Warmtebehandeling verwijst naar een thermisch proces waarbij een metaal wordt verhit, op temperatuur gehouden en vervolgens afgekoeld door middel van verhitting in vaste toestand, om de gewenste structuur en eigenschappen te verkrijgen.
I. Warmtebehandeling
1. Normaliseren: het staal of de stalen onderdelen worden verhit tot het kritische punt van AC3 of ACM en vervolgens gedurende een bepaalde tijd op een geschikte temperatuur gehouden, waarna ze in de lucht afkoelen om de perlietachtige structuur te verkrijgen tijdens het warmtebehandelingsproces.
2. Gloeien: het eutectische stalen werkstuk wordt verwarmd tot AC3 boven 20-40 graden, na een bepaalde tijd op deze temperatuur te zijn gehouden, waarna de oven langzaam wordt afgekoeld (of bedekt met zand of kalk) tot 500 graden onder de temperatuur die wordt bereikt tijdens het warmtebehandelingsproces in de lucht.
3. Warmtebehandeling met vaste oplossing: de legering wordt verwarmd tot een hoge temperatuur in een eenfasig gebied met een constante temperatuur, zodat de overtollige fase volledig oplost in een vaste oplossing. Vervolgens wordt de legering snel afgekoeld om een warmtebehandeling met oververzadigde vaste oplossing te verkrijgen.
4. Veroudering: Na een oplossingswarmtebehandeling of koude plastische vervorming van de legering, wanneer deze op kamertemperatuur of bij een iets hogere temperatuur dan kamertemperatuur wordt bewaard, verandert het verschijnsel dat de eigenschappen ervan in de loop van de tijd veranderen.
5. Oplossingsbehandeling: zodat de legering in verschillende fasen volledig oplost, de vaste oplossing wordt versterkt en de taaiheid en corrosiebestendigheid worden verbeterd, spanningen en verweking worden geëlimineerd, zodat het vormproces kan worden voortgezet.
6. Verouderingsbehandeling: verhitting en het bewaren op de temperatuur waarbij de versterkende fase neerslaat, zodat de versterkende fase uithardt en de sterkte verbetert.
7. Afschrikken: austenitisatie van staal na afkoeling met een geschikte afkoelsnelheid, zodat het werkstuk in de dwarsdoorsnede geheel of gedeeltelijk een instabiele organisatiestructuur behoudt, zoals de martensiettransformatie van het warmtebehandelingsproces.
8. Ontlaten: het afgeschrikte werkstuk wordt gedurende een bepaalde tijd verwarmd tot het kritische punt van AC1 onder de geschikte temperatuur, en vervolgens afgekoeld volgens de vereisten van de methode, om de gewenste structuur en eigenschappen van het warmtebehandelingsproces te verkrijgen.
9. Staalcarbonitreren: Carbonitreren is een proces waarbij tegelijkertijd koolstof en stikstof in de oppervlaktelaag van staal worden geïnfiltreerd. Er bestaan verschillende vormen van carbonitreren, waaronder cyanidecarbonitreren, gascarbonitreren bij middelhoge temperatuur en gascarbonitreren bij lage temperatuur (ook wel gasnitrocarboneren genoemd). Het belangrijkste doel van gascarbonitreren bij middelhoge temperatuur is het verbeteren van de hardheid, slijtvastheid en vermoeiingssterkte van staal. Gascarbonitreren bij lage temperatuur is gebaseerd op nitreren en heeft als hoofddoel het verbeteren van de slijtvastheid en de weerstand tegen corrosie van staal.
10. Ontlaten (afschrikken en temperen): De gangbare praktijk is afschrikken en temperen bij hoge temperaturen in combinatie met een warmtebehandeling, ook wel ontlaten genoemd. Ontlaten wordt veel gebruikt voor diverse belangrijke constructieonderdelen, met name die welke onder wisselende belastingen werken, zoals drijfstangen, bouten, tandwielen en assen. Na het ontlaten wordt getemperd sohnietstaal verkregen, waarvan de mechanische eigenschappen beter zijn dan die van genormaliseerd sohnietstaal met dezelfde hardheid. De hardheid is afhankelijk van de temperatuur tijdens het ontlaten, de stabiliteit van het staal tijdens het ontlaten en de doorsnede van het werkstuk, en ligt over het algemeen tussen HB200 en HB350.
11. Solderen: bij solderen worden twee werkstukken door verhitting en smelten aan elkaar verbonden door middel van een warmtebehandeling.
II.Tde kenmerken van het proces
Metaalwarmtebehandeling is een van de belangrijkste processen in de metaalvervaardiging. In vergelijking met andere bewerkingsprocessen verandert warmtebehandeling over het algemeen niet de vorm en de algehele chemische samenstelling van het werkstuk, maar wel de interne microstructuur of de chemische samenstelling van het oppervlak, waardoor de gebruikseigenschappen van het werkstuk worden verbeterd. Het kenmerkt zich door een verbetering van de intrinsieke kwaliteit van het werkstuk, die doorgaans niet met het blote oog zichtbaar is. Om metalen werkstukken met de gewenste mechanische, fysische en chemische eigenschappen te verkrijgen, is naast een verstandige materiaalkeuze en diverse vormprocessen, warmtebehandeling vaak essentieel. Staal is het meest gebruikte materiaal in de metaalvervaardiging. De complexe microstructuur van staal kan door warmtebehandeling worden beheerst, waardoor warmtebehandeling van staal een belangrijk onderdeel vormt van metaalwarmtebehandeling. Daarnaast kunnen ook aluminium, koper, magnesium, titanium en andere legeringen door warmtebehandeling hun mechanische, fysische en chemische eigenschappen veranderen om verschillende prestaties te verkrijgen.
