Alles over case hardening – Methoden, voordelen en toepassingen

Gehard vuurwapen

Caseharden is een nauwkeurig oppervlaktebehandelingsproces. Er zijn verschillende soorten, waaronder: inductieharden, carbonitreren en nitreren, onder andere. U kunt het toepassen om de oppervlaktehardheid te verhogen. De techniek verrijkt voornamelijk de buitenste laag van uw component. Het maakt meestal gebruik van koolstof- of stikstofdiffusie bij hoge temperaturen, variërend van 500°C tot 580°C. Dit gebeurt via een proces dat bekendstaat als carburatie. Het oppervlak wordt extreem hard en slijtvast.

Ondertussen blijft de kern van je onderdeel zacht. Dat houdt hem stijf en schokbestendig. Je krijgt componenten die goed tegen spanning kunnen. 

Gecementeerde onderdelen zijn perfect voor omstandigheden met hoge wrijving en hoge impact. Bovendien verlengt het de levensduur van uw onderdelen. Het verbetert ook de prestaties in veeleisende omgevingen. In dit artikel ontdekt u het hele proces. U ziet ook praktische toepassingen en voordelen.

Wat is case-hardening?

Gevalverharding

Case-hardening is vergelijkbaar met de oppervlaktebehandelingen Proces. Het wordt meestal gebruikt om metalen oppervlakken te harden. De binnenkern blijft zowel taai als veerkrachtig. Dit geeft uw onderdelen gecombineerde eigenschappen.

Een zachte kern kan beter tegen schokken en spanning. Hij blijft taai, sterk en schokbestendig. Maar op zichzelf slijt hij snel. Daarom heb je ook oppervlaktehardheid nodig.

Daar komt caseharding om de hoek kijken. Het helpt slijtage en wrijving tegen te gaan. Bovendien voorkomt het eroderen van onderdelen tijdens gebruik. U krijgt een betere duurzaamheid zonder verlies van taaiheid.

Je kunt oppervlakken op verschillende manieren verharden. Soms kun je de kristalstructuur direct veranderen. Andere keren kun je nieuwe elementen aan het oppervlak toevoegen. Warmte is echter altijd noodzakelijk, ongeacht de methode. 

Hoge temperaturen bevorderen diffusie en chemische veranderingen. Zo ontstaat een dunne, geharde laag. Al met al zorgt dit ervoor dat uw onderdeel de perfecte oppervlakteprestaties krijgt. (Lees meer over neerslagverharding).

Case-verhardingsproces

Case-verhardingsproces

Laten we eens kijken hoe je staal of andere metalen kunt harden. De procedure omvat het carboneren, gevolgd door het harden, waarna het ontlaten plaatsvindt. Dit verandert de samenstelling van het materiaal en de weerstandseigenschappen. Het volledige proces van oppervlakteharden verloopt als volgt.

Carbureren: het toevoegen van koolstof aan het oppervlak

Metaalcarburatieproces

De eerste procedure omvat het carboneren. Tijdens dit proces wordt het onderdeel verhit in een koolstofrijke omgeving. De temperatuur blijft tussen 880°C en 950°C. Het metaaloppervlak wordt tijdens het verhittingsproces doorlaatbaar voor koolstof. Na het verhittingsproces ontstaat er een harde, met koolstof verrijkte laag op het oppervlak. De taaiheid blijft intact omdat de binnenkant van het metaal zacht blijft.

De twee meest gebruikte carburatieprocessen zijn: gasbehandeling en zoutbadbehandeling. Bij gascarbureren omringt u het onderdeel met koolstofgassen om het proces te voltooien. Bij zoutbadcarbureren wordt het onderdeel in een gesmolten zoutbad geplaatst. De koolstofdeeltjes dringen door beide behandelingsprocessen het materiaaloppervlak binnen. Als gevolg van dit proces ontstaat een extra resistente laag. De verwarmingstijd bepaalt de diepte van de koolstofinfiltratie.

Verharden: de kracht verankeren

Metaalharding

Na voltooiing van de carbonering worden de onderdelen gehard. Het onderdeel moet opnieuw worden verhit tot het austenitiseringsbereik is bereikt. Het oppervlak wordt gereed gemaakt voor structurele verandering voordat de volgende stap wordt gezet. Het object wordt snel afgeschrikt door middel van olie-, water- of luchttoepassingenDoor snelle afkoeling wordt de complexe martensitische structuur in het materiaal opgesloten.

