjligt för tillverkaren att exakt kontrollera stålets slutliga egenskaper.
Fallhärdning är en process för härdning av stål som endast påverkar stålets utsida. Detta ger en hård, vattentät exteriör med en mer formbar insida. Kolstål är ofta härdat eftersom det är svårt att härda en tjock kolståldel helt. Stål med fler legeringsmedel än medelkolstål har större förmåga att härdas och behöver kanske inte härdas.