Warmtebehandeling wordt gedefinieerd als een gecombineerd proces van verwarmen en afkoelen van metaal om de fysieke en mechanische eigenschappen van een materiaal te veranderen. Warmtebehandeling wordt gebruikt om gegoten metaallegeringen te homogeniseren om hun bewerkbaarheid bij zeer hoge temperaturen te verbeteren, de microstructuur te veranderen om de gewenste mechanische eigenschappen te bereiken. Om het warmtebehandelingsproces uit te voeren, is veiligheid de eerste prioriteit voor de persoon die ermee te maken heeft, omdat er grote hoeveelheden warmte vrijkomen; als er iets misgaat, kan dit tot zeer ernstige problemen leiden. Het warmtebehandelingsproces wordt uitgevoerd in ovens en stookovens waar de temperatuur verandert per vereiste en het metaal dat het proces moet ondergaan, naast dit worden gassen gebruikt om de atmosfeer te controleren voor het specifieke warmtebehandelingsproces. Wanneer het metaal in contact komt met de atmosfeer, is er de mogelijkheid dat het metaal met de atmosfeer reageert en betrokken kan raken in een chemische reactie. In de atmosfeer zijn veel gassen en vocht aanwezig die het warmtebehandelingsproces kunnen beïnvloeren; daarom moet de atmosfeer van de specifieke ruimte worden gehandhaafd voordat een warmtebehandelingsproces wordt uitgevoerd. Het vermindert de oxidatie-effect op de componenten die behandeld worden.

Warmtebehandeling wordt geassocieerd met het verhogen van de sterkte van het materiaal, maar het is niet alleen geassocieerd met de sterkte. Het verandert de productieaspecten ook zoals verbeterde bewerkbaarheid, vormbaarheid, en wanneer de operatie voorbij is, herstelt het materiaal zijn duktiliteit bij afkoeling.

Doelstellingen van het warmtebehandelingsproces:

• Korrelgrootte verfijnen.
• Bewerkbaarheid van het materiaal verhogen.
• Interne resterende spanningen elimineren.
• Gassen die staal bros maken, elimineren.
• De samenstelling van het oppervlak veranderen door diffusie.
• De gewenste mechanische, fysieke of chemische eigenschappen van het materiaal bereiken.
• Verhard staal weer zacht maken.

Parameters die de samenstelling en materiaaleigenschappen van het metaal beïnvloeden:

1. Atmosfeer
2. Oppervlakte platering
3. Oppervlakte diffusie
4. Afkoeling
5. Verwarming
6. Werkinput
7. Tijd

Classificatie van Warmtebehandelingsprocessen:

Warmtebehandeling kan in de volgende typen worden geclassificeerd.

Algemene Warmtebehandelingsprocessen:

1. Homogenisatie
2. Anlopen (Annealing)
3. Normaliseren

Behandeling om oppervlakteeigenschappen (chemie) te veranderen:

1. Vercarbureren (Carburising)
2. Nitrideren (Nitriding)
3. Carbo-nitrideren (Carbonitriding)
4. Ferrietisch nitrocarbureren (Nitro carburizing)

Behandeling om fasestructuur te veranderen:

1. Verharden (Hardening)
2. Aflaten (Tempering)
3. Inductieverharding (Induction hardening)

Speciale behandelingsprocessen:

1. Sinteren

De basisinleiding van al deze warmtebehandelingsprocessen wordt hieronder gegeven.

Algemene Warmtebehandelingsprocessen:

1. Homogenisatie

Homogenisatie is een algemene behandeling wanneer het materiaal voor de operatie gaat, voordat de daadwerkelijke behandeling begint, wordt homogenisatie uitgevoerd om gelijke temperatuur door het te behandelen materiaal te handhaven. Het wordt ook uitgevoerd om het korereffect te verminderen dat ontstaat door niet-uniforme chemische samenstelling.

2. Anlopen (Annealing).

Zoals het woord zegt: eerst wordt het materiaal bij een zeer hoge temperatuur verwarmd en dan langzaam afgekoeld. Het is een van de warmtebehandelingsprocessen dat gebruikt wordt om de duktiliteit van het materiaal te verhogen en de hardheid te verlagen. Wanneer de hardheid en duktiliteit van het materiaal veranderen, resulteert dit in de reductie van dislocaties in de kristalstructuur van een materiaal. Het materiaal wordt bij de vooraf vastgelegde temperatuur verwarmd, vastgehouden voor een bepaalde tijd en dan langzaam bij kamertemperatuur afgekoeld. Als het materiaal staal is, wordt het uitgevoerd door het staal net boven de kritieke temperatuur van staal te verwarmen, namelijk 727 graden Celsius, en het langzaam laten afkoelen.