De oppervlaktesterkte van uw onderdeel neemt toe door een hardingsproces. De oppervlaktesterkte die door het harden wordt verkregen, verbetert tegelijkertijd de weerstand tegen vermoeiing en het draagvermogen. Uw onderdeel kan direct na het carboneren of na voltooiing van het herverhittingsproces worden afgeschrikt. Het doel van dit proces is om een sterke buitenbekleding.

Temperen: verbetert de taaiheid en vermindert stress

Staal temperen

Het laatste warmtebehandelingsproces staat bekend als ontlaten. Na het harden ondergaat het onderdeel een tweede verwarmingsproces bij lagere temperaturen. Het vertragen van de afkoeling is essentieel om het gewenste resultaat te bereiken. Tijdens het ontlaten nemen de interne spanning en brosheid af.

Een oppervlak dat gemakkelijk verbrokkelt, moet koste wat kost worden vermeden. Het ontlaten stelt u in staat de sterkte te balanceren door de ductiliteit van het materiaal te verhogen. De uiteindelijke mechanische eigenschappen bereiken via deze methode hun optimale staat. 

Wanneer moet case hardening worden toegepast?

Toepassingen van verharding

Oppervlakteverharding wordt toegepast wanneer het behoud van de duurzaamheid van het oppervlak een prioriteit is. Het is bij uitstek geschikt voor zachte metalen, zoals zacht staal, en in zeldzame gevallen voor sommige non-ferrometalen waarvoor gespecialiseerde processen nodig zijn. De materialen hebben externe hulp nodig om slijtage te voorkomen. Wacht tot het oppervlak hard is, omdat het voor gereedschapsmachines lastiger is om met harde oppervlakken te werken.

Sommige processen vereisen dat het product uithardt vóór de productiefase. De methode hangt af van uw productontwerp en de functionele vereisten. Het primaire doel blijft tijdens alle processen hetzelfde. Het oppervlak moet een uitstekende duurzaamheid hebben en tegelijkertijd de interne flexibiliteit behouden.

Wanneer het budget een grote zorg is

Gereedschapsstaal heeft een hoog prijskaartje omdat het betere sterkte-eigenschappen biedt. In sommige gevallen kan het meer dan 20 keer duurder zijn dan basismaterialen. Gereedschapsstaal heeft niet altijd dezelfde sterkte nodig. Het alternatieve materiaal voor deze toepassing is koolstofarm staal. Dit zorgt voor een betere kostenbesparing door zowel materiaal- als energie-efficiëntie. Het is niet nodig om de volledige materiaaldoorsnede te verwarmen. De kritieke delen worden taai, terwijl de rest van het materiaal onaangetast blijft.

Wanneer u speciale eigenschappen nodig heeft

Casehardening biedt eigenaren van apparatuur unieke eigenschappen. Het buitenoppervlak vormt een beschermende laag hardheid. Aan de andere kant blijft het binnenmateriaal soepel. Het materiaal in de kernsectie is bestand tegen spanningen en schokken. Het buitenoppervlak behoudt zijn wrijvings- en slijtagebestendigheid.

De gecombineerde eigenschappen van een harde buitenkant en een zachte binnenkant zorgen voor betere prestaties van koppelingen. Dergelijke componenten verlengen hun levensduur doordat ze beter omgaan met uitlijnfouten. Geharde onderdelen die op deze manier zijn gemaakt, bieden niet dezelfde bewegingsvrijheid. Oppervlakteverharding geeft uw component de nodige sterkte en betrouwbaarheid. 

Wanneer hoogwaardig staal niet beschikbaar is

Staalclassificatie

Het verkrijgen van gereedschapsstaal is soms onmogelijk. De huidige kwaliteit is mogelijk niet beschikbaar binnen uw lokale voorraadpunten. Bovendien zijn de vereiste productafmetingen mogelijk niet op de markt verkrijgbaar.

De aankoop van grote voorraadafmetingen leidt tot zowel financieel verlies als een vertraagde productietijd. U kunt kiezen voor koolstofarm staal, omdat dit beter verkrijgbaar is dan hoogwaardige staalproducten.

