Wat is warmtebehandeling? - Proces en methoden?

Wat is warmtebehandeling?

Warmtebehandeling is het proces van het verwarmen en koelen van metalen, waarbij specifieke, vooraf bepaalde methoden worden gebruikt om de gewenste eigenschappen te verkrijgen. Zowel ferro- als non-ferrometalen ondergaan een warmtebehandeling voordat ze in gebruik worden genomen.

In de loop van de tijd zijn er veel verschillende methoden ontwikkeld. Zelfs vandaag de dag werken metallurgen voortdurend aan het verbeteren van de resultaten en kostenefficiëntie van deze processen. Daarvoor ontwikkelen ze nieuwe schema's of cycli om een ​​verscheidenheid aan cijfers te produceren. Elk schema verwijst naar een andere snelheid waarmee het metaal wordt verwarmd, vastgehouden en gekoeld.

Deze methoden kunnen, wanneer ze nauwgezet worden gevolgd, metalen van verschillende standaarden produceren met opmerkelijk specifieke fysische en chemische eigenschappen.

De voordelen van warmtebehandeling

Er zijn verschillende redenen om een ​​warmtebehandeling uit te voeren. Sommige procedures maken het metaal zacht, terwijl andere de hardheid verhogen. Ze kunnen ook de elektrische en warmtegeleiding van deze materialen beïnvloeden.

Sommige warmtebehandelingsmethoden verlichten spanningen die zijn veroorzaakt in eerdere koude werkprocessen. Anderen ontwikkelen gewenste chemische eigenschappen voor metalen. Het kiezen van de perfecte methode hangt echt af van het type metaal en de gewenste eigenschappen.

In sommige gevallen kan een metalen onderdeel verschillende warmtebehandelingsprocedures ondergaan. Sommige superlegeringen die in de vliegtuigindustrie worden gebruikt, kunnen bijvoorbeeld tot zes verschillende warmtebehandelingsstappen ondergaan om ze voor de toepassing te optimaliseren.

Warmtebehandelingsprocesstappen

In eenvoudige bewoordingen is warmtebehandeling het proces waarbij het metaal wordt verwarmd, op die temperatuur wordt gehouden en vervolgens weer wordt afgekoeld. Tijdens het proces zal het metalen onderdeel veranderingen ondergaan in zijn mechanische eigenschappen. Dit komt omdat de hoge temperatuur de microstructuur van het metaal verandert. En microstructuur speelt een belangrijke rol in de mechanische eigenschappen van een materiaal.

Het uiteindelijke resultaat hangt van veel verschillende factoren af. Deze omvatten de verwarmingstijd, de tijd dat het metalen onderdeel op een bepaalde temperatuur wordt gehouden, de afkoelsnelheid, de omgevingsomstandigheden, enz. De parameters zijn afhankelijk van de warmtebehandelingsmethode, het type metaal en de grootte van het onderdeel.

In de loop van dit proces zullen de eigenschappen van het metaal veranderen. Tot die eigenschappen behoren elektrische weerstand, magnetisme, hardheid, taaiheid, taaiheid, brosheid en corrosieweerstand.

1. Verwarming

Zoals we al hebben besproken, verandert de microstructuur van legeringen tijdens warmtebehandeling. Er wordt verwarmd volgens een voorgeschreven thermisch profiel.

Een legering kan bij verhitting in drie verschillende toestanden voorkomen. Het kan een mechanisch mengsel zijn, een vaste oplossing of een combinatie van beide.

Een mechanisch mengsel is analoog aan een betonmengsel waarbij cement zand en grind aan elkaar bindt. Zand en grind zijn nog steeds zichtbaar als afzonderlijke deeltjes. Bij metaallegeringen wordt het mechanische mengsel bij elkaar gehouden door het basismetaal.

Anderzijds worden in een vaste oplossing alle componenten homogeen gemengd. Dit betekent dat ze zelfs onder een microscoop niet afzonderlijk kunnen worden geïdentificeerd.

Elke staat brengt verschillende kwaliteiten met zich mee. Het is mogelijk om de toestand te wijzigen door middel van verwarming volgens het fasediagram. De koeling bepaalt echter het uiteindelijke resultaat. Het is mogelijk dat de legering in een van de drie toestanden terechtkomt, uitsluitend afhankelijk van de methode.

2. Houden

Tijdens de bewaar- of inweekfase wordt het metaal op de bereikte temperatuur gehouden. De duur daarvan hangt af van de vereisten.

