Het proces: Behandelingsstappen
Precipitatieharden maakt gebruik van het principe dat de oplosbaarheid van sommige legeringselementen afneemt bij dalende temperatuur. Om het gewenste resultaat te realiseren zijn drie stappen nodig: oplosgloeien, afschrikken en verouderen, waarbij de daadwerkelijke precipitatie plaatsvindt.
Oplosgloeien (diffusiegloeien, homogeniseren)
Voor een latere succesvolle precipitatie moeten eerst alle noodzakelijke elementen worden opgelost. Hiervoor wordt oplosgloeien gebruikt. Bij deze stap is de juiste temperatuur van groot belang. De temperatuur moet hoog genoeg zijn zodat er zo min mogelijk grove deeltjes achterblijven. Deze mag echter niet te hoog zijn, anders smelten structurele bestanddelen en is verdere verwerking onmogelijk.
Dit proces kan enkele minuten duren, maar het kan ook enkele uren in beslag nemen. Dit is afhankelijk van de grootte van het onderdeel, de fijne of grove korrel van de structuur, het type legering en de bewerking van het halffabricaat (bijvoorbeeld gesmeed of geperst).
INFO: Dispersoïden
De zogenaamde dispersoïden worden al tijdens het oplosgloeien geëlimineerd. Deze deeltjes zorgen ervoor dat de korrelgrens niet kan bewegen en controleren daarmee de herkristallisatie. Door hun grootte en hun lage gehalte in het materiaal veroorzaken ze slechts een verwaarloosbare toename in sterkte.
Nu volgt het afschrikken in een geschikt medium. Dit kan water of olie zijn, maar ook gas of perslucht. Het afschrikmedium is afhankelijk van het materiaal. Afschrikken voorkomt diffusie en brengt de mengkristallen in een metastabiele, oververzadigde, enkelfasige toestand.
Verouderen
In de laatste stap vindt de eigenlijke precipitatie of veroudering plaats. De temperatuur is bepalend voor de duur en het type precipitatie. Factoren zoals nucleatie en precipitatieveroudering kunnen worden aangepast.
De juiste temperatuur voor de precipitatie hangt voornamelijk af van de materiaallegering. Bij aluminiumlegeringen liggen de temperaturen tussen 150 °C en 190 °C en bij maragingstaal tussen 450 °C en 500 °C.
Terwijl de diffusie of precipitatie door de temperatuurstijging wordt versneld, veranderen de oververzadigde, eenfasige mengkristallen in een tweefasige legering.
De eerste fase is de matrix. Deze is coherent qua volume en vormt meestal het grootste deel. De nieuwgevormde tweede fase is de precipitatie, een homogene structuur van vele kleine precipitaties die doelgericht kunnen worden aangepast.
De voordelen in één oogopslag
Precipitatieharden vindt plaats bij relatief lage temperaturen in vergelijking met andere hardingsprocessen. Dit resulteert in een minimale vervorming.
IJzer
Precipitatieharden is alleen mogelijk met legeringen die aan de volgende eisen voldoen:
- Ten minste één legeringselement moet mengkristallen kunnen vormen met het basismetaal.
- De legeringselementen moeten als gevolg van temperatuurverlaging een afnemende oplosbaarheid in het basismetaal vertonen.
- De precipitatietemperatuur moet voor voldoende drijvende kracht zorgen en de diffusiesnelheid voor voldoende nucleatie.
- Een homogene verdeling van de precipitatie in het materiaal is belangrijk om coagulatie bij de gebruikstemperatuur te voorkomen.
Aluminiumlegeringen harden
Precipitatieharden is vooral belangrijk bij aluminiumlegeringen, omdat deze niet door martensietvorming kunnen worden gehard. In plaats van polymorfe transformatie zijn ze op diffusie aangewezen.
Zo worden bijvoorbeeld klinknagels van Duraluminium gehard. Duraluminium bestaat naast aluminium uit 4 % koper en 1 % magnesium. Het wordt in oplossing gegloeid bij 495 °C tot 505 °C. Na het afschrikken wordt het verouderd om de uiteindelijke sterkte te bereiken. Dit kan door koude veroudering bij kamertermperatuur of door warme veroudering. Hardbare aluminiumlegeringen worden geacht corrosiegevoelig te zijn omdat er geen gesloten oxidelaag kan worden gevormd. Bevriezing bij -18 °C kan de harding vertragen om een langere verwerkingstijd te garanderen.
Geschikte materialen
Oplosgloeien is altijd een voorwaarde om te kunnen precipitatieharden. De volgende materialen zijn geschikt voor harden in oplosgegloeide toestand: speciaal roestvast staal (bijv. maraginstaal 1.4542), aluminium (bijv. duraluminium), titanium, bronslegeringen en andere non-ferrometalen.
Benodigde informatie voor harden
De volgende informatie helpt ons om voor u een offerte voor precipitatieharden op te stellen:
- Materiaalaanduiding, inclusief materiaalgegevensblad, indien beschikbaar
- Afmetingen van het onderdeel
- Informatie over de structurele toestand. Het werkstuk moet oplosgegloeid zijn, maar deze toestand kan door mechanische of thermische invloeden verloren gaan
Ovengrootte
Behandeling met luchtcirculatieoven met luchtafkoeling:
Ø 1010 x 1000 mm
Behandeling in beschermgas-/vacuümovern met afkoeling onder stikstof:
1200 x 1500 x 800 mm
Procesvestigingen
In ons vestigingsoverzicht kunt u zien in welke Härtha-vestigingen wij welke processen aanbieden.