Vervorming bij warmtebehandeling: spanningsarm gloeien, overmaat en referentiestrategie

Niemand is verbaasd dat een onderdeel beweegt tijdens de warmtebehandeling. Wat mensen verrast, is hoeveel van de eindkosten wordt bepaald door beslissingen die vóór de oven zijn genomen.

Drie daarvan: hoeveel materiaal u laat staan, of u spanningsarm gloeit en vanaf welke vlakken u het onderdeel achteraf wilt herpositioneren.

Waar de beweging vandaan komt

Twee mechanismen, en het loont ze te scheiden omdat de oplossingen verschillen.

Volumeverandering door faseomzetting. Austeniet wordt martensiet, en martensiet neemt meer volume in. Elk onderdeel groeit. Voor een typisch gereedschapsstaal ligt dat in de buurt van 0.1-0.2% lineair, gewijzigd door de hoeveelheid restausteniet en door ontlaten. Het is grotendeels uniform en grotendeels voorspelbaar: u kunt het inplannen.

Vervorming door thermische gradiënten en restspanning. Het onderdeel warmt en koelt ongelijk, verschillende doorsneden transformeren op verschillende momenten, en alle restspanning die was ingesloten door walsen, smeden of voorbewerken komt vrij. Dit is niet uniform en in detail niet voorspelbaar. Dit is wat een plaat tot een aardappelchip kromtrekt.

Het tweede is wat spanningsarm gloeien aanpakt.

Spanningsarm gloeien, en waarom voorbewerken de trigger is

Een gewalst of gesmeed blok komt met interne spanning binnen. Voorbewerken verwijdert materiaal asymmetrisch, waardoor die spanning uit balans raakt, en het blok beweegt, soms direct, soms in de oven.

De standaardvolgorde voor een doorgehard onderdeel:

1. Voorbewerken, met ruime overmaat: doorgaans 2-3 mm per zijde op een groot blok.
2. Spanningsarm gloeien. Verwarmen tot 600-675 °C, ongeveer een uur per 25 mm doorsnede aanhouden, langzaam afkoelen. Het onderdeel beweegt hier, gecontroleerd, waar het geen kwaad doet.
3. Halffabricaat afwerken, wat bewogen is opschonen en de echte overmaat voor de warmtebehandeling laten staan.
4. Harden en ontlaten.
5. Finish bewerken of slijpen.

Stap 2 overslaan bij een groot of asymmetrisch onderdeel is de meest voorkomende oorzaak van een blok dat onherstelbaar uit de oven komt.

Voor onderdelen die al gehard zijn en nog worden afgeslepen, haalt een spanningsarm gloeien bij lage temperatuur na het voorslijpen, doorgaans 25-55 °C onder de ontlaattemperatuur, de slijpspanning eruit zonder de hardheid aan te tasten.

Hoeveel materiaal laten staan

Dit is het getal dat bedrijven het liefst op uw tekening zien, en het getal dat het vaakst ontbreekt.

Ruwe richtlijn voor de overmaat na de warmtebehandeling:

Type onderdeel	Overmaat per zijde
Klein, eenvoudig, luchthardend (A2, D2)	0.1-0.2 mm
Middelgroot blok, luchthardend	0.2-0.4 mm
Grote plaat (>300 mm), luchthardend	0.4-0.8 mm
Oliehardend (O1, S7 zware doorsnede)	0.3-1.0 mm
Dunne of asymmetrische doorsneden, elke staalsoort	50-100% erbij

Luchthardende staalsoorten bewegen veel minder dan oliehardende: dat is het kernargument in O1 of A2. Een luchthardende staalsoort kiezen is vaak goedkoper dan betalen om de vervorming van een oliehardende afschrikking weg te bewerken.

Twee faalwijzen om te vermijden:

Te weinig overmaat. Het onderdeel beweegt meer dan u hebt laten staan, een laag punt wordt niet schoon, en het blok is schroot na al het werk dat erin zit.

Te veel overmaat. U moet nu 1 mm staal van 60 HRC van elk oppervlak hardfrezen of slijpen. Dat is traag, duur en brengt warmte in het onderdeel. Zie bewerken na warmtebehandeling.

Referentiestrategie: het deel dat iedereen vergeet

Dit is de fout die het meest kost en het minst wordt besproken.

U bewerkt een onderdeel met kenmerken die vanaf twee referentievlakken zijn gematen. Het gaat naar de warmtebehandeling. Het komt terug en die referentievlakken zijn bewogen: ze zijn niet meer vlak, niet meer haaks op elkaar en niet meer waar ze waren.

Het bedrijf moet nu de referenties opnieuw vastleggen voordat het iets kan afwerken. Hebt u niet gezegd hoe, dan kiest het zelf. Kiest het anders dan waarop uw toleranties zijn gebaseerd, dan wordt elke maat vanaf de verkeerde plek gemeten en faalt het onderdeel bij de inspectie terwijl het geometrisch in orde is.

Wat te doen:

Wijs de referenties na de warmtebehandeling expliciet aan. Een notitie: “na warmtebehandeling referenties A en B opnieuw vastleggen door slijpen; 0.3 mm overmaat op beide.”

Laat meer materiaal staan op de referentievlakken dan op al het andere. Ze moeten volledig schoon worden, omdat al het andere ernaar verwijst.

Maak de referenties waar mogelijk groot, vlak en op massief materiaal. Een referentie op een dunne flens is meer bewogen dan een op een doorsnede van 40 mm dik.

Overweeg een opofferingsreferentie. Een extra kenmerk, zoals een bewerkte pad of een gefreesd gatenpaar, dat alleen bestaat om het onderdeel na het harden te positioneren en aan het eind wordt verwijderd. Bij complex gereedschap is dit gangbare praktijk en het materiaal waard.

Wat u op de tekening schrijft

Een korte notitie over warmtebehandeling met vier punten:

WARMTEBEHANDELING
1. Voorbewerken, spanningsarm gloeien op 650 °C, 1 uur / 25 mm doorsnede, langzaam afkoelen.
2. Harden en ontlaten tot 58-60 HRC. Dubbel ontlaten.
3. Overmaat na WB: 0.3 mm per zijde; 0.5 mm op referenties A en B.
4. Referenties A en B opnieuw vastleggen door slijpen vóór het finish bewerken.

Vier regels. Ze nemen het grootste deel van de onduidelijkheid weg waardoor offertes voor gehard staal zo sterk uiteenlopen, en ze voorkomen de faalwijzen die een blok van 30 uur werk in schroot veranderen.

Stuur die notitie met de tekening mee op de RFQ en offertes van verschillende bedrijven worden direct vergelijkbaar, omdat ze allemaal hetzelfde plan prijzen.