III.Thet proces
Het warmtebehandelingsproces omvat over het algemeen drie processen: verwarmen, op temperatuur houden en afkoelen. Soms zijn er slechts twee processen: verwarmen en afkoelen. Deze processen zijn met elkaar verbonden en kunnen niet worden onderbroken.
Verwarmen is een van de belangrijkste processen bij warmtebehandeling. Er zijn veel verwarmingsmethoden voor metaalwarmtebehandeling. De vroegste methode maakte gebruik van houtskool en steenkool als warmtebron, terwijl recentelijk vloeibare en gasvormige brandstoffen worden toegepast. Het gebruik van elektriciteit maakt verwarming gemakkelijk te regelen en is milieuvriendelijk. Deze warmtebronnen kunnen direct verwarmen, maar ook indirect via gesmolten zout of metaal, waardoor zwevende deeltjes worden verwarmd.
Bij verhitting van metaal wordt het werkstuk blootgesteld aan lucht, waardoor vaak oxidatie en ontkoling optreedt (d.w.z. het koolstofgehalte aan het oppervlak van de stalen onderdelen neemt af). Dit heeft een zeer negatieve invloed op de oppervlakte-eigenschappen van de warmtebehandelde onderdelen. Daarom moet het metaal doorgaans in een gecontroleerde atmosfeer of beschermende atmosfeer worden verhit, bijvoorbeeld met gesmolten zout of vacuüm. Ook zijn er methoden beschikbaar voor beschermende verhitting met coatings of verpakkingen.
De verwarmingstemperatuur is een van de belangrijkste procesparameters van het warmtebehandelingsproces. De selectie en beheersing van de verwarmingstemperatuur is cruciaal voor de kwaliteit van de warmtebehandeling. De verwarmingstemperatuur varieert afhankelijk van het te behandelen metaal en het doel van de warmtebehandeling, maar wordt over het algemeen verwarmd tot boven de faseovergangstemperatuur om een hoge temperatuurstructuur te verkrijgen. Bovendien vereist de transformatie een bepaalde tijd. Wanneer het oppervlak van het metalen werkstuk de vereiste verwarmingstemperatuur heeft bereikt, moet deze temperatuur gedurende een bepaalde tijd worden aangehouden, zodat de interne en externe temperaturen gelijk blijven en de microstructuurtransformatie voltooid is. Dit wordt de houdtijd genoemd. Bij verwarming met een hoge energiedichtheid en oppervlaktewarmtebehandeling is de verwarmingssnelheid extreem hoog en is er over het algemeen geen houdtijd, terwijl bij chemische warmtebehandeling de houdtijd vaak langer is.
Koeling is ook een onmisbare stap in het warmtebehandelingsproces. De koelmethoden variëren, voornamelijk door de controle van de koelsnelheid. Bij gloeien is de koelsnelheid over het algemeen het laagst, bij normaliseren is deze hoger en bij afschrikken is de koelsnelheid nog hoger. De specifieke eisen verschillen echter per staalsoort; zo kan bijvoorbeeld luchtgehard staal met dezelfde koelsnelheid als genormaliseerd staal worden afgeschrikt.
IV.Pprocesclassificatie
Het warmtebehandelingsproces van metalen kan grofweg worden onderverdeeld in drie categorieën: algehele warmtebehandeling, oppervlaktewarmtebehandeling en chemische warmtebehandeling. Afhankelijk van het verwarmingsmedium, de verwarmingstemperatuur en de afkoelmethode, kan elke categorie worden onderverdeeld in een aantal verschillende warmtebehandelingsprocessen. Hetzelfde metaal kan door verschillende warmtebehandelingsprocessen een andere structuur en dus andere eigenschappen verkrijgen. IJzer en staal zijn de meest gebruikte metalen in de industrie, en staal heeft ook de meest complexe microstructuur, waardoor er een grote verscheidenheid aan warmtebehandelingsprocessen voor staal bestaat.
Een algehele warmtebehandeling is het proces waarbij het werkstuk in zijn geheel wordt verhit en vervolgens met een geschikte snelheid wordt afgekoeld om de gewenste metallurgische structuur te verkrijgen en zo de algehele mechanische eigenschappen van het metaal te veranderen. De vier basisprocessen voor de algehele warmtebehandeling van staal zijn gloeien, normaliseren, afschrikken en temperen.
Proces betekent:
Bij gloeien wordt het werkstuk verwarmd tot de juiste temperatuur, waarbij de verhittingstijd varieert afhankelijk van het materiaal en de afmetingen van het werkstuk. Vervolgens wordt het werkstuk langzaam afgekoeld. Het doel hiervan is om de interne structuur van het metaal in een evenwichtstoestand te brengen, of deze te benaderen, om goede verwerkingseigenschappen en prestaties te verkrijgen, of om de structuur verder te optimaliseren door middel van afschrikken.
Normaliseren is het proces waarbij het werkstuk na afkoeling aan de lucht tot de juiste temperatuur wordt verhit. Het effect van normaliseren is vergelijkbaar met gloeien, alleen wordt een fijnere structuur verkregen. Het wordt vaak gebruikt om de snijprestaties van het materiaal te verbeteren, maar soms ook als laatste warmtebehandeling voor minder veeleisende onderdelen.
Afschrikken is het proces waarbij het werkstuk wordt verhit en geïsoleerd in water, olie of andere anorganische zouten, organische waterige oplossingen of andere afschrikmedia om het snel af te koelen. Na het afschrikken worden de stalen onderdelen hard, maar tegelijkertijd ook broos. Om de broosheid tijdig te verhelpen, is het over het algemeen noodzakelijk om het werkstuk direct te temperen.
