Toepassingen voor staalblusprocessen en classificatie

Afschrikken is een warmtebehandelingsproces waarbij het werkstuk wordt verwarmd tot een bepaalde kritische temperatuur en vervolgens selectief wordt afgekoeld om martensiet met hoge-hardheid of taai lager bainiet te verkrijgen, gevolgd door temperen.

Afschrikken verbetert de slijtvastheid en sterkte van onderdelen, evenals hun levensduur tegen vermoeidheid.

 

 

Uitdovingsprincipes en basisprocesstroom

 

Staal en andere materialen ondergaan fasetransformaties bij verhitting, en de austenitisatiefasetransformatie is de voorwaarde voor afschrikken.

Over het algemeen wordt hypo-eutectoïde staal geblust tot een temperatuur 20 tot 30 graden boven Ac3, terwijl hypereutectoïde staal wordt geblust tot een temperatuur 20 tot 30 graden boven Ac1.

Bij het blussen is het van cruciaal belang om overmatige verhitting te vermijden. De houdtijd moet worden bepaald op basis van de grootte van het werkstuk en het ovenmodel om een ​​uniforme microstructurele transformatie te garanderen.

Het belangrijkste proces bij het blussen is koeling. De ideale afkoelingscurve vermijdt het perlietneusgebied, voornamelijk om de vorming van niet-martensitische structuren te voorkomen. De koelsnelheid moet ook worden gecontroleerd om interne spanning en vervorming in het onderdeel te verminderen.

Opmerking: Ac1 en Ac3 vertegenwoordigen respectievelijk de temperatuur waarbij austeniet zich begint te vormen en de temperatuur waarbij hypoeutectoïde staal volledig austenitiseert bij verhitting. Dit zijn kritische referentiepunten voor het bepalen van het gloeiproces.

 

Belangrijkste blusprocesmethoden en belangrijkste operationele richtlijnen

 

1. Enkele-vloeistofblussen

Enkelvoudig-vloeibaar blussen is de meest basale en eenvoudigste blusmethode. Het wordt voornamelijk gebruikt voor onderdelen met eenvoudige, symmetrische vormen en minimale variatie in dwarsdoorsnede-, zoals assen en pennen.

Voor enkelvoudige-vloeistofafschrikking moet het juiste koelmiddel worden geselecteerd op basis van het materiaal en de dikte van het werkstuk. Staalsoorten met een laag-koolstofgehalte en laag- worden doorgaans geblust met water of pekel, terwijl hoog-gelegeerd staal en kleine, complexe- gevormde onderdelen kunnen worden geblust met olie of een polymeeroplossing.

Zorg er tijdens het afschrikken voor dat het werkstuk gelijkmatig in het medium wordt ondergedompeld en dat het medium goed wordt geroerd om te voorkomen dat een dampfilm de koeling belemmert.

Enkel-vloeistofafschrikken biedt stabiliteit van hoge- kwaliteit en is geschikt voor productie op grote- schaal, maar voorzichtigheid is geboden met betrekking tot het risico van vervorming en barsten veroorzaakt door te snelle afkoeling.

 

2. Twee-vloeistoffen blussen

Twee-vloeistofkoeling combineert de voordelen van snelle en langzame koeling. Eerst wordt een eerste medium, zoals water of zout water, snel door het meest onstabiele austenietgebied van het materiaal geleid. Zodra de temperatuur van het materiaal de martensiettransformatietemperatuur nadert, wordt het materiaal snel overgebracht naar een tweede medium, zoals olie, om de martensiettransformatie te voltooien.

Twee-vloeibaar afschrikken is vooral gebruikelijk voor middelgrote- tot- grote werkstukken gemaakt van hoog-koolstofstaal en middel- tot- hooggelegeerde staalsoorten, zoals mallen en onbewerkte tandwielen.

De sleutel tot deze operatie is het nauwkeurig regelen van de verblijftijd van het werkstuk in het eerste medium. Meestal wordt een afschriktijd van 1 seconde per 3-5 mm effectieve werkstukdikte gebruikt, hoewel dit ook kan worden bepaald door het verdwijnen van bellen op het werkstukoppervlak te observeren.

De overdracht van het eerste medium naar het tweede medium moet snel en continu zijn om een ​​temperatuurstijging te voorkomen die ontbinding van de materiaalstructuur zou kunnen veroorzaken.

Twee-vloeibare afkoeling vermindert de thermische en structurele spanningen aanzienlijk, waardoor het een effectieve methode is om vervorming te beheersen en scheuren te voorkomen.

 

3. Stapsgewijs afschrikken

Getrapt afschrikken vereist het verwarmen van het werkstuk tot austenitisatie en het vervolgens afschrikken in een heet bad iets boven het Ms-punt, zoals een nitraatbad of alkalisch bad, om het vast te houden. Zodra de temperatuur uniform is over de dwars-doorsnede van het werkstuk, wordt het werkstuk verwijderd en aan de lucht-gekoeld.

Getrapt afschrikken wordt vaak gebruikt bij gereedschappen en onderdelen met complexe vormen en hoge precisie-eisen, zoals tappen, kleine tandwielen en precisieassen.