Stadia van het anloopsproces:

1. Herstelfase
2. Herristallisatiefase
3. Korrelgroei fase.

3. Normaliseren:

Het is het warmtebehandelingsproces waarbij het materiaal boven de 910 graden Celsius wordt verwarmd om de austenisering te voltooien. Zodra het materiaal de austeniseringfase bereikt, wordt het in de lucht afgekoeld om fijn perlite te verkrijgen, wat goede hardheid en duktiliteit heeft. Het normaliserenproces wordt gebruikt voor ferroe materialen om de mechanische eigenschappen van het materiaal te verbeteren.

Oppervlaktechemie:

1. Vercarbureren (Carburising)

Vercarbureren is een oppervlakte-warmtebehandelingsproces, uitgevoerd op het oppervlak van het materiaal om de hardheid en slijtvastheid van het metaal te verhogen. Zoals de naam impliceert, is er een toevoeging van koolstof aan het oppervlak van het metaal, met name laag-koolstofstaal, bij een vooraf bepaalde temperatuur. Het heet ook kasthardingsproces waarbij het deel van het materiaal met lage koolstofinhoud bij hoge temperaturen in aanwezigheid van een koolstofrijke gasatmosfeer wordt verwarmd. Wanneer het materiaal bij hoge temperatuur in een hoge koolstofomgeving wordt verwarmd, stelt dit de diffusie van koolstofatomen direct in het oppervlak van het deel waar het vercarbureringsproces moet worden uitgevoerd, in staat. De hoeveelheid koolstof die in het metaaloppervlak diffundeert, hangt af van het koolstofpotentieel van de atmosfeer, de verwarmsingtemperatuur en de tijd dat het materiaal aan die temperatuur wordt blootgesteld. Om zowel kas als kernmateriaal te verharden, moet snelle afschrikking (quenching) worden gedaan. Zodra de afschrikking gedaan is, wordt het vercarburerde deel van het materiaal afgelaten om de klanteisen te bereiken. Het verbetert de duktiliteit en zwaarte van het materiaal dramatisch.

Verschillende methoden van vercarburering:

• Pakket vercarburering (Pack carburization)
• Gas vercarburering (Gas carburization)
• Vacuüm vercarburering (Vacuum carburization)
• Vloeistof vercarburering (Liquid carburization)

Voordelen van vercarburering:

• Kan uitgevoerd worden op zowel eenvoudige als complexe delen.
• Verhoogt de oppervlaktehardheid van het materiaal.
• Verhoogt de slijtvastheid en vermoeidheidssterkte van het materiaal.

2. Nitrideren (Nitriding):

Het is ook een warmtebehandelingsproces; zoals de naam impliceert, wordt stikstof toegevoegd aan het oppervlak van het materiaal, met name staal. Er zijn twee methoden betrokken bij het nitrideringsproces: gasvormig proces en plasmaproces. In het nitrideringsproces wordt het materiaaldeel bij 600 graden Celsius in aanwezigheid van gas en gedissocieerd ammonia verwarmd en de hardheid wordt bereikt door de vorming van nitriden aan het oppervlak van het metaaldeel. In het gasvormige proces fungeert gedissocieerd ammonia als bron, terwijl in het geval van plasma stikstofionen op het oppervlak van het materiaal diffunderen. In de gasnitridering is het afschrikkingsproces niet vereist, en het ontwikkelt een harde kas in het materiaaldeel bij lage temperaturen. In de plasmanitridering is penetratie van blinde gaten niet mogelijk en is het een zeer beperkt proces.

Voordelen van nitrideren:

• Verhoogt de vermoeidheidslevensduur.
• Verhoogt de slijt- en corrosieweerstand.
• Hogere hardheid kan bereikt worden dan vercarburerde hardheid.
• Geen afschrikking nodig.
• Minimale vervorming van het deel.