Voor het harden van de behuizing zijn bijvoorbeeld alleen structurele veranderingen aan het oppervlak van het metaal nodig om de oppervlaktehardheid te vergroten. Tegelijkertijd hebben andere methoden uniforme eigenschappen nodig. In dit geval is de bewaarperiode langer.

De inweektijd is ook afhankelijk van het materiaaltype en de onderdeelgrootte. Grotere onderdelen hebben meer tijd nodig wanneer uniforme eigenschappen het doel zijn. Het duurt alleen langer voordat de kern van een groot deel de gewenste temperatuur heeft bereikt.

3. Koeling

Nadat de inweekfase is voltooid, moet het metaal op een voorgeschreven manier worden afgekoeld. Ook in deze fase treden structurele veranderingen op. Een vaste oplossing bij afkoeling kan hetzelfde blijven, geheel of gedeeltelijk een mechanisch mengsel worden, afhankelijk van verschillende factoren.

Verschillende media zoals pekel, water, olie of geforceerde lucht regelen de afkoelingssnelheid. De hierboven genoemde volgorde van koelmedia is in afnemende volgorde van effectieve koelsnelheid. Pekel absorbeert warmte het snelst, terwijl lucht het langzaamst is.

Het is ook mogelijk om ovens te gebruiken in het koelproces. De gecontroleerde omgeving zorgt voor hoge precisie wanneer langzame koeling nodig is.

Warmtebehandelingsmethoden

Er zijn nogal wat warmtebehandelingstechnieken om uit te kiezen. Elk van hen brengt bepaalde kwaliteiten met zich mee.

De meest voorkomende warmtebehandelingsmethoden zijn:

• Uitgloeien
• Normaliseren
• Verharding
• Veroudering
• Verlichten van stress
• Temping
• Carburisatie

1. Uitgloeien

Bij het uitgloeien wordt het metaal verwarmd tot boven de bovenste kritische temperatuur en vervolgens langzaam afgekoeld.

Het gloeien wordt uitgevoerd om het metaal zachter te maken. Het maakt het metaal geschikter voor koud werken en vormen. Het verbetert ook de bewerkbaarheid, vervormbaarheid en taaiheid van het metaal.

Gloeien is ook nuttig bij het verlichten van spanningen in het onderdeel veroorzaakt door eerdere koude werkprocessen. De aanwezige plastische vervormingen worden verwijderd tijdens herkristallisatie wanneer de metaaltemperatuur de bovenste kritische temperatuur overschrijdt.

Metalen kunnen een overvloed aan gloeitechnieken ondergaan, zoals herkristallisatiegloeien, volledig gloeien, gedeeltelijk gloeien en definitief gloeien.

2. Normaliseren

Normaliseren is een warmtebehandelingsproces dat wordt gebruikt voor het verlichten van interne spanningen die worden veroorzaakt door processen zoals lassen, gieten of afschrikken.

In dit proces wordt het metaal verwarmd tot een temperatuur die 40° C boven de bovenste kritische temperatuur ligt.

Deze temperatuur is hoger dan de temperatuur die wordt gebruikt voor harden of gloeien. Nadat het gedurende een bepaalde tijd op deze temperatuur is gehouden, wordt het aan de lucht gekoeld. Normaliseren zorgt voor een uniforme korrelgrootte en samenstelling door het hele onderdeel.

Genormaliseerd staal is harder en sterker dan gegloeid staal. In zijn genormaliseerde vorm is staal zelfs taaier dan in elke andere toestand. Dit is de reden waarom onderdelen die slagvastheid vereisen of grote externe belastingen moeten dragen, bijna altijd worden genormaliseerd.

3. Verharding

Het meest gebruikelijke warmtebehandelingsproces van allemaal, verharding wordt gebruikt om de hardheid van een metaal te verhogen. In sommige gevallen kan alleen het oppervlak worden uitgehard.

Een werkstuk wordt gehard door het te verwarmen tot de gespecificeerde temperatuur en vervolgens snel af te koelen door het onder te dompelen in een koelmedium. Er kan olie, pekel of water worden gebruikt. Het resulterende deel zal een grotere hardheid en sterkte hebben, maar tegelijkertijd neemt de broosheid ook toe.

Case hardening is een type hardingsproces waarbij alleen de buitenste laag van het werkstuk wordt uitgehard. Het gebruikte proces is hetzelfde, maar omdat een dunne buitenlaag aan het proces wordt onderworpen, heeft het resulterende werkstuk een harde buitenlaag maar een zachtere kern.