Tijdens bedrijf moeten schommelingen in de badtemperatuur strikt worden gecontroleerd, doorgaans binnen een bereik van plus of min tien graden Celsius. De houdtijd wordt berekend op basis van de grootste doorsnede-, doorgaans geschat op vijf millimeter per minuut.

Stapsgewijs afschrikken vermindert op effectieve wijze de thermische spanningen, waardoor de martensitische transformatie geleidelijk kan verlopen tijdens luchtkoeling. Dit resulteert in lage microstructuurspanning en minimale vervorming. Vanwege het beperkte koelvermogen van gesmolten zouten is het echter alleen geschikt voor werkstukken met een effectieve dikte van maximaal 20 mm.

 

4. Isothermisch blussen

Isothermisch afschrikken omvat het volledig afschrikken van een werkstuk dat is verwarmd tot de austenitisatietemperatuur in een heet bad in de bainiettransformatiezone. Door een langere bewaarperiode kan het austeniet volledig transformeren naar lager bainiet, gevolgd door luchtkoeling. Austempering wordt voornamelijk gebruikt voor onderdelen die een hoge sterkte, taaiheid en maatvastheid vereisen, zoals lagers en precisiemallen. De isotherme temperatuur en duur worden bepaald op basis van de TTT-curve van het staal, met temperaturen doorgaans tussen 250 en 400 graden.

Na het austemperen wordt het materiaal bainiet, met een uitstekende sterkte en taaiheid, met weinig neiging tot vervorming of barsten. Austempering heeft echter een lange productiecyclus, hoge kosten en is beperkt tot werkstukken met kleinere dwarsdoorsneden.

 

Veelvoorkomende problemen en kwaliteitscontrole

 

Afschrikken resulteert vaak in defecten zoals onvoldoende hardheid, zachte plekken, vervorming, barsten, oxidatie en ontkoling.

Onvoldoende hardheid wordt doorgaans veroorzaakt door verwarming op een te lage temperatuur of onvoldoende koeling. Een andere oorzaak is oppervlakteontkoling van het werkstuk.

Zachte plekken worden doorgaans veroorzaakt door verontreinigde blusmedia of de aanwezigheid van oxidehuid op het werkstukoppervlak. Vervorming en barsten kunnen worden veroorzaakt door overmatige thermische of structurele spanning.

Daarom vereist de kwaliteitscontrole tijdens het blussen een uitgebreide procesbewaking, vooral een nauwkeurige temperatuurregeling tijdens de verwarmingsfase. Tijdens de afkoelfase moeten de temperatuur, concentratie en circulatiesnelheid van het medium stabiel worden gehouden. Temperen is onmiddellijk na het afschrikken noodzakelijk om restspanningen in de onderdelen te elimineren.

Tijdens massaproductie moeten regelmatig steekproeven van de metallografische structuur en de hardheidsgradiënt worden uitgevoerd. Niet-destructieve testen kunnen op kritische onderdelen worden gebruikt om scheuren te detecteren.

 

Materiaalcompatibiliteit en processelectie

 

Verschillen in samenstelling tussen materialen resulteren in variërende hardbaarheid, starttemperaturen voor martensitische transformatie en kritische koelsnelheden. Daarom moet een specifiek afschrikproces worden geselecteerd op basis van de eigenschappen van het materiaal.

Laag-koolstofstaal en laag-gelegeerd constructiestaal hebben een relatief lage hardbaarheid en worden over het algemeen geblust met water of twee-vloeistoffen om de oppervlaktehardheid en slijtvastheid van de onderdelen te verbeteren.

Middelmatig-koolstofgehard en getemperd staal vereist een grondige verharding van de kern. Daarom wordt olieafschrikken of snel olieafschrikken meestal gebruikt om vervorming en barsten te voorkomen.

Gereedschapsstaal met een hoog-koolstofgehalte is gevoelig voor oververhitting, waardoor de kans op vervorming groter is. Daarom kan stapsgewijs afschrikken of alkalisch badafschrikken op lage- temperatuur worden gebruikt.

Hoog{0}}gelegeerd matrijsstaal zoals H13 heeft een uitstekende hardbaarheid, zodat ze met gas kunnen worden afgeschrikt of gehard in een zoutbad op hoge- temperatuur om vervorming te minimaliseren.

Gecarboneerde werkstukken vereisen een bijzonder hoge kerntaaiheid, dus vereisen ze relatief lage temperaturen, hetzij direct afschrikken, hetzij uitharden in een zoutbad.

Roestvast staal en snel-snelheidsstaal vereisen voorverwarmen en afschrikken in een zoutbad om barsten en carbideprecipitatie te voorkomen.

Afschrikken is een complex en kritisch proces, dus de juiste afschrikmethode moet worden geselecteerd op basis van de materiaaleigenschappen, de vorm van het onderdeel en de bedrijfsomstandigheden.

Afschrikken vereist strikte controle van de verwarmings- en koelprocessen om de gewenste microstructuur en eigenschappen te bereiken, terwijl een consistente en betrouwbare productkwaliteit wordt gegarandeerd.