Veel bewerkte onderdelen moeten tijdens het gebruik aan bepaalde eisen voldoen wat betreft hun fysische eigenschappen, zoals hardheid en taaiheid. Deze twee fysische parameters zijn negatief gecorreleerd: wanneer een materiaal een relatief hoge hardheid heeft, is de taaiheid doorgaans lager; wanneer de taaiheid hoog is, is de sterkte over het algemeen lager. Om een veilig gebruik van onderdelen te garanderen en volledige brosse breuken of scheurvorming te voorkomen, worden de sterkte en taaiheid zowel binnen als buiten het onderdeel doorgaans gereguleerd. De oppervlaktehardheid kan niet gelijk zijn aan die van het binnenste. Dit toont het belang aan van het harden van metalen oppervlakken. Hieronder zal ik een korte inleiding geven over het harden van metalen oppervlakken.
Wat is oppervlakteharding?
Oppervlakteharding is een procestechniek waarbij gebruik wordt gemaakt van fysische, chemische of mechanische methoden om de hardheid, slijtvastheid, corrosiebestendigheid en andere eigenschappen van de oppervlaktelaag van het materiaal te verbeteren, terwijl de taaiheid en sterkte in het binnenste van het materiaal behouden blijven.
Bij de verspanende bewerking en de productie van metalen onderdelen hoeven veel werkstukken niet “overal hard” te zijn. De delen die daadwerkelijk bestand zijn tegen wrijving, slijtage en contactmoeheid, zijn vaak alleen de buitenste zones die in contact komen met andere onderdelen. Daarom is bij de productie vaak een gehard oppervlak nodig om de slijtvastheid van het werkende deel van een onderdeel te verbeteren.
Onderdelen zoals tandwielen, geleiderails, lagerzittingen, aandrijfassen, nokken en matrijsoppervlakken worden tijdens het gebruik bijvoorbeeld voortdurend blootgesteld aan glijdend, rollend of stootcontact. Als het gehele onderdeel zeer hard wordt gemaakt, neemt de slijtvastheid toe, maar neemt de algehele taaiheid van het onderdeel af. Bij stootbelasting of wisselende belastingen is de kans groter dat het onderdeel barst of zelfs in zijn geheel breekt, wat onherstelbare schade aan machines en apparatuur veroorzaakt.
Het belangrijkste doel van oppervlakteharding is om het oppervlak van een onderdeel hard en slijtvast genoeg te maken, terwijl het binnenste nog steeds een goede taaiheid en slagvastheid behoudt.
Simpel gezegd:
Hard oppervlak: verbetert de slijtvastheid, de weerstand tegen vermoeidheidsbreuk en de levensduur;
Sterk binnenmateriaal: verbetert de interne slagvastheid van het onderdeel en voorkomt volledige brosse breuk;
Kleine vervorming: in vergelijking met doorharding is deze methode geschikter voor precisieonderdelen waaraan hoge eisen worden gesteld op het gebied van maatnauwkeurigheid;
Lagere kosten: alleen de belangrijkste werkgebieden worden versterkt, waardoor een intensieve behandeling van het gehele werkstuk niet nodig is.
Dit is ook de reden waarom veel hoogwaardige metalen onderdelen niet door en door worden gehard, maar in plaats daarvan een oppervlaktehardingsproces ondergaan.
Waarom worden metalen werkstukken meestal alleen oppervlaktegehard?
Er zijn drie belangrijke redenen waarom metalen werkstukken alleen oppervlaktegehard worden.
1. Slijtage treedt meestal op aan het oppervlak
Wanneer mechanische onderdelen in werking zijn, is het de oppervlaktelaag die daadwerkelijk in contact komt met andere onderdelen, ertegen wrijft en erdoor slijt.
Wanneer tandwielen bijvoorbeeld in elkaar grijpen, treedt slijtage vooral op aan het tandoppervlak; wanneer geleiderails glijden, concentreert de slijtage zich vooral op het contactoppervlak; wanneer asonderdelen worden belast, ontstaan vermoeidheidsscheuren vaak ook vanaf het oppervlak.
Zolang de oppervlaktelaag dus zo wordt behandeld dat deze hard genoeg is, kan de levensduur van het onderdeel aanzienlijk worden verlengd.