Om de brosheid van stalen onderdelen te verminderen, worden de onderdelen gedurende een langere periode op een geschikte temperatuur, hoger dan kamertemperatuur en lager dan 650 °C, afgekoeld en vervolgens weer afgekoeld. Dit proces wordt temperen genoemd. Gloeien, normaliseren, afschrikken en temperen vormen samen de "vier fasen" van de warmtebehandeling. Afschrikken en temperen zijn nauw verwant en worden vaak in combinatie gebruikt; ze zijn onmisbaar. De "vier fasen" verschillen in verwarmingstemperatuur en afkoelmethode en hebben daardoor verschillende warmtebehandelingsprocessen ontwikkeld. Om een bepaalde mate van sterkte en taaiheid te verkrijgen, wordt een combinatie van afschrikken en temperen bij hoge temperaturen toegepast. Dit proces staat bekend als temperen. Nadat bepaalde legeringen zijn afgeschrikt om een oververzadigde vaste oplossing te vormen, worden ze gedurende een langere periode op kamertemperatuur of een iets hogere geschikte temperatuur gehouden om de hardheid, sterkte of elektromagnetische eigenschappen van de legering te verbeteren. Een dergelijk warmtebehandelingsproces wordt veroudering genoemd.
Door drukvervorming en warmtebehandeling effectief en nauw met elkaar te combineren, verkrijgt het werkstuk een zeer goede sterkte en taaiheid met de zogenaamde vervormingswarmtebehandeling. Warmtebehandeling in een negatieve atmosfeer of vacuüm, bekend als vacuümwarmtebehandeling, zorgt er niet alleen voor dat het werkstuk niet oxideert of ontkolt, maar behoudt ook het oppervlak na de behandeling en verbetert de prestaties van het werkstuk, maar maakt ook chemische warmtebehandeling met osmotische middelen mogelijk.
Oppervlaktewarmtebehandeling is een proces waarbij alleen de oppervlaktelaag van een werkstuk wordt verhit om de mechanische eigenschappen van die oppervlaktelaag te veranderen. Om alleen de oppervlaktelaag te verwarmen zonder overmatige warmteoverdracht naar het binnenste van het werkstuk, moet de gebruikte warmtebron een hoge energiedichtheid hebben. Dit betekent dat de warmtebron per oppervlakte-eenheid van het werkstuk een grote hoeveelheid warmte-energie moet afgeven, zodat de oppervlaktelaag van het werkstuk, of een specifiek gebied, in korte tijd of direct een hoge temperatuur kan bereiken. De belangrijkste methoden voor oppervlaktewarmtebehandeling zijn vlamkoeling en inductieverwarming. Veelgebruikte warmtebronnen zijn bijvoorbeeld een oxyacetyleen- of oxypropaanvlam, inductiestroom, laser en elektronenbundel.
Chemische warmtebehandeling is een metaalbehandelingsproces waarbij de chemische samenstelling, structuur en eigenschappen van de oppervlaktelaag van het werkstuk worden gewijzigd. Chemische warmtebehandeling verschilt van oppervlaktebehandeling doordat bij de eerste de chemische samenstelling van de oppervlaktelaag van het werkstuk verandert. Bij chemische warmtebehandeling wordt een werkstuk dat koolstof, een zoutmedium of andere legeringselementen bevat (gas, vloeistof, vast) gedurende langere tijd verhit en geïsoleerd, waardoor de oppervlaktelaag van het werkstuk wordt geïnfiltreerd met koolstof, stikstof, boor, chroom en andere elementen. Na de infiltratie van deze elementen volgen soms nog andere warmtebehandelingsprocessen zoals afschrikken en temperen. De belangrijkste methoden van chemische warmtebehandeling zijn carboneren, nitreren en metaalpenetratie.
Warmtebehandeling is een van de belangrijkste processen in de productie van mechanische onderdelen en matrijzen. Over het algemeen kan het de verschillende eigenschappen van het werkstuk, zoals slijtvastheid en corrosiebestendigheid, waarborgen en verbeteren. Het kan ook de structuur en spanningsverdeling van het werkstuk verbeteren, waardoor diverse koud- en warmbewerkingen worden vergemakkelijkt.
Bijvoorbeeld: wit gietijzer kan na een langdurige gloeibehandeling smeedbaar gietijzer worden, waardoor de plasticiteit verbetert; tandwielen kunnen met de juiste warmtebehandeling tientallen keren langer meegaan dan niet-warmtebehandelde tandwielen; bovendien kan goedkoop koolstofstaal door infiltratie met bepaalde legeringselementen de eigenschappen van sommige duurdere gelegeerde staalsoorten verkrijgen en kan het bepaalde hittebestendige staalsoorten en roestvrij staal vervangen; mallen en matrijzen moeten vrijwel allemaal een warmtebehandeling ondergaan en kunnen pas na deze behandeling worden gebruikt.
Aanvullende middelen
I. Soorten gloeien
Gloeien is een warmtebehandelingsproces waarbij het werkstuk tot een geschikte temperatuur wordt verwarmd, gedurende een bepaalde tijd op die temperatuur wordt gehouden en vervolgens langzaam wordt afgekoeld.
Er bestaan veel verschillende soorten gloeiprocessen voor staal. Afhankelijk van de verwarmingstemperatuur kunnen deze worden onderverdeeld in twee categorieën: de eerste is gloeien bij de kritische temperatuur (Ac1 of Ac3) en hoger, ook wel faseveranderingsgloeiing genoemd, waaronder volledig gloeien, onvolledig gloeien, sferoïdaal gloeien en diffusiegloeien (homogenisatiegloeien), enz.; de tweede is gloeien onder de kritische temperatuur, waaronder herkristallisatiegloeien en spanningsverlagend gloeien, enz. Afhankelijk van de afkoelingsmethode kan gloeien worden onderverdeeld in isothermisch gloeien en continu afkoelend gloeien.