Dit is gebruikelijk voor assen. Een harde buitenlaag beschermt het tegen materiaalslijtage. Wanneer u een lager op een as monteert, kan dit het oppervlak beschadigen en sommige deeltjes ontwrichten die vervolgens het slijtageproces versnellen. Een verhard oppervlak biedt daar bescherming tegen en de kern heeft nog steeds de nodige eigenschappen om vermoeiingsspanningen aan te kunnen.

4. Veroudering

Veroudering of precipitatieharding is een warmtebehandelingsmethode die meestal wordt gebruikt om de vloeigrens van smeedbare metalen te verhogen. Het proces produceert uniform verspreide deeltjes in de korrelstructuur van een metaal die veranderingen in eigenschappen teweegbrengen.

Neerslagverharding komt meestal na een ander warmtebehandelingsproces dat hogere temperaturen bereikt. Door veroudering wordt de temperatuur echter alleen maar verhoogd tot gemiddeld en snel weer omlaag.

Sommige materialen kunnen op natuurlijke wijze verouderen (bij kamertemperatuur), terwijl andere alleen kunstmatig verouderen, d.w.z. bij verhoogde temperaturen. Voor natuurlijk verouderende materialen kan het handig zijn om ze bij lagere temperaturen op te slaan.

5. Stressverlichtend

Spanningsverlichting is vooral gebruikelijk voor ketelonderdelen, luchtflessen, accumulatoren, enz. Deze methode brengt het metaal tot een temperatuur net onder de onderste kritische grens. Het afkoelproces is traag en daarom uniform.

Dit wordt gedaan om spanningen te verminderen die in de onderdelen zijn opgebouwd als gevolg van eerdere processen zoals vormen, machinale bewerking, walsen of rechttrekken.

6. Temping

Temperen is het proces van het verminderen van overtollige hardheid, en dus brosheid, veroorzaakt tijdens het hardingsproces. Interne spanningen worden ook verlicht. Door dit proces te ondergaan, kan een metaal geschikt worden gemaakt voor veel toepassingen die dergelijke eigenschappen nodig hebben.

De temperaturen zijn meestal veel lager dan de uithardingstemperaturen. Hoe hoger de gebruikte temperatuur, hoe zachter het uiteindelijke werkstuk wordt. De afkoelsnelheid heeft geen invloed op de metalen structuur tijdens het temperen en meestal koelt het metaal af in stilstaande lucht.

7. Carburisatie

Bij dit warmtebehandelingsproces wordt het metaal verwarmd in aanwezigheid van een ander materiaal dat bij ontbinding koolstof afgeeft.

De vrijgekomen koolstof wordt geabsorbeerd in het oppervlak van het metaal. Het koolstofgehalte van het oppervlak neemt toe, waardoor het harder wordt dan de binnenkern.

Welke metalen zijn geschikt voor warmtebehandeling?

Hoewel ferrometalen het merendeel van de warmtebehandelde materialen uitmaken, kunnen legeringen van koper, magnesium, aluminium, nikkel, messing en titanium ook een warmtebehandeling ondergaan.

Ongeveer 80% van de warmtebehandelde metalen zijn verschillende staalsoorten. Ferrometalen die met warmte kunnen worden behandeld, zijn onder meer gietijzer, roestvrij staal en verschillende soorten gereedschapsstaal.

Processen zoals harden, gloeien, normaliseren, spanningsverlichting, case harden, nitreren en temperen worden over het algemeen gedaan op ferrometalen.

Koper en koperlegeringen worden onderworpen aan warmtebehandelingsmethoden zoals gloeien, veroudering en afschrikken.

Aluminium is geschikt voor warmtebehandelingsmethoden zoals gloeien, oplossingswarmtebehandeling, natuurlijke en kunstmatige veroudering. Warmtebehandeling voor aluminium is een precisieproces. De reikwijdte van het proces moet worden vastgesteld en moet in elke fase zorgvuldig worden gecontroleerd op de gewenste kenmerken.

Blijkbaar zijn niet alle materialen geschikt voor de vormen van warmtebehandeling. Evenzo zal een enkel materiaal niet noodzakelijkerwijs profiteren van elke methode. Daarom moet elk materiaal afzonderlijk worden bestudeerd om het gewenste resultaat te bereiken. Het gebruik van de fasediagrammen en beschikbare informatie over het effect van de bovengenoemde methoden is het uitgangspunt.

