Warmtebehandeling fundamenten: typen, methoden & toepassingen uitgelegd

In dit artikel leert u wat het warmtebehandelingsproces is? Zijn methoden, typen, en het doel, procedure, toepassing van warmtebehandeling. Warmtebehandeling is een essentiële operatie in het productieproces van machineonderdelen en gereedschappen.

Wat is warmtebehandeling?

Warmtebehandeling wordt gedefinieerd als een operatie waarbij het verwarmen en afkoelen van een metaal of een legering in de vaste toestand plaatsvindt om bepaalde gewenste eigenschappen te verkrijgen zonder de samenstelling te veranderen.

Het proces van warmtebehandeling wordt uitgevoerd om de korrelgrootte te veranderen, de structuur van het materiaal te wijzigen, en de spanningen die ontstaan zijn na warm of koud vervormen te verlichten.

• De warmtebehandeling wordt gedaan om de bewerkbaarheid te verbeteren.
• Om magnetische en elektrische eigenschappen te verbeteren.
• Om de weerstand tegen slijtage, warmte en corrosie te verhogen, en nog veel meer redenen.

Warmtebehandeling bestaat uit het verwarmen van het metaal nabij of boven de kritieke temperatuur, vasthouden voor een bepaalde tijd op die temperatuur en tenslotte het afkoelen van het metaal in een medium dat lucht, water, pekel, of gesmolten zouten kan zijn. Het warmtebehandelingsproces omvat aanlaten, randharden, aanlaten, normaliseren en afschrikken, nitrideren, cyanideren, etc.

Typen warmtebehandelingsprocessen

Hieronder volgen de verschillende typen warmtebehandelingsprocessen:

1. Aanlaten
2. Normaliseren
3. Harden
4. Aanlaten
5. Nitrideren
6. Cyanideren
7. Inductiehardening
8. Vlamhardening

• Wat is het Metaalgietproces? Een complete gids
• Lijst van mechanische eigenschappen van materialen

Typen warmtebehandeling

1. Aanlaten

Aanlaten is een van de belangrijkste processen van warmtebehandeling. Het is een van de meest gebruikte operaties in de warmtebehandeling van ijzer en staal en wordt gedefinieerd als het verzachtingsproces.

Verwarmen van 30 – 50°C boven de bovenste kritieke temperatuur en afkoelen met een heel langzame snelheid door het in de oven te laten. Het hoofddoel van aanlaten is om staal duktiler en smeedbaarder te maken en interne spanningen te verwijderen. Dit proces maakt het staal zacht zodat het gemakkelijk bewerkt kan worden.

1.1 Doel van aanlaten

• Het verzacht staal en verbetert de bewerkbaarheid.
• Om korrelgrootte te verfijnen en gassen te verwijderen.
• Het verwijdert de interne spanningen die ontwikkeld zijn tijdens het vorige proces.
• Om gewenste duktiliteit, smeedbaarheid en zwaartekracht te verkrijgen.
• Het wijzigt de elektrische en magnetische eigenschappen.

1.2 Procedure voor aanlaten

Afhankelijk van de koolstofinhoud, wordt het staal verhit tot een temperatuur van ongeveer 50° tot 55°C boven het kritieke temperatuurbereik. Het wordt op deze temperatuur gehouden voor een bepaalde periode, afhankelijk van het type oven en de aard van het werk. Het staal wordt toen gekoeld binnen de oven constant.

1.3 Toepassing van aanlaten

Het wordt toegepast op gietstukken en smeedstukken.

2. Normaliseren

Normaliseren: Het hoofddoel van normaliseren is om de interne spanningen te verwijderen die ontwikkeld zijn na het koud vervormingsproces. Hierbij wordt staal 30 – 50°C boven de bovenste kritieke temperatuur verhit en in de lucht afgekoeld.

Het verbetert mechanische en elektrische eigenschappen, bewerkbaarheid & treksterkte. Normaliseren is het warmtebehandelingsproces dat uitgevoerd wordt om de structuur van de normale toestand te herstellen.

2.1 Doel van normaliseren

• Uniformiteit van structuur bevorderen.
• Om korrelverfijning te bewerkstelligen.
• Om gewenste veranderingen in de eigenschappen van staal te brengen.

2.2 Procedure voor normaliseren

Het staal wordt verhit tot een temperatuur van ongeveer 40° tot 50°C boven de bovenste kritieke temperatuur. Het wordt op deze temperatuur voor een korte duur gehouden. Het staal wordt toen afgekoeld in stilstaande lucht bij kamertemperatuur, wat bekend is als luchtafschrikken.