1. Volledig gloeien en isothermisch gloeien
Volledig gloeien, ook wel herkristallisatiegloeien genoemd, of kortweg gloeien, is het proces waarbij staal of gehard staal wordt verhit tot een temperatuur van 20-30 °C (Ac3) en vervolgens lang genoeg op deze temperatuur wordt gehouden om na langzame afkoeling een volledig austenitisch proces te bereiken. Dit proces wordt voornamelijk toegepast op gietstukken, smeedstukken en warmgewalste profielen van koolstof- en gelegeerd staal met een sub-eutectische samenstelling, en soms ook op gelaste constructies. Het wordt vaak gebruikt als laatste warmtebehandeling voor lichte werkstukken, of als voorbehandeling.
2. Gloeien van de kogel
Sferoïdaal gloeien wordt voornamelijk gebruikt voor over-eutectisch koolstofstaal en gelegeerd gereedschapsstaal (zoals bij de vervaardiging van snijgereedschappen, meetinstrumenten, mallen en matrijzen die in de staalindustrie worden gebruikt). Het voornaamste doel is het verlagen van de hardheid, het verbeteren van de bewerkbaarheid en het voorbereiden op toekomstig afschrikken.
3. Spanningsontlastend gloeien
Spanningsontlastend gloeien, ook wel lagedemperatuurgloeien (of hogetemperatuurontlaten) genoemd, wordt voornamelijk gebruikt om restspanningen te verwijderen uit gietstukken, smeedstukken, lasverbindingen, warmgewalste onderdelen, koudgetrokken onderdelen en andere onderdelen. Als deze spanningen niet worden verwijderd, zullen ze na verloop van tijd, of tijdens het daaropvolgende snijproces, leiden tot vervorming of scheuren in het staal.
4. Onvolledig gloeien houdt in dat het staal wordt verhit tot Ac1 ~ Ac3 (sub-eutectisch staal) of Ac1 ~ ACcm (over-eutectisch staal) tussen het behouden van de warmte en het langzaam afkoelen om een nagenoeg evenwichtige verdeling van het warmtebehandelingsproces te verkrijgen.
II.Bij het afkoelen worden meestal pekel, water en olie als koelmiddel gebruikt.
Het afkoelen van het werkstuk in zout water levert gemakkelijk een hoge hardheid en een glad oppervlak op, en voorkomt dat er zachte plekken ontstaan. Het nadeel is echter dat het werkstuk gemakkelijk ernstig kan vervormen en zelfs scheuren kan vertonen. Het gebruik van olie als afkoelmedium is alleen geschikt voor werkstukken van gelegeerd staal met een relatief grote stabiliteit van het onderkoelde austeniet, of voor werkstukken van koolstofstaal met een kleine afmeting.
III.het doel van het temperen van staal
1. Het verminderen van brosheid, het elimineren of verminderen van interne spanningen: bij het afschrikken van staal ontstaat veel interne spanning en brosheid. Als het staal niet tijdig wordt getemperd, kan dit vaak leiden tot vervorming of zelfs scheuren.
2. Om de vereiste mechanische eigenschappen van het werkstuk te verkrijgen, heeft het werkstuk na het harden een hoge hardheid en brosheid. Om te voldoen aan de eisen van de verschillende eigenschappen van diverse werkstukken, kan de hardheid worden aangepast door middel van een geschikte temperbehandeling om de brosheid te verminderen en de vereiste taaiheid en plasticiteit te bereiken.
3. Stabiliseer de afmetingen van het werkstuk
4. Omdat het bij gloeien moeilijk is om bepaalde gelegeerde staalsoorten te verzachten, wordt na het harden (of normaliseren) vaak een temperbehandeling op hoge temperatuur toegepast, zodat de carbiden in het staal zich op de juiste manier samenvoegen en de hardheid afneemt, wat het snijden en bewerken vergemakkelijkt.
Aanvullende concepten
1. Gloeien: Dit verwijst naar het verhitten van metalen materialen tot de juiste temperatuur, deze temperatuur gedurende een bepaalde tijd aan te houden en vervolgens langzaam af te koelen. Veelvoorkomende gloeiprocessen zijn: herkristallisatiegloeien, spanningsontlastend gloeien, sferoïdaal gloeien, volledig gloeien, enz. Het doel van gloeien is voornamelijk het verlagen van de hardheid van metalen materialen, het verbeteren van de plasticiteit om snijden of persbewerking te vergemakkelijken, het verminderen van restspanningen, het verbeteren van de structuur en homogenisatie, of het voorbereiden van de latere warmtebehandeling op de gewenste structuur.
2. Normaliseren: verwijst naar het proces waarbij staal wordt verhit tot een temperatuur van 30-50 °C (of hoger, op het kritische temperatuurpunt) gedurende een geschikte tijd, waarna het in stilstaande lucht wordt afgekoeld. Het doel van normaliseren is voornamelijk het verbeteren van de mechanische eigenschappen van koolstofarm staal, het verbeteren van de snij- en bewerkbaarheid, het verfijnen van de korrelstructuur, het elimineren van structuurdefecten en het voorbereiden van de latere warmtebehandeling op de gewenste structuur.
3. Afschrikken: Dit verwijst naar het verhitten van staal tot een temperatuur van Ac3 of Ac1 (staal onder het kritische temperatuurpunt) boven een bepaalde temperatuur, gedurende een bepaalde tijd op die temperatuur gehouden, en vervolgens met een geschikte afkoelsnelheid, om de martensitische (of bainitische) structuur te verkrijgen tijdens de warmtebehandeling. Gangbare afschrikprocessen zijn afschrikken in één medium, afschrikken in twee mediums, martensitisch afschrikken, isothermisch bainitisch afschrikken, oppervlakteafschrikken en plaatselijk afschrikken. Het doel van afschrikken: het verkrijgen van de gewenste martensitische structuur in de stalen onderdelen, het verbeteren van de hardheid, sterkte en slijtvastheid van het werkstuk, en het voorbereiden van de daaropvolgende warmtebehandeling op de gewenste structuur.