Veelgestelde vragen.

Wat is warmtebehandeling?

Warmtebehandeling is het proces van het verwarmen van metaal zonder het zijn gesmolten of smeltende stadium te laten bereiken, en vervolgens het metaal op een gecontroleerde manier af te koelen om de gewenste mechanische eigenschappen te selecteren. Warmtebehandeling wordt gebruikt om het metaal sterker of kneedbaarder, slijtvaster of taaier te maken.

Wat zijn voorbeelden van warmtebehandelingen?

Autogietstukken van aluminiumlegeringen worden bijvoorbeeld warmtebehandeld om de hardheid en sterkte te verbeteren; messing en bronzen voorwerpen zijn warmtebehandeld om de sterkte te vergroten en barsten te voorkomen; Structuren van titaniumlegeringen zijn warmtebehandeld om de sterkte bij hoge temperaturen te verbeteren.

Wat zijn de twee soorten warmtebehandeling?

Hieronder volgen de verschillende soorten warmtebehandelingsprocessen:

• Uitgloeien.
• Normaliseren.
• verharding.
• Aanhouden.
• Nitreren.
• Cyanering.
• Inductieharden.
• Vlamverharding.

Waarom doen we aan warmtebehandeling?

Er zijn veel voordelen van warmtebehandeling, waaronder het kan de fysieke (mechanische) eigenschappen van een materiaal veranderen en het helpt bij andere fabricagestappen. Het verlicht stress, waardoor het onderdeel gemakkelijker te bewerken of te lassen is. Verhoogt de sterkte, waardoor het materiaal taai of flexibeler wordt.

Hoeveel soorten warmtebehandeling zijn er?

In dit bericht bespreken we de vier basistypen van warmtebehandelingsstaal die vandaag worden ondergaan:gloeien, normaliseren, harden en ontlaten.

Wat zijn de 3 stadia van het warmtebehandelingsproces?

Stadia van warmtebehandeling

• De verwarmingsfase.
• De inweekfase.
• De afkoelfase.

Wat zijn de vijf basisprocessen voor warmtebehandeling?

Warmtebehandelingstechnieken omvatten gloeien, case-harden, precipitatieversterking, temperen, carboneren, normaliseren en afschrikken.

Hoe werkt warmtebehandeling?

In eenvoudige bewoordingen is warmtebehandeling het proces waarbij het metaal wordt verwarmd, op die temperatuur wordt gehouden en vervolgens weer wordt afgekoeld. Tijdens het proces zal het metalen onderdeel veranderingen ondergaan in zijn mechanische eigenschappen. Dit komt omdat de hoge temperatuur de microstructuur van het metaal verandert.

Wat is blussen en temperen?

Afschrikken en temperen zijn processen die materialen zoals staal en andere legeringen op ijzerbasis versterken. Deze processen versterken de legeringen door het materiaal te verwarmen en tegelijkertijd af te koelen in water, olie, geforceerde lucht of gassen zoals stikstof.

Waar zijn staal en legeringen van?

In wezen is staal een legering van ijzer met weinig koolstof. Er zijn duizenden verschillende soorten staal die zijn gemaakt voor verschillende soorten toepassingen. Deze vallen grofweg in 4 soorten:koolstofstaal, gereedschapsstaal, roestvrij staal en gelegeerd staal.

Wat is gloeien bij warmtebehandeling?

gloeien, behandeling van een metaal of legering door verhitting tot een vooraf bepaalde temperatuur, een bepaalde tijd vasthouden en vervolgens afkoelen tot kamertemperatuur om de vervormbaarheid te verbeteren en de broosheid te verminderen.

Wat zijn de voordelen van temperen?

Temperen helpt om spanning te verlichten, waardoor het metaal gemakkelijker te lassen of te bewerken is. Verhoogt de sterkte en maakt het materiaal flexibeler en taaier. Verhoogt de hardheid en introduceert slijtvaste eigenschappen aan het oppervlak of door het hele metaal.

Wat zijn soorten gloeien?

Enkele van de verschillende soorten gloeiproces:

• Volledig gloeien . Met deze methode worden stalen onderdelen verwarmd tot ze ongeveer 30°C heter zijn dan hun kritische transformatietemperatuur.
• Isothermische gloeiing.
• Sferisch gloeien.
• Herkristallisatie gloeien.
• Diffusie-gloeien.

Normaaliseert u voor warmtebehandeling?

