Doelstellingen

Na het voltooien van deze module bent u in staat om:

• Een stuk gereedschapsstaal correct te harden en uw werk te evalueren.
• Het geharde stuk gereedschapsstaal correct aan te laten en uw werk te evalueren.
• De juiste warmtebehandelingsprocedures voor andere gereedschapsstalen te beschrijven.

Veiligheid

De volgende procedures worden aanbevolen voor een veilige warmtebehandelingsoperatie:

1. Draag hittebestendige beschermende kleding, handschoenen, veiligheidsbril en een gezichtsbescherming om blootstelling aan hete oliën te voorkomen, die de huid kunnen branden.
2. Vóór het aansteken van de oven: controleer of luchtschakelaars, afzuigventilatoren, automatische afsluitkleppen en andere veiligheidsvoorzieningen aanwezig zijn.
3. Zorg dat er voldoende koelmiddel (coolant) is voor de klus. Koelmiddel absorbeert de warmte die het metaal afgaft tijdens afkoelen; bij onvoldoende koelmiddel koelt het metaal niet met de optimale snelheid af.
4. Zorg voor voldoende ventilatie in de inkeltgebieden (quenching areas) om de gewenste olie-mistniveaus te handhaven.
5. Bij het aansteken van de oven: volg de instructies van de fabrikant.
6. Tijdens het aansteken van een olie- of gasgestookte oven: sta nooit direct voor de opening.
7. Zorg dat het inkeltolie (quenching oil) niet met water gecontamineerd is. Explosies kunnen het gevolg zijn van vocht dat in contact komt met het inkeltolie.
8. Vóór het uit de vloeibare cementatiepot (liquid carburizing pot) halen van materialen: controleer of de tangen niet nat zijn en of het de juiste tangen voor de klus zijn.
9. Zorg dat een geschikte fungicide of bacterieremmer in de inkeltvloeistof is gemengd.
10. Dek inkeltbakken (quench tanks) altijd af wanneer ze niet in gebruik zijn.
11. Gebruik een niet-brandbaar absorptiemiddel om lekkages en olielasten op te ruimen. Doen dit onmiddellijk.
12. Houd, waar mogelijk, gereedschappen, manden, bevestigingen (jigs) en werkplekken vrij van olieverontreiniging.
13. Was uw handen grondig vóór pauzes en vóór het beginnen van de volgende taak.
14. Bij enige huidirritatie of verdenking: rapporteer aan uw instructeur en zoek medische hulp.
15. Roetjes uit de smeltende cementeringszoutbad (molten carburizing salt bath) mogen niet worden in geademd; koolmonoxide is een product van het cementatieproces.
16. Zorg voor goede ventilatie in de werkruimte.
17. Wees alert op verontreiniging door stukken gecementeerd metaal.
18. Breng geen oliebevlekte kleding of uitrusting naar gebieden waar voedsel of dranken zijn.
19. Breng geen voedsel of dranken naar plaatsen waar oliën gebruikt of opgeslagen worden.

Procedure

Het eerste wat u moet weten bij het warmtebehandelen van staal is de harderingstemperatuur. Veel stalen, met name de gangbare gereedschapsstalen, hebben een vastgesteld temperatuurbereik voor harderen. O-1 staal heeft een harderingstemperatuur van 1450 – 1500 °F (788 – 816 °C).

Processtart

1. Veiligheid eerst. Warmtebehandelingstemperaturen zijn extreem heet. Kleed u geschikt, houd de omgeving van de oven schoon om uitglijden of struikelen te voorkomen. Verhit de tangen vóór het grijpen van het verhitte proefstuk.
2. Verhit de oven voor op 1200 °F (649 °C).
3. Zodra de oven 1200 °F bereikt heeft: plaats het proefstuk in het midden van de oven voor gelijkmatige verbranding. Sluit en wacht.
4. Verhit het proefstuk tot 1500 °F (816 °C). Bij bereiken van deze temperatuur: start direct de inzetijd (soak time) van 15 minuten tot 1 uur (inzetijd varieert afhankelijk van staaldikte).

Tabel 1: Benaderende Inzetijden voor Harderen, Anneren en Normaliseren van Staal

Inzetijd (Soak time) is de tijd dat het staal op de gewenste temperatuur (hier 1500 °F) wordt gehouden.