4. Ontlaten: verwijst naar het proces waarbij staal wordt gehard, vervolgens verhit tot een temperatuur onder Ac1, gedurende een bepaalde tijd op die temperatuur wordt gehouden en daarna wordt afgekoeld tot kamertemperatuur. Gangbare ontlaatprocessen zijn: ontlaten bij lage temperatuur, ontlaten bij middelhoge temperatuur, ontlaten bij hoge temperatuur en meervoudig ontlaten.
Het doel van temperen is voornamelijk het elimineren van de spanningen die tijdens het afkoelen in het staal ontstaan, zodat het staal een hoge hardheid en slijtvastheid krijgt en de vereiste plasticiteit en taaiheid bezit.
5. Ontlaten: verwijst naar het proces van warmtebehandeling waarbij staal wordt afgeschrikt en vervolgens op hoge temperatuur wordt ontlaten. Het wordt ook wel ontlaatstaal genoemd. Het betreft over het algemeen constructiestaal met een gemiddeld koolstofgehalte en gelegeerd constructiestaal met een gemiddeld koolstofgehalte.
6. Carboneren: Carboneren is het proces waarbij koolstofatomen in de oppervlaktelaag van staal doordringen. Het doel is om een werkstuk van koolstofarm staal een oppervlaktelaag te geven die vergelijkbaar is met die van koolstofrijk staal. Na afschrikken en temperen bij lage temperatuur krijgt de oppervlaktelaag van het werkstuk een hoge hardheid en slijtvastheid, terwijl het binnenste deel van het werkstuk de taaiheid en plasticiteit van koolstofarm staal behoudt.
Vacuümmethode
Omdat het verhitten en afkoelen van metalen werkstukken tientallen handelingen vereist, en deze handelingen plaatsvinden in de vacuümwarmteoven waar de operator niet bij kan komen, is een hoge mate van automatisering van de vacuümwarmteoven noodzakelijk. Tegelijkertijd vereisen sommige handelingen, zoals het verhitten en vasthouden van het werkstuk en het afschrikken ervan, zes of zeven stappen die binnen 15 seconden moeten worden voltooid. Deze snelle uitvoering van vele handelingen kan gemakkelijk leiden tot nervositeit bij de operator en fouten. Daarom is alleen een hoge mate van automatisering een nauwkeurige en tijdige coördinatie volgens het programma mogelijk.
Het vacuümwarmtebehandelen van metalen onderdelen vindt plaats in een gesloten vacuümoven, waarbij een strikte vacuümafdichting essentieel is. Het is daarom van groot belang om de oorspronkelijke luchtlekkage van de oven te behouden en zo het werkvacuüm te waarborgen, en de kwaliteit van de vacuümwarmtebehandeling te garanderen. Een betrouwbare vacuümafdichting is dan ook een cruciaal aspect van een vacuümwarmtebehandelingsoven. Om de vacuümprestaties van de oven te garanderen, moet het ontwerp van de ovenconstructie gebaseerd zijn op een basisprincipe: de ovenwand moet gasdicht gelast zijn en er moeten zo min mogelijk openingen of geen openingen zijn. Dynamische afdichtingen moeten zoveel mogelijk vermeden worden om de kans op vacuümlekkage te minimaliseren. Ook de componenten en accessoires die in de ovenwand zijn geïnstalleerd, zoals watergekoelde elektroden en thermokoppels, moeten zodanig ontworpen zijn dat ze luchtdicht afgedicht zijn.
De meeste verwarmings- en isolatiematerialen kunnen alleen onder vacuüm worden gebruikt. De verwarmings- en isolatiebekleding van vacuümwarmteovens werkt in een vacuümomgeving bij hoge temperaturen. Daarom stellen deze materialen hoge eisen aan temperatuurbestendigheid, stralingsweerstand en thermische geleidbaarheid. De eisen aan oxidatiebestendigheid zijn minder hoog. Om die reden worden tantaal, wolfraam, molybdeen en grafiet veelvuldig gebruikt als verwarmings- en isolatiematerialen in vacuümwarmteovens. Deze materialen oxideren echter zeer gemakkelijk in de atmosfeer, waardoor ze niet geschikt zijn voor gebruik in gewone warmteovens.
Waterkoeling van de oven: de behuizing, deksel, elektrische verwarmingselementen, watergekoelde elektroden, tussenliggende vacuümwarmte-isolatiedeur en andere componenten bevinden zich in een vacuüm en worden blootgesteld aan warmte. Onder deze extreem ongunstige omstandigheden moet ervoor worden gezorgd dat de structuur van elk onderdeel niet vervormt of beschadigd raakt en dat de vacuümafdichting niet oververhit raakt of doorbrandt. Daarom moet voor elk onderdeel een waterkoelingssysteem worden geïnstalleerd dat is afgestemd op de specifieke omstandigheden, om een normale werking en een voldoende lange levensduur van de vacuümoven te garanderen.