Overzicht van het normalisatieproces. Normaliserende warmtebehandeling helpt om onzuiverheden te verwijderen en de taaiheid en taaiheid te verbeteren. Tijdens het normalisatieproces wordt het materiaal verwarmd tot tussen 750-980 °C (1320-1796 °F).

Wat is het belangrijkste doel van gloeien?

De belangrijkste voordelen van gloeien zijn hoe het proces de verwerkbaarheid van het materiaal verbetert, de taaiheid verhoogt, de hardheid vermindert en de taaiheid en bewerkbaarheid van een metaal verhoogt.

Wat is de inweektijd bij warmtebehandeling?

Weektijd is de tijd dat het staal op de gewenste temperatuur wordt gehouden, in dit geval 1500 graden Fahrenheit. Wanneer de inweektijd is verstreken, neemt u het monster zeer snel maar voorzichtig met een tang eruit.

Wat is het doel van uitharden?

Harden is een metallurgisch metaalbewerkingsproces dat wordt gebruikt om de hardheid van een metaal te verhogen. De hardheid van een metaal is recht evenredig met de uniaxiale vloeispanning op de plaats van de opgelegde rek.

Verzwakt het verwarmen van metaal het?

Deze eenvoudige handeling kan, indien verwarmd tot een exact temperatuurbereik, een zuiverder, hard metaal creëren. Het wordt vaak gebruikt om staal te maken dat sterker is dan het uitgloeien van het metaal, maar zorgt ook voor een minder ductiel product. Dus hitte kan metaal inderdaad zwakker maken.

Wat is het verschil tussen temperen en harden?

Verharden of afschrikken is het proces waarbij de hardheid van een metaal wordt verhoogd. Temperen is het proces waarbij een stof wordt verwarmd tot een temperatuur onder het kritieke bereik, wordt vastgehouden en vervolgens wordt afgekoeld.

Wat gebeurt er als je staal te hard maakt?

Met een voldoende hoge temperatuur en lang genoeg tijd, zal het staal zachter zijn dan wanneer je het helemaal niet zou blussen en het gewoon langzaam laat afkoelen. Dus afhankelijk van wat je doel is, kun je een mes absoluut overtemperen. Het maakt het mes zachter maar ook minder broos.

Waarom is het temperingsproces verplicht na het afschrikken?

Het is verplicht om het staal te temperen nadat het is uitgehard. Dit komt simpelweg omdat er een nieuwe fase is ontstaan, namelijk het martensiet. Onthoud dat het nodig is om in de austenietfase te komen voordat martensiet kan worden gemaakt.

Waarom is tempereren nodig na het afschrikken?

Na te zijn geblust, is het metaal in een zeer harde staat, maar het is broos. Het staal is getemperd om een ​​deel van de hardheid te verminderen en de taaiheid te vergroten. Het wordt gedurende een bepaalde tijd verwarmd op een temperatuur die tussen 400 ° F en 1,105 ° F valt.

Waarvan is messing een legering?

messing, een legering van koper en zink, van historisch en blijvend belang vanwege zijn hardheid en verwerkbaarheid.

Wat is het uithardingsproces?

Het uithardingsproces bestaat uit het verwarmen van de componenten boven de kritische (normaliserende) temperatuur, het gedurende één uur op deze temperatuur houden per inch dikte afkoelen met een snelheid die snel genoeg is om het materiaal te laten transformeren naar een veel hardere, sterkere structuur, en vervolgens temperen .

Waarom is inductieharden vereist?

Inductieharden is een warmtebehandelingsproces dat wordt uitgevoerd om de mechanische eigenschappen in een bepaald gebied van een ijzerhoudende component te verbeteren. Het resulterende verharde gebied verbetert de weerstand tegen slijtage en vermoeidheid samen met de sterkte-eigenschappen.

Welke materialen kunnen vlamgehard worden?

Vlamharding wordt uitgevoerd op onderdelen gemaakt van zacht staal, gelegeerd staal, medium koolstofstaal en gietijzer. Zoals de naam al doet vermoeden, maakt vlamverharding gebruik van directe warmte van zuurstofgasvlammen.

Hoe temper je het proces?

Het temperen wordt meestal uitgevoerd na het uitharden, om een ​​deel van de overtollige hardheid te verminderen, en wordt gedaan door het metaal gedurende een bepaalde tijd tot een temperatuur onder het kritieke punt te verwarmen, en het vervolgens in stilstaande lucht af te laten koelen.