2.3 Toepassing van normaliseren

• Het wordt toegepast op gietstukken en smeedstukken om de korrelstructuur te verfijnen en spanningen te verlichten.
• Het wordt toegepast na koud vervormen zoals walzen, stansen en hameren.

3. Harden

Harden: Het hoofddoel van het hardingsproces is om staal hard en zacht te maken. In dit proces wordt staal 30° – 40°C boven de bovenste kritieke temperatuur verhit en daarna gevolgd door continue afkoeling tot kamertemperatuur door afschrikken in water of olie. Het is het tegenovergestelde proces van aanlaten.

3.1 Doel van harden

• Door harden, verhoogt het de hardheid van staal.
• Om slijtvastheid te bieden
• Staat het staal toe andere metalen te snijden

3.2 Procedure voor harden

Het staal wordt boven het kritieke temperatuurbereik verhit. Het wordt op die temperatuur voor een bepaalde periode gehouden. Het staal wordt toen snel afgekoeld in een afschrikmedium.

Het afschrikmedium wordt geselecteerd volgens de gewenste graad van hardheid. Lucht, water, pekel, oliën en gesmolten zouten worden gebruikt als afschrikmedia. Een dunne sectie zoals mesladen worden in lucht afgekoeld. Water is een wijd gebruikt medium maar resulteert in de vorming van bellen op het metaaloppervlak.

Daarom wordt pekeloplossing gebruikt om dit te voorkomen. Olie wordt gebruikt wanneer er risico is op vervorming of kraken en is geschikt voor legeringsstalen. De gesmolten zouten worden gebruikt om dunne secties af te koelen om kraakvrije en slagvaste producten te verkrijgen.

3.3 Toepassing van harden

Het wordt toegepast voor beitels, zwaarde hamer, handhamer, centrumponsen, tappen, sterven, frezen, mesladen en tandwielen.

4. Aanlaten (Temperen)

Aanlaten: Wanneer het hardingsproces een staalmonster verhardt, wordt het bros en heeft het hoge resterende spanning. Het is een operatie gebruikt om de eigenschappen van staal dat door afschrikken is gehard, te wijzigen met het doel de bruikbaarheid te vergroten.

Aanlaten of getrokken resulteert in een vermindering van brosheid en verwijdering van interne spanningen veroorzaakt tijdens harden. Staal moet worden aangelet na het hardingsproces.

De aanlaten is verdeeld in drie categorieën volgens de bruikbaarheid van het vereiste staal.

• Lagetemperatuur aanlaten.
• Middelmatige temperatuur aanlaten.
• Hoge temperatuur aanlaten.

4.1 Doel van aanlaten

• Om intern veroorzaakte spanningen door harden te verlichten.
• Om brosheid te verminderen.
• Duktiliteit, sterkte en zwaartekracht verbeteren.
• Om slijtvastheid te verhogen.
• Om gewenste mechanische eigenschappen te verkrijgen.

4.2 Procedure voor aanlaten

Het staal na afschrikken in het hardingsproces wordt opnieuw verhit tot een temperatuur iets boven het temperatuurbereik waarin het gebruikt moet worden, maar onder de lagere kritieke temperatuur. De temperatuur varieert hier van 100°C tot 700°C.

Herverhitting gebeurt in een bad van olie of gesmolten lood of gesmolten zout. Het monster wordt in het bad gehouden voor een periode tot het de temperatuur gelijkmatig heeft bereikt, de tijd hangt af van de samenstelling en gewenste kwaliteit van het staal. Nu wordt het monster uit het bad gehaald en langzaam in stilstaande lucht afgekoeld.

4.3 Toepassing van aanlaten

Het wordt toegepast op snijgereedschappen, gereedschappen, en tandwielen, die gehard zijn door het hardingsproces.

5. Nitrideren

Nitrideren is het proces van rand- of oppervlaktehardening waarbij stikstofgas wordt gebruikt om een harde huid van het metaal te verkrijgen. In dit proces wordt staal verhit in de aanwezigheid van een ammoniakomgeving.

Hierdoor wordt een stikstofatoom gedeponeerd en maakt het materiaal hard. Inductiehardening en vlamhardening objecten worden verhit door een zuurstof-aceteen vlam.

5.1 Doel van nitrideren

• Om het oppervlak van het staal tot een bepaalde diepte te harden.
• Verhoogde weerstand tegen slijtage en vermoeidheid.
• Om corrosieweerstand te verhogen.

5.2 Procedure voor nitrideren

Het wordt gedaan in de elektrische oven waar een temperatuur varierend tussen 450° en 510°C gehandhaafd wordt. Het deel is goed bewerkt en afgewerkt en in een luchtdichte container geplaatst voorzien van inlaat- en uitlaatbuizen door waar ammoniakgas wordt gecirculeerd.