5. Wanneer de inzetijd voltooid is: haal het proefstuk zeer snel maar voorzichtig met tangen uit de oven. Plaats het direct in een bak met olie voor inkelen (quenching). Beweeg het proefstuk zoveel mogelijk tijdens het inkelen.
6. Zodra het proefstuk afgekoold is tot ca. 125 °F (52 °C): start het aanlaatproces (tempering). Plaats het proefstuk in de oven op 375 °F (191 °C). Laat 2 uur inzetten (soak), haal het eruit en laat afkoelen tot kamertemperatuur. Het proefstuk zou nu een hardheid van ongeveer 60 HRC (Rockwell C) moeten hebben.

Andere Warmtebehandelingsprocessen (voor 1045 staal)

Austenitiseren en Luchtkoelen (Normaliseren)

Deze warmtebehandeling wordt meestal door de fabrikant uitgevoerd, wat leidt tot de "as-received condition". Het proces heet normaliseren (ookwel thermische geschiedenis). Voor 1045 staal:

1. Austenitiseren: Plaats het staal in de oven op 1562 °F (850 °C) in het austenietgebied, houd 1 uur tot het metaal evenwichtstemperatuur en de overeenkomstige vaste oplossingstructuur heeft bereikt.
2. Luchtkoelen: Haal het staal uit de oven en laat het op lucht afkoelen tot kamertemperatuur.

Austenitiseren en Ovenkoelen (Anneren / Annealing)

Dit proces heet ook anneren (annealing). Tijdens anneren doorloopt het staal de volgende temperatuurgeschiedenis:

1. Austenitiseren: 1562 °F (850 °C), 1 uur houder tot evenwicht.
2. Ovenkoelen: Koel het staal langzaam in de oven. Laat de temperatuur dalen van 1562 °F naar 1292 °F (700 °C) over een periode van 10 uur.
3. Luchtkoelen: Haal het staal uit de oven en laat op lucht afkoelen tot kamertemperatuur.

Austenitiseren en Inkelen (Quenching)

1. Austenitiseren: 1562 °F (850 °C), 1 uur houder tot evenwicht.
2. Inkelen (Quench): Haal het staal snel uit de oven, dompel het in een grote container met water op kamertemperatuur, en roer vigoreus. Bij 1045 staal is water op kamertemperatuur het inkeltmedium.

Inkelen (Quench): Verwijder materiaal rapid uit de oven, dompel in een groot reservoir water op omgevingstemperatuur, en roer vigoreus. Voor 1045 staal is het inkeltmedium water op kamertemperatuur (voor andere stalen: olie of pekel).

Austenitiseren, Inkelen en Aanlaten (Quench & Temper)

1. Austenitiseren: 1562 °F (850 °C), 1 uur houder tot evenwicht.
2. Inkelen: Snel uit de oven, in water op kamertemperatuur dompelen, vigoreus roeren.
3. Aanlaten (Temper):
   1. Breng het staal op de aanlaattemperatuur en houd ca. 2 uur.
   2. Er is een bereik aan aanlaattemperaturen. Voor 1045 staal: 392 – 932 °F (200 – 500 °C).
   3. Verschillende temperaturen leiden tot verschillen in mechanische eigenschappen.
   4. Lagere temperaturen: hogere strekkingsgrens (yield strength), maar lagere toeslag (toughness) en rekbaarheid (ductility).
   5. Hogere temperaturen: lagere sterkte, maar hogere toeslag en rekbaarheid.
4. Luchtkoelen: Haal het staal uit de oven en laat op lucht afkoelen tot kamertemperatuur.

Eenheidstoets

1. Noem vijf veiligheidsmaatregelen voor warmtebehandeling.
2. Wat is het allereerste wat u moet weten bij het warmtebehandelen van staal?
3. Wat is de inzetijd (soak time) voor een dikte van 1 tot 2 inch?
4. Leg uit wat "soak time" (inzetijd) betekent.
5. Wat is de volgende stap nadat de inzetijd voltooid is?
6. Op welke temperatuur moet het proefstuk in de oven voor het aanlaten (tempering)?
7. Leg "Austenitiseren en Inkelen" (Austenitize and Quench) uit.
8. Wat is "Luchtkoelen" (Air-cool)?
9. Leg de Rockwell-methode uit.
10. Leg de Brinell-hardheidstest uit.

Bronvermelding

Dit hoofdstuk is afgeleid van de volgende bronnen:

• Warmtebehandeling (Heat Treating) afgeleid van Heat Treatment of Plain Carbon and Low Alloy Steels door het Massachusetts Institute of Technology, CC:BY-NC-SA 4.0.
• Brinell Hardheidstest Vergelijking afgeleid van Brinell Hardness door CORE-Materials Resource Finder, CC:BY.