Metallurgische bewerkingen zoals snijden en lassen waarbij metalen betrokken zijn, genereren vaak warmte. Telkens wanneer een metaal wordt verwarmd, veranderen de structuur en eigenschappen ervan, waardoor het mogelijk wordt dit metaal in verschillende vormen te vervaardigen.
Warmtebehandeling van metalen omvat het verwarmen van het metaal en het vervolgens afkoelen om te voorkomen dat het in gesmolten toestand komt. Deze procedure helpt de mechanische eigenschappen van het metaal te manipuleren. Metaalbewerkers maken vaak gebruik van warmtebehandeling om de sterkte of kneedbaarheid, slijtvastheid of flexibiliteit van metaal te vergroten.
Laten we eens kijken naar het warmtebehandelingsproces, duiken in de verschillende beschikbare technieken en tips die resultaten van topkwaliteit garanderen.
Wat is warmtebehandeling van metalen?
Warmtebehandeling verwijst naar elke procedure waarbij de fysische eigenschappen van een stof (zoals metaal) worden gewijzigd door toepassing van warmte. Deze procedure verbetert vaak de eigenschappen, prestaties en duurzaamheid van het metaal.
Warmtebehandeling bestaat in de meest fundamentele vorm uit het verwarmen van het metaal, het op die temperatuur houden en het vervolgens snel afkoelen. Gedurende de procedure zullen de mechanische eigenschappen van het metaal veranderen. Dit komt omdat de verhoogde temperatuur de microstructuur van het metaal verandert. Microstructuur is een belangrijke factor die de mechanische eigenschappen van een bepaald materiaal beïnvloedt.
Het uiteindelijke resultaat hangt van veel factoren af. Deze omvatten de afkoelsnelheid, omgevingsomstandigheden, de duur van het verwarmen en het handhaven van een specifieke temperatuur voor het metalen onderdeel, enz. Deze parameters zijn afhankelijk van de warmtebehandelingsmethode, het betrokken metaal en de afmetingen van het onderdeel.
Hoe werkt warmtebehandeling?
Over het algemeen verloopt een warmtebehandeling in drie hoofdfasen:
- Het metaal langzaam verwarmen om ervoor te zorgen dat het metaal een constante temperatuur behoudt.
- Het metaal gedurende een bepaalde periode op een bepaalde temperatuur laten weken of vasthouden.
- Afkoeling van het metaal bij kamertemperatuur.
Verwarmingsfase
Ervoor zorgen dat metaal een gelijkmatige verwarming ondergaat, is het primaire doel tijdens de verwarmingsfase. Een constante verwarming resulteert in een gelijkmatige verwarming. Ongelijkmatige verhitting van het metaal kan ervoor zorgen dat het ene deel sneller uitzet dan het andere. Als gevolg hiervan raakt een segment van het metaal vervormd of breekt. De volgende overwegingen moeten leidend zijn bij de keuze van de verwarmingssnelheid:
- De thermische geleidbaarheid: Metalen met een thermische geleidbaarheid geleiden warmte sneller dan metalen met een lage geleidbaarheid.
- Conditie van het metaal: Componenten die eerder verharding of belasting hebben ondergaan, moeten met een lagere snelheid worden verwarmd in vergelijking met componenten die dergelijke processen niet hebben ondergaan.
- Grootte en doorsnede van het metaal: Belangrijkere componenten kunnen langzamer worden verwarmd dan kleinere componenten. Als u dit niet doet, kan dit resulteren in overmatige scheuren of kromtrekken.
Inweekfase
De weekperiode verwijst naar de duur gedurende welke het metaal op de ideale temperatuur wordt gehouden. Deze fase zorgt ervoor dat het metaal op de juiste temperatuur blijft terwijl de beoogde interne structuur zich ontwikkelt. Chemische analyse en metaaleigenschappen zijn vereist om de juiste duur vast te stellen. Bij ongelijkmatige dwarsdoorsneden kan de inweekperiode worden vastgesteld aan de hand van de meest significante doorsnede.