2. Het binnenland moet zijn weerbaarheid behouden
Als het gehele onderdeel wordt gehard, wordt het materiaal brozer. Bij onderdelen die worden blootgesteld aan stoten, torsie of herhaalde belastingen, kan een te hoge algehele hardheid juist het risico op breuk vergroten.
Door oppervlakteharding kan een werkstuk een structuur krijgen die “aan de buitenkant hard en aan de binnenkant taai” is:
De buitenste laag zorgt voor slijtvastheid; de binnenste laag zorgt voor draagvermogen en schokdemping;
De algehele prestaties zijn stabieler dan wanneer men alleen maar streeft naar een hoge hardheid.
Dit is van groot belang voor tandwielen, assen, pennen, transmissieonderdelen en matrijsonderdelen.
3. Het kan vervorming door warmtebehandeling verminderen
Door het harden wordt het gehele werkstuk blootgesteld aan intense verhitting en afkoeling, wat gemakkelijk kan leiden tot vervorming, scheurvorming en restspanning.
Een oppervlaktehardingsbehandeling verhoogt alleen de hardheid van ondiepe oppervlaktegebieden, met een kleinere warmtebeïnvloede zone, waardoor deze behandeling geschikter is voor precisieonderdelen en werkstukken waarbij er slechts beperkte ruimte is voor verdere bewerking.
Bij CNC-gefreesde onderdelen kan oppervlakteharding bovendien de noodzaak van latere correctiebewerkingen verminderen en de maatvastheid verbeteren.
Soorten oppervlaktehardingsprocessen
Afhankelijk van de verschillende hardingsprincipes en verwarmingsmethoden zijn er in het algemeen vijf veelgebruikte methoden voor oppervlakteharding: vlamharding, inductieharding, laserharding, carboneringsharding en nitreerharding.
Daarvan behoren vlamharden, inductieharden en laserharden voornamelijk tot de oppervlaktehardingsprocessen; carboneren en nitreren behoren tot de chemische warmtebehandelingsprocessen.
1. Vlamharden: traditioneel en eenvoudig, maar moeilijker te beheersen
Vlamharden is een al lang bestaande methode voor het harden van oppervlakken. Hierbij wordt doorgaans gebruikgemaakt van een oxyacetyleenvlam of een andere vlam met hoge temperatuur om het oppervlak van een metalen werkstuk snel te verwarmen en het vervolgens onmiddellijk af te koelen met watersproeier of door middel van besproeiing.
Nadat het oppervlak van een stalen onderdeel tot de austenitisatietemperatuur is verwarmd, zorgt snelle afkoeling ervoor dat de oppervlaktestructuur in martensiet verandert.
Martensiet is een microstructuur met een hoge hardheid en vormt tevens de reden waarom het oppervlak van het werkstuk na vlamharding hard wordt. Dit is waarneembaar aan de hand van veranderingen in de metallografische microstructuur onder een microscoop met hoge vergroting.
Voordelen van vlamharden
Het proces is eenvoudig en de kosten voor de apparatuur zijn relatief laag;
Geschikt voor het harden van grote onderdelen en specifieke zones;
Minder beperkingen wat betreft de afmetingen van het werkstuk;
Kan worden gebruikt voor tandwielen, geleiderails, asonderdelen, enz.
Nadelen van vlamharden
Het grootste probleem bij vlamharden is dat de warmte niet eenvoudig nauwkeurig te regelen is.
Het verwarmingsbereik van de vlam is relatief groot. Als het proces niet stabiel verloopt, kan het zijn dat het gebied dat gehard moet worden onvoldoende hardheid vertoont, terwijl gebieden die niet gehard moeten worden juist oververhit raken.
Bij kleine tandwielen, slanke assen en dunwandige onderdelen kan de warmte van de vlam gemakkelijk doordringen tot in het binnenste, waardoor het gehele profiel wordt verwarmd en het doel van “alleen het oppervlak te harden” teniet wordt gedaan.”
Daarnaast kan vlamharden ook leiden tot: vervorming van het werkstuk; oxidatie van het oppervlak; een ongelijkmatige diepte van de geharde laag; en de noodzaak van nageslijpwerk of corrigerende bewerking.