3. Carbo-nitrideren (Carbonitriding):

Carbo-nitrideringsproces wordt uitgevoerd op het oppervlak van het materiaal om een harde en slijtvaste kas te produceren. Zoals de naam impliceert, zijn zowel koolstof als stikstof betrokken in dit proces. Diffusie van koolstof en stikstof verhoogt de verhardbaarheid van het materiaal, harder dan het vercarbureringsproces. Om het carbo-nitrideringsproces uit te voeren, is een lagere temperatuur vereist dan vercarburering, waardoor vervorming van het materiaal vermindert. 0,5 tot 0,8% koolstof en 0,2 tot 0,4% stikstof worden in dit proces aan het oppervlak van het materiaal toegevoegd. Zodra de diffusie plaatsvond, worden de componenten direct in olie gequenched om scheuring te voorkomen.

Voordelen:

• Hoge oppervlaktehardheid en slijtvastheid.
• Verhoogt vermoeidheidslevensduur met 30 tot 100%.
• Door lagere temperatuur verminderde vervorming.
• Goed voor hoge-temperatuur toepassingen.
• Verhoogt trekkracht en rekgrens.

4. Ferrietisch Nitrocarbureren:

Het is ook een kasthardingsproces en wordt gebruikt om een harde en slijtvast oppervlak op lage graden staalmateriaal te produceren. Ferrietisch nitrocarbureren diffundeert stikstof en koolstof in de kas van een werkstuk onder de kritieke temperatuur van 650 graden Celsius. Bij deze temperatuur converteert de microstructuur van het werkstuk of materiaal niet naar de austenitische fase, het blijft in de ferrietische fase, daarom heet het ferrietisch nitrocarbureren.

Behandeling om de fasestructuur te veranderen:

1. Verharden
2. Aflaten
3. Inductieverharding.

1. Verharden (Hardening)

Het wordt in de basis gebruikt voor ferroe metalen. Metaal wordt bij een vooraf bepaalde temperatuur verwarmd en dan snel afgekoeld door het verwarmde metaal in een met water gevulde tank te plaatsen. Het kan ook in lucht worden afgekoeld om het metaal te verharden. Het verhoogt de hardheid en de sterkte van het metaal, maar tegelijkertijd verhoogt het de brosheid van het metaal.

2. Aflaten (Tempering)

Wanneer staal wordt verwarmd, veranderen de eigenschappen zoals hardheid en brosheid; dat is belangrijker voor de praktische toepassing. Wanneer metaal wordt verwarmd, zet het uit en bij afkoeling krimpt de vorm. Tijdens metaalafkoeling worden interne spanningen opgebouwd. Daarom wordt het metaal eenmaal aflating ondergaan nadat de hardheid op het metaaloppervlak is gedaan om de interne spanningen te verlichten en brosheid te verminderen. In het aflatenproces wordt het metaal tot een gespecificeerde temperatuur verwarmd en in stille lucht laten afkoelen. Aflatingstemperatuur is lager dan de verhardingstemperatuur.

3. Inductieverharding (Induction Hardening)

Inductieverharding is een oppervlaktebehandelingsproces gebruikt om het oppervlak van staal en legeringscomponenten te verharden. Metaaldelen worden binnenin een watergekoelde koperen spoel geplaatst. Deze koperen spoel is verbonden met wisselstroom. Stroom wordt aan de koperen spoel geleverd en het metaaldeel wordt boven de transformatietemperatuur verwarmd. In dit proces blijft het kerndeel van het metaal onbeïnvloed door de warmte. Het deel blijft in de watergekoelde koperen spoel tot de gewenste verdieping van hardheid is bereikt. Zodra de hardheid bereikt is, wordt het gequenched in olie of een ander medium, afhankelijk van het materiaal en de vereiste hardheid.

Speciale behandelingsprocessen:

1. Sinteren

Sinteren is een warmtebehandelingsproces; het wordt toegepast op een poedercompact om de sterkte en integriteit van het materiaal te verlenen. Metaal wordt onder de smelttemperatuur van het materiaal verwarmd wat vloeistofvorming voorkomt. Het sinterproces vermindert de porositeit in het materiaal en verbetert metaaleigenschappen zoals sterkte, hardheid, warmtegeleiding, etc.

Dit is de basisinleiding van warmtebehandelingsprocessen. Heb je vragen? Laat een reactie achter. Deel op sociale netwerken als je dit artikel leuk vond. Abonneer je op onze website voor meer informatieve artikelen. Bedankt voor het lezen.