Het is niet raadzaam om de temperatuur van het metaal in één keer snel te verhogen van omgevingstemperatuur naar weektemperatuur. Integendeel, het is noodzakelijk om de temperatuur van het metaal geleidelijk te verhogen tot een niveau net onder de temperatuur waarbij een structurele verandering optreedt. Handhaaf vervolgens deze temperatuuruniformiteit door het hele metaal.
Koelfase
In deze fase moet de metaalsoort worden afgekoeld tot kamertemperatuur. De methode voor het koelen van metaal varieert afhankelijk van de specifieke aard ervan. Voor het metaal kan een koelmedium (vloeistof, gas of een combinatie daarvan) nodig zijn. De koelsnelheid is afhankelijk van zowel het metaal als het koelmedium.
Het metaal wordt geblust wanneer het snel wordt afgekoeld in lucht, water, pekel, olie of andere media. Niet aan alle metalen hoeft te worden voldaan, omdat het proces bij bepaalde metalen scheuren of kromtrekken kan veroorzaken. Water of pekel kunnen metaal snel afkoelen, terwijl oliemengsels geschikter zijn voor een langzamer koelproces. Water wordt over het algemeen gebruikt om koolstofstaal te harden, olie wordt gebruikt voor het harden van gelegeerd staal en water wordt gebruikt om non-ferrometalen te blussen. Niettemin moeten de gekozen koelsnelheid en het gekozen medium geschikt zijn voor het metaal.
Voordelen van warmtebehandeling van metalen
Door de eigenschappen van metalen te veranderen door middel van warmtebehandeling, kunnen ze worden gebruikt in verschillende metaalproductieprocessen. Hier volgen enkele voordelen van warmtebehandeling voor metalen:
Verbetert de bewerkbaarheid en bewerkbaarheid
Warmtebehandeling verbetert de maakbaarheid door het elimineren van interne spanningen. Om bijvoorbeeld de hardheid van een metaal dat moeilijk te bewerken of te vervormen is, te verminderen, kan het worden uitgegloeid of aan spanningsvermindering worden onderworpen. Slechts een deel van een component kan verzacht worden door een inductievlamwarmtebehandeling, terwijl de rest onaangetast blijft.
Verhoogt de duurzaamheid en weerstand tegen slijtage
Met behulp van het hardingsproces kan een warmtebehandeling de slijtvastheid van een onderdeel vergroten. Oppervlakte- of totale metaalverharding kan hun sterkte, taaiheid, duurzaamheid en weerstand tegen slijtage vergroten.
Verhoogt de veerkracht en kracht
Er is een afweging tussen taaiheid en sterkte; Het vergroten van de sterkte kan de taaiheid verminderen, wat leidt tot broosheid. Treksterkte, vloeigrens en breukveerkracht kunnen worden gewijzigd door warmtebehandeling. Hoewel verharding de stabiliteit verbetert, vereist het temperen om de broosheid te verminderen. De beoogde ultieme sterkte van het materiaal bepaalt de exacte mate van tempering.
Verbetert de magnetische en elektrische eigenschappen
De meeste materialen verwerven magnetisme tijdens het verharden. Een bepaalde gloeiprocedure vermindert de magnetische permeabiliteit, wat van cruciaal belang is als het onderdeel wordt gebruikt in een elektronische omgeving en meerdere industrieën.
Welke metalen zijn geschikt voor warmtebehandeling?
Hoewel metaalwarmtebehandeling voornamelijk ferrometalen treft, is het ook mogelijk om legeringen te verwerken die bestaan uit aluminium, koper, messing en titanium. Tot de ferrometalen die geschikt zijn voor thermische behandeling behoren gereedschapsstaal, roestvrij staal en gietijzer in verschillende kwaliteiten.
- Harden, nitreren, temperen, harden, gloeien, normaliseren en spanningsverlichting zijn typische behandelingen voor ferrometalen.
- Koper en koperlegeringen ondergaan gloei-, afschrik- en andere warmtebehandelingsprocessen.