De container met het deel wordt in de oven geplaatst en ammoniakgas wordt doorgegeven terwijl de oven wordt verhit.

Tijdens het verhitingsproces wordt stikstofgas vrijgemaakt uit ammoniak in de vorm van atomair stikstof, wat reageert met het oppervlak van het deel, en ijzer-nitraat vormt.

De diepte van inwerkingtreding hangt af van de lengte van de tijd die doorgebracht wordt bij de nitrideringstemperatuur. Het deel wordt eruit gehaald en vereist geen afschrikken of verdere warmtebehandeling.

5.3 Toepassing van nitrideren

• Het wordt toegepast voor het harden van het oppervlak van medium koolstof legeringsstalen.

6. Cyanideren

Cyanideren: In dit proces wordt staal verhit in de aanwezigheid van een natriumcyanide omgeving. Hierdoor worden koolstof- en stikstofatomen op het oppervlak van het staal gedeponeerd en maken het hard.

6.1 Doel van cyanideren

• Deze methode is effectief voor het verhogen van de vermoeidheidsgrens van medium en kleine onderdelen zoals tandwielen, assen, polspennen etc.
• Om oppervlaktehardheid te verhogen.
• Slijtvastheid verhogen.
• Om het geharde oppervlak een schone, heldere en aantrekkelijke uitstraling te geven.

6.2 Procedure voor cyanideren

De te behandelen delen worden gedoopt in een gesmolten cyanidezoutbad gehandhaafd bij een temperatuur van 950°C. De gesmolten zouten die gebruikt worden zijn natriumchloride, natriumcarbonaat, natriumcyanide en soda-as.

Het gedompte artikel blijft in het gesmolten cyanidezout bij een temperatuur van 950°C voor ongeveer 15 tot 20 minuten. De ontbinding van natriumcyanide levert stikstof en koolstof uit koolstofmonoxide, wat in het oppervlak diffuseert en resulteert in het harden van het oppervlak. Het deel wordt dan uit het bad gehaald en in water of olie afgeschrikt.

6.3 Toepassing van cyanideren

• Het wordt toegepast op kleine artikelen zoals tandwielen, bussen, schroeven, pennen en kleine handgereedschappen, die een dunne en harde slijtvast oppervlakte vereisen.

7. Cementeren

Cementeren: In dit proces wordt staal verhit in de aanwezigheid van een koolstofomgeving. Hierdoor worden koolstofatomen op het metaaloppervlak gedeponeerd en maken het hard.

8. Randharden of Oppervlaktehardening

Het hoofddoel van dit proces is om alleen het externe oppervlak van staal hard te maken en de binnenkern zacht te laten. Het is het proces van cementatie namelijk, verzadiging van de oppervlaktelaag van staal met koolstof, of een ander proces waardoor de rand gehard wordt en de kern zacht blijft.

8.1 Doel van randharden

• Om een harde en slijtvaste machineonderdelen te verkrijgen.
• Door randharden, een zacht kern te verkrijgen.
• Om een hogere vermoeidheidsgrens en hoge mechanische eigenschappen in de kern te verkrijgen.

Doel van warmtebehandeling van staal

De volgende zijn de doeleinden van warmtebehandeling.

• Om mechanische eigenschappen te verbeteren zoals treksterkte, hardheid, duktiliteit, schokweerstand, en corrosieweerstand.
• Bewerkbaarheid verbeteren.
• Om de interne spanningen van het metaal geïnduceerd tijdens koud of warm vervormen te verlichten.
• Om korrelgrootte te veranderen of te verfijnen.
• Magnetische en elektrische eigenschappen verbeteren.
• Verhoogde weerstand tegen slijtage en corrosie.
• Om de oppervlaktehardheid te verhogen.

Conclusie

Nu hopen we dat we al uw twijfels over het warmtebehandelingsproces hebben opgehelderd. Als u nog twijfels heeft over het warmtebehandelingsproces of methoden, typen, toepassingen, kunt u vragen in de reacties.

Wij hebben ook een Facebook-community voor jullie. Als u wilt, kunt u onze community joinen, hier is de link naar onze Facebook-groep.

Dat is het, dankjewel voor het lezen. Als u ons artikel leuk vindt, deelt u het dan met uw vrienden. Als u vragen heeft over elk onderwerp, kunt u vragen in de reactiesectie.

Abonneer u op onze nieuwsbrief om genotificeerd te worden wanneer we nieuwe posts uploaden.