Het gloeien kan in drie verschillende fasen worden onderverdeeld.

Fase 1: Opwarmen

De eerste fase is opwarmen. Daarbij wordt het werkstuk tot de gloeitemperatuur verhit en volledig opgewarmd. In deze fase moet rekening worden gehouden met de specifieke verwarmingssnelheid van het betreffende materiaal.

Fase 2: Op temperatuur houden

De tweede fase wordt de houdfase genoemd. Het onderdeel wordt op een constante gloeitemperatuur gehouden zodat de temperatuur in het hele werkstuk gelijk blijft. Bovendien kunnen nu de gewenste fysieke en chemische processen in balans worden gebracht. De benodigde houdtijd is afhankelijk van het soort materiaal, de vorm van het onderdeel en de positie in de gloeioven.

Fase 3: Afkoelen

De laatste fase is afkoelen. Het onderdeel wordt nu tot de omgevingstemperatuur afgekoeld. Ook in deze fase kan snelheid een belangrijke rol spelen. Hierna is het gloeiproces voltooid.

Afbeeldingstekst: Gloeikleuren voor het gloeien van staal

Meer complexe warmtebehandelingen

Als er bijzonder hoge kwaliteitseisen aan een materiaal worden gesteld, moeten de drie gloeifasen mogelijk verder worden onderverdeeld. Voor sommige soorten materiaal worden behandelingen in negen fasen aangeboden. In dit geval spreekt men van zogenaamde gloeivoorschriften of gloeiprogramma's. De term gloeiprogramma wordt echter ook gebruikt voor meerdere opeenvolgende gloeiprocessen van verschillende producten of hetzelfde werkstuk.

Indeling volgens gloeiproces

Gloeien is onderverdeeld in de volgende processen:

• Normaalgloeien
• Zachtgloeien
• GKZ-gloeien
• Spanningsarm gloeien
• Grofkorrelig gloeien
• Rekristalliserend gloeien
• Diffusiegloeien of homogeengloeien
• Waterstofarmgloeien of waterstof-effusiegloeien

Het normaliseren van staal wordt ook normaalgloeien genoemd. Bij dit proces moet een fijnkorrelige kristallietstructuur gelijkmatig over het gehele werkstuk worden verdeeld. De vereiste temperatuur is afhankelijk van het koolstofgehalte. Metalen met een laag koolstofgehalte kunnen worden normaalgegloeid tot 950 °C. Staalsoorten met een hoog koolstofgehalte worden daarentegen normaalgegloeid bij net onder de 800 °C.

Bij zachtgloeien worden temperaturen tussen 650 °C en 800 °C gebruikt. In dit temperatuurbereik wordt minder cementiet en perliet afgescheiden. Dit vermindert zowel de hardheid als de sterkte van het staal en maakt het meer vervormbaar.

GKZ-gloeien, afkorting voor "Glühen auf kugeligem Zementit" (gloeien op nodulair cementiet), is vergelijkbaar met zachtgloeien. Daarbij ligt de focus op een hoog carbidegehalte om koudvormen bij kamertemperatuur mogelijk te maken. Dit wordt gerealiseerd door pendelgloeien en langzame afkoeling.

Het doel van spanningsarm gloeien is het elimineren van restspanningen in het staal zonder andere eigenschappen aan te tasten. Dit wordt bereikt bij temperaturen tussen 480 °C en 680 °C.

Zoals de naam al doet vermoeden, vergroot grofkorrelig gloeien de grootte van de kristallieten, wat de sterkte en taaiheid vermindert, de ideale voorwaarde voor machinale bewerking.

Bij rekristalliserend gloeien wordt het materiaal verwarmd tot een temperatuur net boven de individuele herkristallisatietemperatuur. Dit is afhankelijk van de mate van vervorming en de smelttemperatuur van het materiaal. Deze ligt over het algemeen tussen 550 °C en 700 °C. Het doel van dit gloeiproces is om kristallietstructuren die door koude bewerking zijn veranderd, terug te brengen naar hun oorspronkelijke staat.

Een andere gloeimethode is diffusiegloeien, ook wel homogeengloeien genoemd. Bij temperaturen tussen 1050 °C en 1300 °C worden vreemde atomen gelijkmatig verdeeld in het metaalrooster van het behandelde werkstuk. Dit proces kan tot twee dagen duren.

Ten slotte is er waterstof-effusiegloeien of waterstofarmgloeien. Bij temperaturen tussen 200 °C en 300 °C vindt gedurende meerdere uren een effusieproces of afgifte van waterstofatomen plaats, die eerder het materiaal bros maakten.

De voordelen in één oogopslag

Samenvattend kunnen verschillende gloeiprocessen de volgende voordelen opleveren:

• Betere mechanische eigenschappen
• Een microstructuur die meer geschikt is voor koudvormen
• Minder spanningen
• Betere voorbereiding voor spaanloze en verspanende bewerkingen
• Herstel van de oorspronkelijke staat

De juiste temperatuur 

Afbeeldingstekst: Temperatuurbereik bij zachtgloeien

De voordelen in één oogopslag

Contra-indicaties

Spanningsarm gloeien vermindert interne spanningen in de metalen structuur. Dit voorkomt dat interne spanningen in het metaal door gebruiksspanningen worden overbelast door verdere bewerkingen of het gebruik van het werkstuk. Dit beschermt het werkstuk tegen vervorming en breuk.