- Gloeien, oplossingswarmtebehandeling, natuurlijke en kunstmatige veroudering en andere warmtebehandelingstechnieken zijn allemaal haalbare opties voor aluminium.
Niet elk materiaal is vatbaar voor de verschillende vormen van warmtebehandeling. Evenzo zullen niet alle methoden noodzakelijkerwijs aanzienlijke voordelen opleveren voor een enkel materiaal. Om het gewenste resultaat te verkrijgen, moet de materialen individueel moeten worden onderzocht.
Verschillende soorten warmtebehandelingstechnieken
Er zijn verschillende warmtebehandelingstechnieken om de mechanische eigenschappen van metalen te verbeteren. Deze verschillende methoden worden hieronder uitgelegd:
Verharding
Het hardingsproces is een veelgebruikte warmtebehandelingsmethode om de hardheid van metalen te verbeteren. In bepaalde gevallen wordt alleen het oppervlak van het metaal gehard. Om uitharding te bereiken, wordt het werkstuk verwarmd tot een specifieke temperatuur, doorgaans tussen 800 en 900 °C. Vervolgens wordt het snel afgekoeld door afschrikken in een koelmedium zoals olie, pekel, polymeren of water.
Staalsoorten met een hoog gehalte aan legeringselementen vereisen echter hogere verwarmingstemperaturen, variërend van 980 tot 1110°C. Snelle afkoeling is cruciaal voor de meeste staalmaterialen, omdat de afkoelfase het hardheidsniveau beïnvloedt. Harden verbetert de hardheid en sterkte van staal door de weerstand van de roosterstructuur te versterken. Het kan echter ook leiden tot verhoogde broosheid.
tempereren
Bij tempereren wordt staal verwarmd tot een specifieke temperatuur (onder de hardingstemperatuur), het gedurende de vereiste tijd op die temperatuur gehouden en vervolgens afgekoeld, meestal in stilstaande lucht. De ontlaattemperatuur bepaalt de resulterende sterkte, hardheid en flexibiliteit.
De meeste toepassingen vereisen temperen voor afgeschrikte onderdelen, altijd uitgevoerd bij temperaturen die lager zijn dan het laagkritische punt van het staal. Voor gehard staal begint het temperen bij 212 ° F en verloopt naarmate de temperatuur stijgt naar het laagkritische punt. Het kiezen van een specifieke tempertemperatuur kan de resulterende hardheid en sterkte bepalen.
De minimale tempertijd moet 1 uur zijn en de afkoelsnelheid heeft meestal geen invloed op het staal. Stalen onderdelen worden na het temperen gewoonlijk luchtgekoeld, maar sommige moeten worden afgeschrikt om broosheid te voorkomen. De uiteindelijke hardheid van gehard staal varieert echter op basis van de staalsamenstelling.
Gloeien
Gloeien is een methode waarbij een metalen onderdeel wordt verwarmd tot een vaste temperatuur, op die temperatuur wordt gehouden en vervolgens langzaam wordt afgekoeld. Dit proces verlicht restspanningen veroorzaakt door handelingen zoals snijden of koud bewerken. Metaalgloeien verbetert de ductiliteit en vermindert de broosheid door de hardheid, treksterkte en vloeigrens te verminderen.
Het primaire doel van gloeien is om metalen geschikter te maken voor productieprocessen zoals vormen, vormen, stampen, smeden, buigen en hydrovormen. Spanningsverlichting houdt in dat metaal op een relatief lage temperatuur wordt verhit en gelijkmatig wordt afgekoeld. De aanbevolen temperatuur is lager dan 1000°F voor koper of staal en lager dan 400°F voor aluminium.
Gloeien wordt echter uitgevoerd bij aanzienlijk hogere temperaturen: 1600°F (870°C) of hoger voor koper en staal 600°F (315°C) of hoger voor aluminium. Dit kan meer spanningsverlichting bieden in vergelijking met een eenvoudiger spanningsverlichtingsproces. Gloeibehandelingen worden toegepast op alle soorten metaal met behulp van vacuüm-, endotherme en luchtovens.
