Het vermogen om slijtage en deuken te weerstaan ​​zijn twee zeer belangrijke eigenschappen van bepaalde soorten metalen. Hardheid, de meting van deze eigenschappen, is een belangrijke overweging bij het kiezen van het te kiezen metaal. Om ervoor te zorgen dat de hardheid van het metalen substraat geschikt is, veranderen sommige metalen hun oppervlaktehardheid door middel van een methode die oppervlakteharding wordt genoemd.

Case hardening is een techniek om de duurzaamheid en het uiterlijk van een metalen oppervlak te verbeteren, waarbij het metalen oppervlak wordt versterkt door een dunne laag op het bovenoppervlak van een andere metaallegering toe te voegen. De dunne laag legering is meestal harder en duurzamer dan het originele metaal.

Wat is zaakverharding?

Case hardening wordt ook wel "surface hardening" genoemd. Het is een warmtebehandelingsproces dat het oppervlak van het metalen onderdeel verhardt terwijl de binnenkant van het onderdeel relatief zacht blijft.

Voor ijzer of staal met een laag koolstofgehalte omvat de hardingsprocedure meestal het toevoegen van extra koolstof of stikstof aan het oppervlak. Vaste metalen bevatten moleculen en atomen die stevig opeengepakt zijn in een kristallijne structuur. Wanneer koolstof diffundeert van het koolstofhoudende materiaal op het oppervlak van koolstofarm staal of gelegeerd staal in de kristalstructuur, zullen de sterkte en hardheid van de buitenste laag sterk toenemen. De schaaldiepte van koolstofdiffusie kan nauwkeurig worden geregeld om de mechanische eigenschappen van de schaal te bepalen.

Waarom Case Harden?

Er zijn veel redenen om een ​​materiaal aan het oppervlak te harden in plaats van te proberen een volledig metalen voorwerp te harden. Een reden is efficiëntie. Vergeleken met de gehele dwarsdoorsnede van het metaal is er minder energie en tijd nodig om het buitenste oppervlak van het metaal te verwarmen. Deze efficiëntie kan veel kosten besparen bij grootschalige productieprocessen.

Geharde onderdelen zijn zeer geschikt voor onderdelen die voortdurend in contact komen met harde of schurende onderdelen, omdat oppervlaktegeharde onderdelen slijtvaster zijn en meestal sterker zijn dan onderdelen die de "doorharding"-procedure hebben ondergaan, omdat de kern van oppervlaktegeharde onderdelen is zacht, dus het kan grotere spanning weerstaan ​​zonder te barsten. Tijdens het oppervlakteverhardingsproces worden tijdens het fabricageproces ook lagere temperaturen toegepast op verschillende metalen (zoals dunne staallagen) om vervorming te voorkomen.

Soorten methodes voor het verharden van dozen

Verwarmen en blussen

Ook wel vlam- of inductieharden genoemd. Zoals de naam al doet vermoeden, omvat dit proces van verharding van metalen oppervlakken vlam of hitte. In dit proces worden koolstofstalen onderdelen verwarmd tot extreme temperaturen door zuurstofvlam of inductieverhitting, waarna de verwarmde koolstofstalen onderdelen snel worden afgekoeld door een koelmiddel (meestal water). Deze vlamdoving heeft alleen een goed effect op staal of ijzer met voldoende koolstofgehalte. Het koolstofgehalte moet 0,3-0,6 gew.% C zijn. Voor staal- of ijzermaterialen met een koolstofgehalte lager dan deze waarde, zijn er andere processen, zoals nitreren en carboneren.

Nitreren

Nitreren is een andere vorm van oppervlakteverhardingstechnologie. Hierbij worden stalen onderdelen verwarmd tot 484-621°C in een omgeving van ammoniak en gedissocieerde ammoniak. De diepte van het geharde oppervlak hangt af van hoe lang het stalen onderdeel in de ammoniakomgeving blijft. Deze methode moet elementen zoals chroom, molybdeen en aluminium gebruiken om nitriden te vormen om het oppervlak van stalen onderdelen te harden. Verhoogde temperatuur en blootstelling aan stikstof zullen de vorming van nitriden bevorderen, die van nature zeer hard en slijtvast zijn. Dit proces is alleen effectief wanneer het metaal uithardt met elementen die nitriden kunnen vormen (zoals chroom en molybdeen). Nitreren vereist meestal een lagere temperatuur dan verwarmen en afschrikken, en vereist geen afschrikproces, waardoor vervorming wordt verminderd.

Carburisatie

Carbureren is een andere vorm van oppervlakteverharding die veel wordt gebruikt om de mechanische eigenschappen van stalen substraten te verbeteren. Bij het carboneren wordt de staallegering tot een hoge temperatuur verhit en vervolgens blootgesteld aan een grote hoeveelheid koolstof op het oppervlak. Afhankelijk van de toepassingseisen kan de externe koolstofbron gas, vloeibaar of vast zijn. Een grote hoeveelheid externe koolstof zal dan carbiden vormen met andere elementen op het staaloppervlak. Deze carbiden zorgen voor een hogere hardheid en slijtvastheid. Net als bij nitreren is de verwarmingsbehoefte meestal lager en kan er minder vervorming optreden.

Voordelen van case-hardening

1. Oppervlakteverharding verbetert de duurzaamheid en het economisch gebruik van stalen onderdelen

Een van de belangrijkste voordelen van case-hardening is dat het de duurzaamheid van stalen onderdelen vergroot. De mechanische sterkte en oppervlaktehardheid geproduceerd door de oppervlakteharding, evenals het behoud van de zachte kern, verbeteren de slijtvastheid en de vermoeiingslevensduur van het onderdeel aanzienlijk. Door een zachtere kern te behouden, kan het vermogen om de energie die vrijkomt door de impactbelasting te absorberen, worden verbeterd, waardoor de levensduur en economische voordelen worden verlengd.

2. Door oppervlakteverharding kan staal met uitstekende bewerkbaarheid worden gebruikt voor zware toepassingen

Over het algemeen hebben legeringen die worden gebruikt voor zware toepassingen een lage bewerkbaarheid omdat ze harder en sterker moeten zijn. In dit geval maakt het oppervlaktehardingsproces het mogelijk om koolstofarm staal met nauwkeurige bewerkbaarheid te gebruiken in wapen- en wapentoepassingen, evenals andere soortgelijke zware toepassingen die mechanische sterkte, fijne oppervlaktebehandeling en nauwkeurige geometrie vereisen. De daaropvolgende uitharding van het oppervlak na verwerking zorgt voor een uitstekende slijtvastheid en hardheid voor het oppervlak van nauwkeurig bewerkte onderdelen.

3. Oppervlakteverharding verbetert de lasbaarheid van staal

Oppervlakteverharding verbetert de lasbaarheid van staal, wat belangrijk is voor bepaalde technische toepassingen.

4. Oppervlakteverharding door nitreren kan vervorming minimaliseren

Oppervlakteharding van staal door nitreren kan een goedkoop, slijtvast dragend oppervlak opleveren met minimale vervorming. Bij temperaturen rond de 150 °C (302 °F) verliest het genitreerde oppervlak geen hardheid zoals gecarboniseerd staal.

Conclusie

In toepassingen waar componenten worden blootgesteld aan schokbelastingen, trillingen en verkeerde uitlijningsomstandigheden, is gehard staal de eerste keuze. Anders dan doorgehard staal, worden oppervlaktegehard koolstofarm staal en gelegeerd staal taai, sterk, hard en niet bros. Oppervlakteverharding zorgt ook voor een slijtvast oppervlak, wat zorgt voor duurzaamheid en betrouwbaarheid.