Bij gebruik van een vacuümcontainer met lage spanning en hoge stroomsterkte, wanneer de vacuümdruk enkele l/1 torr bedraagt, kan de spanning op de onder spanning staande geleider in de vacuümcontainer een gloeiontlading veroorzaken. In een vacuümwarmtebehandelingsoven kan een ernstige vlamboogontlading het elektrische verwarmingselement en de isolatielaag beschadigen, wat tot grote ongelukken en verliezen kan leiden. Daarom is de werkspanning van het elektrische verwarmingselement in een vacuümwarmtebehandelingsoven over het algemeen niet hoger dan 80 tot 100 volt. Tegelijkertijd moeten bij het ontwerp van de structuur van het elektrische verwarmingselement effectieve maatregelen worden genomen, zoals het vermijden van scherpe punten en een te kleine afstand tussen de elektroden, om het ontstaan van gloeiontladingen of vlamboogontladingen te voorkomen.
temperen
Afhankelijk van de verschillende prestatie-eisen van het werkstuk en de bijbehorende tempertemperaturen, kan onderscheid worden gemaakt tussen de volgende soorten temperen:
(a) temperen bij lage temperatuur (150-250 graden)
Het temperen bij lage temperatuur van het resulterende materiaal voor getemperd martensiet. Het doel hiervan is om de hoge hardheid en slijtvastheid van gehard staal te behouden, terwijl de interne spanning en brosheid die tijdens het harden ontstaan, worden verminderd. Dit voorkomt afbrokkeling of voortijdige beschadiging tijdens gebruik. Het wordt voornamelijk gebruikt voor diverse snijgereedschappen van koolstofstaal, meetinstrumenten, koudgetrokken matrijzen, rollagers en gecarburiseerde onderdelen, enz. Na het temperen bedraagt de hardheid doorgaans HRC 58-64.
(ii) temperen op middelhoge temperatuur (250-500 graden)
Middelhoge temperatuur tempering voor gehard kwarts. Het doel is om een hoge vloeigrens, elasticiteitsgrens en hoge taaiheid te verkrijgen. Daarom wordt het voornamelijk gebruikt voor diverse veren en warmbewerkingsmatrijzen. De hardheid na tempering ligt doorgaans tussen HRC 35 en 50.
(C) temperen op hoge temperatuur (500-650 graden)
Het temperen van Sohnite bij hoge temperaturen is een proces dat de productie van dit materiaal bevordert. De gebruikelijke combinatie van afschrikken en temperen bij hoge temperaturen, ook wel temperen genoemd, heeft als doel de sterkte, hardheid, plasticiteit en taaiheid van het materiaal te verbeteren en daarmee de algehele mechanische eigenschappen te optimaliseren. Daarom wordt het veel gebruikt in auto's, tractoren, werktuigmachines en andere belangrijke constructieonderdelen, zoals drijfstangen, bouten, tandwielen en assen. De hardheid na het temperen ligt doorgaans tussen HB200 en HB330.
Voorkomen van vervorming
De oorzaken van vervorming bij precisiematrijzen zijn vaak complex, maar door de vervormingswetten te begrijpen, de oorzaken te analyseren en verschillende methoden toe te passen om de vervorming te voorkomen, kunnen we deze verminderen en beheersen. Over het algemeen kunnen de volgende preventieve maatregelen worden genomen bij het warmtebehandelen van precisiematrijzen.
(1) Redelijke materiaalkeuze. Voor precisiematrijzen met complexe structuren moet een materiaal worden gekozen dat goed bestand is tegen microdeformatie (zoals luchtgehard staal). Matrijzen met ernstige carbidesegregatie moeten op een redelijke manier worden gesmeed en getemperd. Matrijzen met grotere carbidesegregatie die niet gesmeed kunnen worden, kunnen een dubbele oplossingsverfijningsbehandeling ondergaan.
(2) Het ontwerp van de matrijsstructuur moet redelijk zijn, de dikte mag niet te veel verschillen, de vorm moet symmetrisch zijn, voor de vervorming van de grotere matrijs moet de vervormingswet beheerst worden, er moet een bewerkingsmarge gereserveerd worden, en voor grote, precieze en complexe matrijzen kunnen combinaties van structuren gebruikt worden.
(3) Precisie- en complexe matrijzen moeten een voorbehandeling met warmte ondergaan om de restspanningen die tijdens het bewerkingsproces zijn ontstaan, te elimineren.
(4) Een redelijke keuze van de verwarmingstemperatuur, controle van de verwarmingssnelheid; voor nauwkeurige, complexe matrijzen kunnen langzame verwarming, voorverwarming en andere evenwichtige verwarmingsmethoden worden toegepast om vervorming van de matrijs door warmtebehandeling te verminderen.
(5) Probeer, onder de voorwaarde dat de hardheid van de mal gewaarborgd blijft, gebruik te maken van voorkoeling, gefaseerde afkoeling of temperatuurafkoeling.
(6) Voor precisie- en complexe matrijzen, indien de omstandigheden dit toelaten, probeer dan vacuümverwarming en afkoeling toe te passen, gevolgd door een diepkoelingsbehandeling.
(7) Voor sommige precisie- en complexe matrijzen kunnen voorbehandeling, verouderingsbehandeling, temperen en nitreren worden gebruikt om de nauwkeurigheid van de matrijs te controleren.
(8) Bij het repareren van gaten in vormzand, porositeit, slijtage en andere defecten, wordt gebruik gemaakt van een koudlasmachine en andere apparatuur voor reparatie die bestand is tegen thermische impact, om vervorming tijdens het reparatieproces te voorkomen.
Daarnaast zijn een correcte uitvoering van het warmtebehandelingsproces (zoals het afdichten van gaten, het aanbrengen van verstevigingsgaten, mechanische fixatie, geschikte verwarmingsmethoden, de juiste keuze van de koelrichting van de matrijs en de bewegingsrichting van het koelmedium, enz.) en een redelijk temperingswarmtebehandelingsproces effectieve maatregelen om de vervorming van precisie- en complexe matrijzen te verminderen.
Oppervlakteharding en temperen worden doorgaans uitgevoerd met inductieverwarming of vlamverwarming. De belangrijkste technische parameters zijn de oppervlaktehardheid, de lokale hardheid en de effectieve hardingslaagdikte. Voor de hardheidsmeting kan een Vickers-hardheidsmeter worden gebruikt, maar ook een Rockwell-hardheidsmeter of een Rockwell-oppervlaktehardheidsmeter. De keuze van de meetkracht (schaal) hangt samen met de dikte van de effectieve hardingslaag en de oppervlaktehardheid van het werkstuk. Er worden drie soorten hardheidsmeters gebruikt.