Normaliseren
Normaliseren is een methode die interne spanningen in ferrometalen elimineert na koude bewerkingsprocessen zoals walsen, stampen, hameren, enz. Desondanks zijn genormaliseerde staalsoorten taaier en sterker dan gegloeid staal. Als gevolg hiervan is normalisatie typisch voor stalen onderdelen die worden blootgesteld aan schokken en die maximale taaiheid en weerstand tegen externe spanning vereisen.
Het normaliseringsproces omvat:
- Het verwarmen van het metalen materiaal tot een specifieke temperatuur tussen 810 – 930°C, afhankelijk van de staalsoort
- Zorg voor een gelijkmatige verwarming door het metaal te laten weken
- Afkoelen in stilstaande lucht
Het is essentieel op te merken dat normaliseren bij de warmtebehandeling van staal hogere temperaturen met zich meebrengt dan bij hardings- en ontlatingsprocessen. Het primaire doel is het elimineren van interne spanningen die ontstaan na koudvervormen. Normaliseren verbetert ook de elektrische en mechanische eigenschappen, bewerkbaarheid en treksterkte, waardoor de structuur wordt hersteld naar normale omstandigheden.
Carbureren
Dit proces verbetert de oppervlaktehardheid van staal door koolstofatomen in het oppervlak en de ondergrond te introduceren. Dit versterkt het oppervlak van het metalen onderdeel, verbetert de microstructuur en verbetert de mechanische eigenschappen door koolstofdiffusie. De diepte van koolstofdiffusie hangt af van factoren zoals het koolstofniveau in de atmosfeer, het materiaaltype, de temperatuur en de duur van blootstelling aan die temperatuur.
Verharding vindt plaats na het afschrikken van het onderdeel. Carbureren verhoogt de oppervlaktehardheid en verbetert de vermoeiingssterkte en slijtvastheid. Het wordt het meest gebruikt voor staalsoorten met een laag koolstofgehalte, variërend van 0.05% tot 0.3%. Het kan worden toegepast op onderdelen met verschillende complexiteit. Carbureren is de voorkeursbehandeling voor metalen die verbeterde slijtvastheid, duurzaamheid en vermoeiingssterkte vereisen voor de beoogde toepassingen bij temperaturen variërend van 850°C tot 1000°C.
Nitreren
Nitreren is een thermochemisch hardingsproces dat de hardheid, de levensduur van metalen onderdelen en de slijtvastheid verbetert. Bij nitreren wordt stikstof in het metaaloppervlak verspreid om het gewenste verhardingseffect te bereiken. Het proces omvat een warmtebehandeling van een ijzerhoudend materiaal en het blootstellen ervan aan gecontroleerde subkritische temperaturen met actieve stikstof.
Tijdens de blootstelling aan actieve stikstof worden temperaturen variërend van 400°C tot 590°C toegepast, waardoor deze onder de eindtemperatuur van het tempereren blijven om de mechanische eigenschappen van het metaal te behouden. Nitreren is het meest effectief op materialen van gelegeerd staal die elementen bevatten die nitriden vormen, waardoor de gemakkelijke vorming van precipitaten van gelegeerde nitrides met stikstof wordt vergemakkelijkt.
Naast het verhardende effect verleent nitreren anti-vastloop-, anti-vret- en anti-laseigenschappen aan het metalen onderdeel. Genitreerde metalen kunnen hun hardheid behouden bij temperaturen tot 1000°F. Deze eigenschappen maken genitreerde metalen zeer geschikt voor diverse toepassingen, waaronder matrijzen, lagers, tandwielen, spuitmonden, assen, transportschroeven, kleppen, zuigerveren, etc.
cyanide
Bij dit proces ondergaat metaal verhitting in aanwezigheid van natriumcyanide. Dit leidt tot de afzetting van stikstof- en koolstofatomen op het oppervlak, waardoor de hardheid toeneemt. Het metalen onderdeel wordt ondergedompeld in een gesmolten cyanidezoutbad dat tijdens het cyaniden op 950 graden Celsius wordt gehouden.