U kunt het verhardingsproces alleen op de geselecteerde oppervlakken toepassen. De techniek levert bevredigende resultaten op voor niet-essentiële toepassingen. U regelt leveringszaken effectief en handhaaft de standaard operationele capaciteiten.

Wanneer de toepassing oppervlaktesterkte vereist

Duurzaam gehard stalen onderdeel

Niet alle onderdelen hoeven door en door hard te zijn. Sommige hebben alleen bescherming aan de buitenkant nodig. Dit komt vaak voor bij onderdelen zoals vijlen en tandwielen.

Vijlen hebben alleen hun tanden nodig om hard te worden, terwijl de rest van het materiaal ongehard blijft. Het materiaal mag alleen via de oppervlaktelagen gehard worden. Het product behoudt voldoende duurzaamheid, zelfs nadat de gewenste oppervlaktehardheid is bereikt. De stijve kern blijft gemakkelijk te bewerken, samen met het geharde oppervlak.

Begrijp de werking van tandwielen wanneer ze mechanische spanning ondergaan. De tanden moeten hard zijn om langer mee te gaan en bestand te zijn tegen slijtage. Ondanks deze eis hoeft de gehele binnenkant niet volledig hard te zijn. Als het tandwielmateriaal overal te hard wordt, ontstaat broosheid. Het oppervlaktehardingsproces lost dit probleem volledig op. Door deze processen bereikt u slijtvastheid terwijl de flexibiliteit van het kernmateriaal behouden blijft.

Welke soorten metaal kunnen oppervlaktegehard worden?

• Koolstofarm staal
• Koolstofstaal
• Gietijzer
• Hoogwaardig laaggelegeerd staal (HSLA)
  Gereedschapsstaal
• Roestvrij staal
• Titanium- en aluminiumlegeringen (speciale gevallen)

Veelvoorkomende componenten die u kunt oppervlakteharden

Geharde bevestigingsmiddelen

• Gears
• Fasteners
• nokkenassen
• Staven
• Pins
• krukassen
• assen
• Lagers
• Koppelingen
• Assen
• Springs
• Tandwieltanden
• Klepzittingen
• Koppelingsplaten
• katrollen

Casehardening versus oppervlaktehardening

Oppervlakteharden

Oppervlakteharding veroorzaakt verhardingseffecten die uitsluitend het buitenste oppervlak van het onderdeel beïnvloeden. U verwarmt het oppervlak tot een ingestelde temperatuur, terwijl de binnenkant onder het austenitiseringspunt blijft. U koelt het verwarmde materiaal af tot de gewenste oppervlaktetemperatuur in een medium bestaande uit water, olie of lucht. Door de snelle verhitting harden de buitenste lagen uit. Het binnenste gedeelte van het materiaal blijft in zijn oorspronkelijke staat.

Aan de andere kant wordt bij case hardening koolstof of stikstof aan het oppervlak toegevoegd en wordt er warmte toegepast zodat het in het metaal kan diffunderen.Het buitenste deel wordt hard, ondanks dat de interne kern flexibel blijft. Het proces vereist chemische diffusie, hoge temperaturen en langdurige blootstelling aan deze omstandigheden.

Wat is gehard staal?

Gehard stalen onderdelen

Gehard staal heeft een harde buitenlaag. Tijdens het gebruik worden stalen onderdelen met warmte behandeld om de oppervlaktesterkte te verbeteren. De kern van staal blijft zacht, maar toch stijf en flexibel. Deze mix helpt het onderdeel bestand te zijn tegen slijtage en stoten.

Je vindt het in onderdelen zoals tandwielen en bevestigingsmiddelen. Het werkt uitstekend op plekken waar vaak wrijving en spanning optreden. Je gebruikt het in auto's, machines en zwaar gereedschap. Het oppervlak blijft sterk, terwijl de binnenkant schokken absorbeert.

Voordelen van caseharding

Dit zijn de standaardvoordelen van warmtebehandeling van metalen, zoals oppervlakteverharding.

Langduriger onderdelen

Door oppervlakteharding krijgt een product een langere levensduur. De beschermende buitenlaag van de onderdelen zorgt voor duurzaamheid door mechanische belasting te weerstaan. Dit verlengt de levensduur. Dit werkt meestal het beste voor componenten die continu onder druk staan ​​of in beweging zijn.