Ten eerste is de Vickers-hardheidsmeter een belangrijk hulpmiddel voor het testen van de oppervlaktehardheid van warmtebehandelde werkstukken. Deze meter kan een testkracht van 0,5 tot 100 kg instellen en kan een oppervlaktehardingslaag van slechts 0,05 mm dik meten. De nauwkeurigheid is zeer hoog en de meter kan zelfs de kleinste verschillen in oppervlaktehardheid van warmtebehandelde werkstukken detecteren. Daarnaast kan met de Vickers-hardheidsmeter ook de diepte van de effectieve hardingslaag worden bepaald. Daarom is een Vickers-hardheidsmeter onmisbaar voor oppervlaktewarmtebehandelingen of voor de productie van grote aantallen warmtebehandelde werkstukken.
Ten tweede is de Rockwell-hardheidsmeter ook zeer geschikt voor het testen van de hardheid van oppervlaktegeharde werkstukken. De Rockwell-hardheidsmeter heeft drie schalen om uit te kiezen. Hiermee kan de effectieve hardingsdiepte van meer dan 0,1 mm van diverse oppervlaktegeharde werkstukken worden gemeten. Hoewel de precisie van de Rockwell-hardheidsmeter niet zo hoog is als die van de Vickers-hardheidsmeter, voldoet deze als kwaliteitsmanagement- en inspectiemiddel voor warmtebehandelingsbedrijven ruimschoots aan de eisen. Bovendien is de meter eenvoudig te bedienen, gebruiksvriendelijk, voordelig, meet snel en geeft direct de hardheidswaarde en andere kenmerken weer. Met de Rockwell-hardheidsmeter kunnen batches oppervlaktegeharde werkstukken snel en niet-destructief stuk voor stuk worden getest. Dit is belangrijk voor metaalverwerkende en machinebouwbedrijven.
Ten derde, wanneer de door warmtebehandeling geharde oppervlaktelaag dikker is, kan ook een Rockwell-hardheidsmeter worden gebruikt. Bij een dikte van de door warmtebehandeling geharde laag van 0,4 tot 0,8 mm kan de HRA-schaal worden gebruikt, en bij een dikte van meer dan 0,8 mm de HRC-schaal.
De drie hardheidswaarden Vickers, Rockwell en oppervlakte-Rockwell kunnen eenvoudig in elkaar worden omgezet, evenals in de hardheidswaarden die de gebruiker nodig heeft volgens de normen, tekeningen of andere specificaties. De bijbehorende omrekeningstabellen zijn te vinden in de internationale norm ISO, de Amerikaanse norm ASTM en de Chinese norm GB/T.
Plaatselijke verharding
Voor onderdelen waar hogere lokale hardheidseisen gelden, zijn inductieverwarming en andere lokale afschrikmethoden beschikbaar. Bij dergelijke onderdelen moet de locatie van de lokale afschrikbehandeling en de lokale hardheidswaarde doorgaans op de tekeningen worden aangegeven. Hardheidsmetingen van de onderdelen moeten in het daarvoor bestemde gebied worden uitgevoerd. Voor de hardheidsmeting kan een Rockwell-hardheidsmeter worden gebruikt om de HRC-hardheid te bepalen. Bij dunnere warmtebehandelingslagen kan een oppervlakte-Rockwell-hardheidsmeter worden gebruikt om de HRN-hardheid te bepalen.
Chemische warmtebehandeling
Chemische warmtebehandeling is een proces waarbij een of meerdere chemische elementen of atomen in het oppervlak van het werkstuk worden geïnfiltreerd, waardoor de chemische samenstelling, structuur en eigenschappen van het oppervlak van het werkstuk veranderen. Na afschrikken en temperen bij lage temperatuur heeft het oppervlak van het werkstuk een hoge hardheid, slijtvastheid en contactvermoeidheidssterkte, terwijl de kern van het werkstuk een hoge taaiheid heeft.
Zoals hierboven beschreven, is het detecteren en registreren van de temperatuur tijdens het warmtebehandelingsproces van groot belang. Een slechte temperatuurregeling heeft een grote impact op het product. Daarom is het meten van de temperatuur cruciaal, evenals het volgen van het temperatuurverloop gedurende het hele proces. Dit betekent dat de temperatuurverandering tijdens de warmtebehandeling moet worden vastgelegd. Dit maakt toekomstige data-analyse mogelijk en geeft inzicht in de momenten waarop de temperatuur niet aan de eisen voldoet. Dit zal een belangrijke rol spelen bij het verbeteren van de warmtebehandeling in de toekomst.
Werkingsprocedures
1. Maak de werkplek schoon, controleer of de stroomvoorziening, meetinstrumenten en diverse schakelaars normaal functioneren en of de watertoevoer niet uitvalt.
2. Operators moeten goede beschermende kleding dragen, anders is het gevaarlijk.
3. Open de universele omschakelaar voor de stuurspanning, afhankelijk van de technische vereisten van de temperatuurstijging en -daling in de verschillende secties van de apparatuur, om de levensduur en de intactheid van de apparatuur te verlengen.
4. Door aandacht te besteden aan de temperatuur van de warmtebehandelingsoven en de snelheid van de transportband, kan men de vereiste temperatuurnormen voor verschillende materialen beheersen, de hardheid van het werkstuk, de vlakheid van het oppervlak en de oxidatielaag garanderen en de veiligheid nauwlettend in de gaten houden.
5. Let op de temperatuur van de temperoven en de snelheid van de transportband, en zorg voor voldoende afzuiglucht, zodat het werkstuk na het temperen aan de kwaliteitseisen voldoet.