Er moet worden opgemerkt dat het al dan niet nodig is om na het vlamharden te ontlaten, afhankelijk is van het materiaal, de hardheidseisen en de gebruiksomstandigheden van het onderdeel. Bij sommige onderdelen die aan hoge belastingen worden blootgesteld, wordt doorgaans een ontlating bij lage temperatuur uitgevoerd om de afkoelspanning en het risico op scheurvorming tijdens de daaropvolgende nabewerking te verminderen.
2. Inductieharden: een efficiënte methode voor oppervlakteharding die geschikt is voor massaproductie
Inductieharden is een moderner en beter regelbaar proces voor het harden van oppervlakken. Hierbij wordt niet rechtstreeks een vlam gebruikt voor het verwarmen, maar wordt in plaats daarvan hoogfrequente of middenfrequente wisselstroom gebruikt om een wisselend magnetisch veld in een spoel op te wekken.
Wanneer een metalen werkstuk zich in een wisselend magnetisch veld bevindt, ontstaan er wervelstromen aan het oppervlak. Deze wervelstromen zorgen voor weerstandsverwarming in het metaal, waardoor de oppervlaktelaag van het werkstuk snel opwarmt. Vervolgens wordt het werkstuk gekoeld met watersproeier of door middel van besproeiing, waardoor zich aan het oppervlak van het metalen onderdeel een martensitische structuur met een hoge hardheid vormt.
Waarom kan inductieharden alleen het oppervlak verhitten?
De sleutel tot inductieharden is het “huideffect”.”
Hoe hoger de frequentie van de wisselstroom, hoe meer de stroom zich concentreert op het oppervlak van het werkstuk en hoe ondieper de verwarmingsdiepte is; hoe lager de frequentie, hoe dieper de stroom doordringt en hoe dieper de geharde laag wordt.
Bij inductieharden kan de diepte van de geharde laag dus worden geregeld door de frequentie, het vermogen en de verwarmingstijd aan te passen.
Voordelen van inductieharden
Snelle opwarmtijd;
Regelbare dikte van de geharde laag;
Geringe vervorming van het werkstuk;
Minder oxidatie aan het oppervlak;
Eenvoudig te automatiseren;
Zeer geschikt voor massaproductie.
Nadelen van inductieharden
De kosten van inductiehardingsapparatuur zijn relatief hoog, en er moeten vooraf geschikte inductiespoelen worden ontworpen op basis van de vorm van het onderdeel.
Voor onderdelen met complexe vormen of kleine productieseries kunnen de kosten voor het ontwerpen en afstellen van gereedschappen relatief hoog zijn.
Zodra de bewerkingsbehoefte en het proces echter stabiel zijn, biedt inductieharden een uitstekende productie-efficiëntie en consistentie.
3. Laseroppervlakverharding: geschikt voor zeer nauwkeurige plaatselijke verharding
Bij laserharden wordt een krachtige laserstraal gebruikt om het oppervlak van het werkstuk snel te scannen, waardoor bepaalde delen van het werkstuk snel worden verwarmd tot de faseovergangstemperatuur; vervolgens wordt gebruikgemaakt van het eigen warmteafvoer- en koelvermogen van het werkstuk om het afkoelen te voltooien.
In tegenstelling tot vlamharden en inductieharden is bij het laseroppervlaktharden doorgaans geen extra koeling door middel van waternevel nodig. Omdat het door de laser verwarmde gebied zeer klein is, voert het omliggende, onverwarmde koude metaal de warmte snel af, waardoor een zelfkoelende afkoeling ontstaat.
Voordelen van laserharden
Kleine warmtebeïnvloede zone;
Zeer geringe vervorming;
Nauwkeurige hardingspositie;
Minder oxidatie aan het oppervlak;
Geschikt voor complexe vormen en de behandeling van kleine gebieden;
Kan worden gebruikt voor hoogwaardige precisieonderdelen.
Nadelen van laserharden
De kosten van laserverhardingsapparatuur zijn relatief hoog, en de verwerkingsefficiëntie ervan is doorgaans minder geschikt voor grootschalige, goedkope productie dan die van inductieverharding.
Daarom wordt het vaker gebruikt voor onderdelen met een klein oppervlak, hoge precisie en een hoge toegevoegde waarde, zoals plaatselijke versterkingen van matrijzen, precisiegeleidingsrails, speciale tandoppervlakken of plaatselijke slijtvaste zones.