Betere slijtvastheid

De buitenste laag wordt sterker doordat deze bestand is tegen krassen, deuken en andere soorten stoten. De mogelijkheid van geharde onderdelen om intensief gebruik te weerstaan, leidt tot een verbeterde duurzaamheid, omdat ze minder snel kapot gaan. Dit resulteert in een verminderde behoefte aan vervanging en onderhoud.

Sterker en betrouwbaarder

Het proces maakt onderdelen sterker. Sterke krachten zorgen er niet voor dat deze componenten buigen of breken. Het versterkt componenten die aan hoge mechanische spanningen worden blootgesteld, met name tandwielen en assen.

Bestand tegen hoge hitte

De sterkte van geharde onderdelen blijft intact, zelfs bij hoge bedrijfstemperaturen. Dankzij hun hittebestendigheid zijn deze componenten een uitstekende keuze voor warme werkomgevingen.

Samenvatting

Oppervlakteharding is een waardevolle oppervlaktebehandeling. Het wordt tegenwoordig veel gebruikt in diverse industrieën. Het is met name effectief in situaties waar trillingen, schokbelastingen en scheefstelling veel voorkomen. Het biedt de ideale combinatie van oppervlaktehardheid en duurzaamheid, zonder het materiaal te broos te maken.

At Boda, wij bieden uitgebreide diensten voor warmtebehandeling voor uw maatwerkonderdelen. U kunt kiezen uit carboneren, inductieharden, nitreren of carbonitreren. We stemmen het proces af op uw metaalsoort en ontwerpvereisten. Of u nu koolstofarm staal, gelegeerd staal of speciale materialen gebruikt, wij zorgen ervoor dat het oppervlak sterk wordt terwijl de kern taai blijft. U ontvangt onderdelen met een betere slijtvastheid, een langere levensduur en optimale prestaties. We werken aan complexe onderdelen zoals tandwielen, assen, pennen, bevestigingsmiddelen en meer.

We hopen dat deze gids u heeft geholpen het oppervlaktehardingsproces beter te begrijpen. Voor meer inzicht in warmtebehandelingsmethoden en andere onderwerpen in de werktuigbouwkunde kunt u onze blog bekijken en op de hoogte blijven.

Veelgestelde vragen

V1: Wat wordt bedoeld met case hardening?

Casehardening is een warmtebehandelingsproces. Het hardt alleen de buitenkant van metalen onderdelen. De kern blijft aan de binnenkant zacht en veerkrachtig. Dit verhoogt zowel de slijtvastheid als de sterkte.

Vraag 2: Wat zijn de nadelen van oppervlakteharding?

Oppervlakteharding kan niet diep in dikke delen doordringen. Het is ook tijdrovend en energie-intensief. Sommige methoden vereisen speciale apparatuur of gassen. Niet alle metalen kunnen oppervlakteharden.

V3: Welke kleur heeft de casehardening?

Gehard staal vertoont blauwe, bruine of paarse tinten. Deze kleuren ontstaan ​​door oxidatie tijdens de warmtebehandeling. Het geeft een opvallend, gepatroneerd oppervlak. De exacte tint is afhankelijk van de temperatuur en de methode.

V4: Waarom is de krukas oppervlaktegehard?

Krukassen worden blootgesteld aan zware belastingen en wrijving. Oppervlakteverharding verhoogt de oppervlaktesterkte en duurzaamheid. Het voorkomt slijtage zonder de kern broos te maken. Zo gaat de krukas langer mee onder belasting.

V5: Wat is een voorbeeld van case hardening?

Carbureren is een typisch oppervlaktehardingsproces. Het voegt koolstof toe aan het oppervlak van koolstofarm staal. Tandwielen, nokkenassen en pennen maken vaak gebruik van deze methode. Deze onderdelen hebben een harde schaal met een stijve kern nodig.

V6: Wat is het verschil tussen oppervlakteharding en oppervlakteharding?

Oppervlakteharding is een vorm van oppervlakteharding. Het verhardt de buitenste laag van een metaal. Kleuroppervlakteharding gaat echter vaak gepaard met chemische veranderingen, zoals de toevoeging van koolstof of stikstof. Oppervlakteharding kan ook worden bereikt door directe verhitting of het gebruik van lasers.