6. Houd je tijdens het werk aan het bericht.
7. De benodigde brandweerapparatuur configureren en vertrouwd raken met het gebruik en het onderhoud ervan.
8. Bij het stoppen van de machine moeten we controleren of alle bedieningsschakelaars in de uit-stand staan en vervolgens de universele omschakelaar sluiten.
Oververhitting
Aan de ruwe rand van de lageronderdelen van de rollagers kan na het afkoelen micro-oververhitting van de microstructuur worden waargenomen. Om de exacte mate van oververhitting te bepalen, moet echter de microstructuur worden bestudeerd. Als in het afgeschrikte GCr15-staal grove naaldmartensiet verschijnt, is er sprake van oververhitting. De oorzaak hiervan kan een te hoge afschriktemperatuur of een te lange afschrik- en verblijftijd zijn, wat leidt tot volledige oververhitting. Het kan ook te wijten zijn aan de oorspronkelijke structuur van de bandcarbiden, waarbij in het koolstofarme gebied tussen de twee banden plaatselijk dikke martensietnaalden ontstaan, wat resulteert in plaatselijke oververhitting. Het rest-austeniet in de oververhitte structuur neemt toe en de dimensionale stabiliteit neemt af. Door de oververhitting van de afgeschrikte structuur worden de staalkristallen grover, wat leidt tot een verminderde taaiheid van de onderdelen, een lagere slagvastheid en een kortere levensduur van het lager. Ernstige oververhitting kan zelfs afschrikscheuren veroorzaken.
Onderverhitting
Een te lage afkoeltemperatuur of onvoldoende koeling leidt tot een afwijkende Torrheniet-structuur in de microstructuur, ook wel bekend als onderverhitting. Dit zorgt voor een lagere hardheid en een sterk verminderde slijtvastheid, wat de levensduur van de rollagers beïnvloedt.
Afkoelingsscheuren
In rollageronderdelen ontstaan tijdens het afschrik- en koelproces scheuren als gevolg van interne spanningen, ook wel afschrikscheuren genoemd. Oorzaken van dergelijke scheuren zijn: een te hoge afschriktemperatuur of een te snelle afkoeling, waardoor de thermische spanning en de volumeverandering van het metaal groter zijn dan de breuksterkte van het staal; oorspronkelijke defecten aan het werkstukoppervlak (zoals scheuren of krassen) of interne defecten in het staal (zoals slak, ernstige niet-metallische insluitingen, witte vlekken, krimpresten, enz.) die tijdens het afschrikken spanningsconcentraties veroorzaken; ernstige ontkoling van het oppervlak en segregatie van carbiden; onvoldoende of te laat ontlaten na het afschrikken van onderdelen; te grote koudstempelspanningen veroorzaakt door het voorgaande proces, smeden, diepe draaisneden, oliegroeven, scherpe randen, enz. Kortom, afschrikscheuren kunnen worden veroorzaakt door een of meer van de bovenstaande factoren, waarbij de aanwezigheid van interne spanning de belangrijkste reden is voor het ontstaan van afschrikscheuren. Afschrikbarsten zijn diep en smal, met een rechte breuk en zonder oxidatiekleur op het breukvlak. Het betreft vaak een langwerpige, vlakke scheur of een ringvormige scheur in de lagerkraag; de vorm in de stalen lagerkogel is S-vormig, T-vormig of ringvormig. Een kenmerk van afschrikbarsten is dat er geen ontkoling aan beide zijden van de scheur optreedt, waardoor ze duidelijk te onderscheiden zijn van smeedscheuren en materiaalscheuren.
Warmtebehandeling vervorming
Bij de warmtebehandeling van NACHI-lageronderdelen treden thermische en interne spanningen op. Deze interne spanningen kunnen elkaar overlappen of gedeeltelijk compenseren en zijn complex en variabel, omdat ze afhankelijk zijn van de verwarmingstemperatuur, de verwarmingssnelheid, de afkoelmethode, de afkoelsnelheid, de vorm en de afmetingen van de onderdelen. Daarom is vervorming tijdens de warmtebehandeling onvermijdelijk. Door de wetmatigheden te herkennen en te beheersen, kan de vervorming van lageronderdelen (zoals de ovaliteit van de kraag, maatafwijkingen, enz.) binnen een beheersbaar bereik worden gehouden, wat de productie ten goede komt. Uiteraard zullen mechanische botsingen tijdens het warmtebehandelingsproces ook vervorming van de onderdelen veroorzaken, maar deze vervorming kan worden gebruikt om de werking te verbeteren, te verminderen en te voorkomen.
Oppervlakte-ontkoling
Bij het warmtebehandelen van rollageronderdelen, wanneer deze in een oxiderend medium worden verhit, oxideert het oppervlak, waardoor het koolstofgehalte aan het oppervlak afneemt en oppervlakteontkoling optreedt. Een te dikke ontkolingslaag, die de maximale toegestane hoeveelheid voor de uiteindelijke verwerking overschrijdt, kan leiden tot afkeuring van de onderdelen. De dikte van de ontkolingslaag kan worden bepaald met behulp van metallografisch onderzoek, met de beschikbare metallografische methode en microhardheidsmeting. De microhardheidsverdeling van de oppervlaktelaag kan, op basis van de meting, als beoordelingscriterium dienen.
Zwakke plek
Door onvoldoende verhitting, slechte koeling en een onvoldoende harding van de rollageronderdelen tijdens het afschrikproces, kan een zogenaamde 'soft spot' ontstaan. Dit verschijnsel, vergelijkbaar met oppervlakteontkoling, kan leiden tot een ernstige afname van de slijtvastheid en vermoeiingssterkte van het oppervlak.
Geplaatst op: 05-12-2023