Interne spanningen ontstaan in het metaal onder andere als gevolg van de volgende processen:

• Verspanende bewerkingen, zoals draaien of frezen
• Lassen
• Koudvormen zoals dieptrekken of buigen
• Onregelmatige afkoeling, bijvoorbeeld door onvoldoende krimp tijdens het gieten
• Microstructurele transformatie

Als spanningsarm gloeien vakkundig wordt uitgevoerd, kan over het algemeen meer dan 90 % van de spanningen worden afgebouwd. Spanningsarm gloeien kan in een oven met luchtcirculatie worden uitgevoerd.

Om het werkstukoppervlak tegen oxidatie te beschermen, wordt het werkstuk in een oven met beschermgas gegloeid. Als er hoge eisen aan het oppervlak van het onderdeel worden gesteld, is de behandeling in een vacuümoven ook een optie.

Afzonderlijke fasen

Spanningsarm gloeien kan in drie fasen worden onderverdeeld: opwarmen, op temperatuur houden en afkoelen. Tijdens de opwarmtijd wordt het materiaal verwarmd. Daarna volgt een houdtijd van vier tot zes uur bij een constante temperatuur.

De gloeitemperatuur en gloeiduur zijn essentieel voor een succesvol proces. Ten slotte wordt het werkstuk tijdens de afkoelperiode langzaam aan de lucht of in een oven gekoeld om te voorkomen dat er opnieuw spanningen en scheuren optreden.

Zowel de opwarmfase als de afkoelfase moeten langzaam worden uitgevoerd en worden gecontroleerd op basis van de thermische geleidbaarheid in het materiaal. Dit zorgt voor een lage temperatuurgradiënt tussen het oppervlak en de kern van het werkstuk. Een te snelle opwarm- of afkoelsnelheid kan nieuwe spanningen veroorzaken. Dit is vooral belangrijk voor werkstukken met grote verschillen in vorm en dikte.

De voordelen in één oogopslag

Spanningsarm gloeien biedt onder andere de volgende voordelen voor een onderdeel:

• Reductie van spanningen met meer dan 90 %
• Betere verspaanbaarheid van het materiaal waardoor gereedschappen langer meegaan
• Vervormingsarme verdere bewerking mogelijk
• Minimaal risico op scheurvorming
• Geen harden van het onderdeeloppervlak
• Grotere precisie
• Korte bewerkingstijden door minder metingen

Spanningsarm gloeien is zinvol nadat werkstukken ruw zijn bewerkt. Zo kunnen bijvoorbeeld de spanningen van gelaste constructies worden verminderd.

Deze methode is ook geschikt voor het voorbereiden van werkstukken voor fijnbewerking. Zo moeten bijvoorbeeld onderdelen met kleine maattoleranties voor nitrocarboneren een lage spanning hebben.

De juiste gloeitemperatuur is essentieel voor het gewenste resultaat. Deze hangt onder andere af van het soort materiaal en de voorbehandeling. Gehard staal wordt bijvoorbeeld minstens 30 °C onder de laatste ontlaattemperatuur gegloeid. Gehard gietijzer kan helemaal niet spanningsarm worden gegloeid omdat de gloeitemperatuur een ontlaateffect zou kunnen veroorzaken.

Ongehard gietijzer kan worden gegloeid. De juiste temperatuur is afhankelijk van de samenstelling van de legering. Voor ongelegeerd gietijzer is dit 500 °C tot 550°C, voor laaggelegeerd 550 °C tot 600 °C en voor hooggelegeerd 600 °C tot 650 °C.

Fijnkorrelige staalsoorten worden gegloeid bij temperaturen onder 580 °C omdat anders de microstructuur grover kan worden. Roestvast staal wordt meestal behandeld met oplosgloeien.

Koperen en messing onderdelen kunnen ook met spanningsarm gloeien worden behandeld. Afhankelijk van de samenstelling van de legering ligt de gloeitemperatuur tussen 250 °C en 500 °C voor messing onderdelen en tussen 150 °C en 275 °C voor koperen werkstukken.

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.

Normaalgloeien is bedoeld om negatieve invloeden te compenseren die in de constructie zijn ontstaan, bijvoorbeeld als gevolg van gieten of lassen. Bij walsen kan normaalgloeien al tijdens het proces worden uitgevoerd. Men spreekt dan van 'normaliseren van rollen'.

Normaalgloeien is in principe een goed reproduceerbaar proces. Het bestaat uit drie stappen: verwarming, houdtijd en koeling.

De verwarming wordt uitgevoerd tot boven de GSK-lijn. Het materiaal bereikt zijn hardingstemperatuur tussen ongeveer 800 °C en 920 °C. De grotere ferrietkorrels worden nu omgezet in kleinere austenietkorrels.

