Wat isothermisch gloeien betekent
Isothermisch gloeien is een verzachtende warmtebehandeling waarbij staal eerst wordt verwarmd tot in het austenietbereik, snel genoeg wordt afgekoeld om transformatie tijdens het afkoelen te voorkomen, en vervolgens op een constante temperatuur wordt gehouden net onder de kritische temperatuur A1 totdat het austeniet volledig is getransformeerd. Omdat de transformatie plaatsvindt bij één gecontroleerde temperatuur in plaats van terwijl de oven langzaam afkoelt, eindigt de hele lading met dezelfde microstructuur en dezelfde hardheid.
Het doel van de behandeling
De behandeling wordt om vier belangrijke redenen toegepast. Het verlaagt de hardheid zodat het staal met economische snijsnelheden kan worden bewerkt. Het produceert een uniforme ferriet- en carbidestructuur, die voorspelbare en consistente eigenschappen van onderdeel tot onderdeel oplevert. Het verlicht de interne spanningen die ontstaan door gieten, smeden of koudvervormen, waardoor vervorming tijdens latere bewerking of verharding wordt verminderd. Het verfijnt en homogeniseert ook de structuur, wat de taaiheid verbetert en het materiaal voorbereidt op een gecontroleerde verharding of koud-vervorming.
De processtappen
Verwarming.Het werkstuk wordt verwarmd tot boven de bovenste kritische temperatuur, zodat de microstructuur volledig austenitisch wordt; voor hypereutectoïde staalsoorten is het doel een gecontroleerde austeniet-plus-carbide-conditie in plaats van volledige austenitising.
Snelle afkoeling.De lading wordt snel afgekoeld tot het temperatuurbereik waarin perliet zich normaal gesproken zou vormen, meestal door geforceerde lucht of door het over te brengen naar een tweede oven, zodat er onderweg geen transformatie plaatsvindt.
Isotherme greep.Het staal wordt in het ferriet- en carbidegebied op een constante temperatuur gehouden totdat het austeniet volledig is getransformeerd. Het lang genoeg vasthouden bij deze temperatuur zorgt voor de uniforme structuur.
Luchtkoeling.Zodra de transformatie voltooid is, kan de lading in stilstaande lucht worden gekoeld, omdat de microstructuur al is gevestigd en er geen verdere structurele verandering zal plaatsvinden.
Waar het proces past bij gloeibehandelingen
Volledig uitgloeien is afhankelijk van langzame afkoeling van de oven, wat bij zware secties lang duurt en het midden van een grote lading harder kan achterlaten dan het oppervlak. Normaliseren geeft een fijnere structuur maar een hogere hardheid dan de meeste bewerkingen wensen. Sferoïdiserend gloeien, een speciaal geval van het isotherme idee, wordt toegepast op hoog-koolstof- en lagerstaal om lamellair carbide om te zetten in afgeronde deeltjes die gemakkelijk machinaal kunnen worden bewerkt en koud kunnen worden gevormd. Isothermisch gloeien is de praktische keuze wanneer over de volledige sectie aan een bepaalde maximale hardheid moet worden voldaan en de cyclustijd van belang is bij de productie.
Toepassingen
Typische toepassingen zijn onder meer smeedstukken van gelegeerd staal en staafmateriaal dat tot assen, tandwielen en koppelingen wordt verwerkt; onderdelen met hoog-koolstofgehalte en dragend staal voorbereid voor sferoïdisatie; gereedschaps- en matrijzen die een consistente structuur nodig hebben voordat ze kunnen uitharden; koud-koers- en koud-trekmateriaal dat zware vervorming moet overleven; en gelaste of zwaar machinaal bewerkte samenstellingen waarbij restspanning anders vervorming zou veroorzaken tijdens de laatste warmtebehandeling.
Procesbeheersing en veelvoorkomende valkuilen
De kritische controles zijn de austenitistemperatuur en -tijd, de afkoelsnelheid op weg naar het isothermische ruim, de vasthoudtemperatuur en de vasthoudtijd. Als de greep te kort is, blijft er ongetransformeerd austeniet achter, dat later verandert in een onverwacht hard bestanddeel. Als de temperatuur te hoog is, wordt de structuur grover en gaat de taaiheid achteruit. Als de belasting te groot is voor de bereikte koelsnelheid, vindt een deel van de transformatie plaats tijdens het koelen en gaat de eigenschapsuniformiteit die de behandeling rechtvaardigt verloren. Hardheidscontroles op een in secties verdeeld monster, samen met een metallografisch onderzoek, zijn de gebruikelijke manier om te bevestigen dat de cyclus zijn werk heeft gedaan.
Veelgestelde vragen
Vraag: Wat is het belangrijkste doel van isotherm gloeien?
Om staal tot een bepaalde maximale hardheid te verzachten, homogeniseert u de microstructuur en verlicht u de interne spanning, zodat het onderdeel voorspelbaar wordt bewerkt, gevormd en uitgehard.
Vraag: Hoe verschilt dit van volledig uitgloeien?
Bij volledig gloeien wordt het staal getransformeerd terwijl de oven langzaam afkoelt, terwijl bij isotherm gloeien het staal wordt getransformeerd bij een constante -temperatuur net onder het kritieke punt, waarna luchtkoeling mogelijk is, wat sneller en uniformer is.
Vraag: Welke staalsoorten worden op deze manier behandeld?
Gelegeerde staalsoorten, hoog-koolstofstaal, lagerstaal en gereedschapsstaal profiteren hier het meest van, en de behandeling wordt ook toegepast op koud-kopmateriaal en op smeedstukken die door de doorsnede aan een hardheidsspecificatie moeten voldoen.
Vraag: Waarom is de bewaartemperatuur belangrijk?
De houdtemperatuur bepaalt de fijnheid van het ferriet-carbidemengsel en daarmee de bereikte hardheid. Een te hoge temperatuur maakt de structuur grover, terwijl een te lage temperatuur de transformatie onvolledig laat.
Vraag: Kan isothermisch gloeien het normaliseren vervangen?
Ze dienen verschillende doelen. Normaliseren wordt gekozen vanwege een fijnere korrelgrootte en hogere sterkte, terwijl isotherm gloeien wordt gekozen vanwege lage, uniforme hardheid en goede bewerkbaarheid. De vervanging hangt dus af van de eigenschappen die het eindproduct nodig heeft.
Vraag: Hoe wordt het resultaat geverifieerd?
Door hardheidstests over de gehele doorsnede en door metallografisch onderzoek van de microstructuur, waar nodig ondersteund door een hardheidspassage op een coupon die is behandeld met de productiebelasting.