De gebruikte gesmolten zouten omvatten natriumchloride, natriumcarbonaat, natriumcyanide en natriumcarbonaat. Het ondergedompelde stuk blijft 950 tot 15 minuten in het gesmolten cyanide van 20°C. Bij de ontleding van natriumcyanide ontstaan koolstof en stikstof uit koolmonoxide, waardoor deze in het oppervlak diffunderen en verharden. Vervolgens wordt het onderdeel uit het bad gehaald en afgeschrikt in olie of water.
Gevalverharding
Bij het uithardingsproces wordt de buitenste laag van het metalen onderdeel gehard terwijl de binnenkant zacht blijft. Metalen zoals staal en ijzer, die een laag koolstofgehalte hebben, vereisen extra koolstofinjectie op het oppervlak. Meestal gebruikt als laatste stap na het bewerken, gaat het bij harden om hoge temperaturen en andere chemicaliën en elementen om een geharde buitenlaag te creëren. Omdat door verharding metalen brosser kunnen worden, is verharding gunstig voor toepassingen die een flexibel metaal met een duurzame slijtlaag nodig hebben.
Factoren die het warmtebehandelingsproces beïnvloeden
Een verscheidenheid aan variabelen beïnvloedt de warmtebehandeling van metalen. Controleer de volgende factoren:
Temperatuur en tijd
Tijd en temperatuur zijn essentieel bij de warmtebehandeling van metaal en beïnvloeden de verwarmings-, week- en afkoelfasen. Onderzoek wijst uit dat hun cruciale rol speelt bij het veranderen van de mechanische eigenschappen en de microstructuur. Het verhogen van de afkoelsnelheid (afschrikken) van het staal met 1000°C per minuut resulteert bijvoorbeeld in een nieuwe microstructuur (martensiet).
Samenstelling van metaallegering
De warmtebehandeling van metalen wordt ook beïnvloed door legeringselementen. Deze elementen vertragen de diffusie van atomen door ijzerroosters, waardoor allotrope transformaties worden vertraagd.
Bovendien dragen legeringselementen zoals mangaan, nikkel, molybdeen en boor bij aan een verhoogde hardheid. Ze maken tempereren bij hogere temperaturen mogelijk, wat resulteert in een verbeterde flexibiliteit. Bijgevolg beïnvloedt de samenstelling van het metaal het warmtebehandelingsproces.
Vervormingspercentage
In veel gevallen leiden verschillende warmtebehandelingsprocessen tot verschillende vervormingen en veranderingen in de afmetingen van onderdelen. De mate van vervorming hangt samen met de volgende factoren:
- De initiële structuur van het metalen materiaal vóór de warmtebehandeling.
- De specifieke warmtebehandelingsmethode en de plaatsing ervan in de oven.
- De verdeling van stress.
Bijgevolg heeft de mate van vervorming invloed op het warmtebehandelingsproces van metalen.
Conclusie
Het toepassen van warmtebehandeling op metalen is een effectieve methode om hun mechanische eigenschappen te verbeteren. Het kan naast de fysieke eigenschappen ook de magnetische en elektrische eigenschappen van een metaal verbeteren. Er kunnen verschillende thermische behandelingsprocedures worden toegepast voor productverbetering, maar het bereiken van de gewenste resultaten vereist de expertise van gekwalificeerde professionals.
Met Zintilon wordt de productie van precies op maat gemaakte elementen eenvoudig. Onze faciliteiten zijn uitgerust om diverse warmteverwerkingswerkzaamheden uit te voeren, uitgevoerd door zeer bekwame technici en ingenieurs. Wij staan klaar om onze kennis en ervaring in te zetten om topdiensten te leveren. U kunt er zeker van zijn dat u uitgebreide hulp krijgt en producten die zijn afgestemd op uw specifieke behoeften, en dit alles tegen concurrerende prijzen. Ontvang een offerte bereiken van jouw doelen
Geweldig, Samen