Na de verwarming volgt de houdtijd voor een gelijkmatige microstructuurtransformatie. De houdtijd is afhankelijk van de grootte en vorm van het onderdeel. Over het algemeen bedraagt de houdtijd één tot acht uur.

Het werkstuk wordt vervolgens gekoeld in lucht of in gas. In deze fase vormen zich opnieuw ferrietkorrels, maar met een fijnere korrelgrootte. Het doel van normalisatie is daarmee bereikt: een homogene structuur.

Om het materiaal tegen ontkoling en oxidatie te beschermen wordt normaalgloeien in een beschermgasatmosfeer aanbevolen.

INFO: Formule voor het berekenen van de houdtijd

Houdtijd (in minuten) = 60 + maximale werkstukdiameter (in mm)

Afbeeldingstekst: Microstructurele verandering tijdens normaalgloeien

De rol van de temperatuur

Om energetische redenen hebben staalstructuren de neiging om één grote korrel te willen vormen. Grove korrels worden in dit stadium gevormd. Hoge temperaturen bevorderen het noodzakelijke diffusieproces. Daarom mag de gekozen temperatuur voor normaalgloeien niet te hoog zijn. Over het algemeen niet meer dan 30 °C boven de GSK-lijn om grove korrelvorming te voorkomen.

Bij hypereutectoïde staalsoorten moet een perlitisch-cementitische structuur worden gevormd. Hiervoor worden temperaturen dichtbij het bovenste transformatiepunt A1 geselecteerd.

Bij hypoeutectoïde staalsoorten met een koolstofgehalte van minder dan 0,8 % is het doel van normaalgloeien de vorming van een ferritisch-perlitische structuur. Hiervoor moeten gloeitemperaturen van 30 °C tot 50 °C boven het bovenste transformatiepunt A3 worden gekozen.

Afbeeldingstekst: Temperatuurbereik bij normaalgloeien

De voordelen in één oogopslag

Normaalgegloeide werkstukken profiteren van de volgende voordelen:

• Verwijdering van ongewenste bainiet- of carbidecomponenten in de structuur
• Vorming van een fijnkorrelige en homogene structuur
• Betere mechanische eigenschappen
• Betere bewerkbaarheid en verspaanbaarheid

Normaalgloeien wordt vaak uitgevoerd na staalbewerkingen zoals gieten, smeden of lassen om tot korrelverfijning te komen. Het is daarom geschikt voor bijvoorbeeld smeedstukken, lasconstructies en stalen gietstukken.

De volgende materialen zijn bijzonder geschikt voor normaalgloeien:

• Laaggelegeerde staalsoorten
• Verschillende koperlegeringen
• Aluminium en zijn legeringen
• Titanium

Niet-transformatiestalen, zoals ferritisch en austenitisch roestvast staal, zijn niet geschikt voor normaalgloeien. Daarvoor ontbreekt de basisvoorwaarde van α-γ-α-conversie.

Het doet ons een genoegen dat u bij ons wilt normaalgloeien. Om zo snel mogelijk een offerte voor u op te stellen, hebben wij vooraf de volgende gegevens nodig:

• Materiaalnummer
• Overige bewerkingen

In ons vestigingsoverzicht kunt u zien waar wij bij Härtha normaalgloeien aanbieden.

De voordelen in één oogopslag

Het doel van tussengloeien is de kristallijne structuur van het materiaal te optimaliseren en zo de mechanische eigenschappen te verbeteren. Afhankelijk van het materiaal en de toepassing kan het tussengloeien ook helpen om de corrosieweerstand of weerstand tegen hoge temperaturen te verhogen.

Tussengloeien kan direct tijdens het productieproces van een werkstuk worden toegepast, bijvoorbeeld na het harden. Hiertoe wordt het werkstuk na het carboneren of de korrelverfijning gedurende lange tijd tot onder het onderste transformatiepunt verwarmd en vervolgens langzaam afgekoeld.

Het proces wordt ook gebruikt om de levensduur van reeds gebruikte onderdelen te verlengen , bijvoorbeeld voor structurele stalen onderdelen in spuitgietmatrijzen. Door de gebruiksafhankelijke temperatuurwisselingen zijn er spanningen in het onderdeel opgebouwd, die nu worden verminderd.

In het geval van veredelde stalen onderdelen komt het tussengloeien in principe overeen met een ontlaatbehandeling. Er wordt echter een temperatuur gekozen die ongeveer 30 °C tot 50 °C lager is dan de ontlaattemperatuur tijdens de productie. De houdtijd duurt twee tot vier uur. Dit type tussengloeien kan na een hernieuwde gebruiksperiode van het onderdeel opnieuw worden herhaald.

De voordelen in één oogopslag

Tussengloeien biedt verschillende voordelen voor werkstukken in productie en reeds in gebruik zijnde onderdelen:

• Verminderde spanningen
• Betere vervormbaarheid
• Verbeterde verwerkbaarheid
• Geen scheuren, zelfs niet bij transformatieprocessen in meerdere fasen
• Langere levensduur