4. Carboneren: ook het oppervlak van koolstofarm staal hard maken
De hierboven genoemde vlamharding, inductieharding en laserharding hebben allemaal één voorwaarde: het staal zelf moet voldoende koolstof bevatten.
Bij koolstofarm staal is het door middel van direct afkoelen doorgaans moeilijk om een hoge hardheid te bereiken, omdat het koolstofgehalte onvoldoende is en er daardoor geen voldoende hard martensiet kan worden gevormd.
Op dit punt is een carbonisatiebehandeling nodig.
Carbureringsproces is het proces waarbij een werkstuk van koolstofarm staal in een omgeving met hoge temperatuur en een hoog koolstofgehalte (die voornamelijk bestaat uit cokes, grafiet, houtskool en bariumcarbonaat) wordt geplaatst, waardoor koolstofatomen geleidelijk in de oppervlaktelaag van het werkstuk kunnen doordringen.
Na het carboneren neemt het koolstofgehalte van het werkstukoppervlak toe, terwijl het binnenste in een koolstofarme toestand blijft. Door het daaropvolgende afschrikken en ontlaten krijgt het oppervlak een hoge hardheid, terwijl het binnenste nog steeds een goede taaiheid behoudt.
Voordelen van carboneren
Geschikt voor koolstofarm staal en koolstofarm gelegeerd staal;
Hoge oppervlaktehardheid;
Relatief diepe geharde laag;
Goede weerstand tegen vermoeidheid;
Geschikt voor zwaar belaste tandwielen, aandrijfassen, penassen en andere onderdelen.
Nadelen van het carboneren
Carbureringsbehandeling is een warmtebehandelingsproces dat plaatsvindt bij hoge temperaturen en gedurende een lange tijd, met een relatief lange procescyclus en een hoog energieverbruik.
Door de hoge temperatuur kan het werkstuk ook vervormen, waardoor na het carboneren meestal wordt voorzien in slijpen, nabewerken of maatcorrectie.
Typische toepassingen van carboneren
Het carboneren is uitermate geschikt voor onderdelen die bestand moeten zijn tegen stoten en tevens een hoge slijtvastheid moeten hebben, zoals:
Autotransmissies;
Reductietandwielen;
Aandrijfassen;
Spline-assen;
Doorvoeringen;
Mechanische onderdelen voor zwaar gebruik.
5. Nitreren: een proces voor oppervlakteversterking met geringe vervorming en hoge slijtvastheid
Nitreren vindt doorgaans plaats bij een relatief hoge temperatuur. Hierbij wordt gebruikgemaakt van ammoniak of stikstof, die onder hoge temperatuur en hoge druk ontleden, waardoor stikstofatomen of -ionen in het staaloppervlak kunnen doordringen en daar harde nitriden vormen met legeringselementen in het staal, zoals aluminium, chroom, molybdeen en vanadium. Deze nitridefilms hebben een zeer hoge hardheid en slijtvastheid, waardoor ze de levensduur van het werkstukoppervlak aanzienlijk kunnen verlengen. Het nitrideringsproces kan grofweg worden onderverdeeld in drie processen: gasnitridering, ionennitridering en nitrocarburering.
Voordelen van nitreren
De verwerkingstemperatuur is relatief laag (400-600 graden Celsius);
Geringe vervorming van het werkstuk;
Goede maatvastheid;
Hoge oppervlaktehardheid;
Goede slijtvastheid en vermoeidheidsbestendigheid;
Kan ook de corrosiebestendigheid tot op zekere hoogte verbeteren.
Nadelen van nitreren
De nitreersnelheid is relatief laag en de behandelingscyclus duurt lang; soms duurt deze tientallen uren of zelfs nog langer.
Tegelijkertijd is de genitreerde laag doorgaans dunner dan de gecarbureerde laag en gelden er ook bepaalde eisen voor de materiaalsamenstelling.
Typische toepassingen van nitreren
Nitreren wordt vaak toegepast bij onderdelen die een hoge precisie en een lange levensduur vereisen, zoals:
Precisie-tandwielen, matrijzen, krukassen, spindels, klepstelen, uiterst nauwkeurige asonderdelen en belangrijke componenten voor de lucht- en ruimtevaart en de automobielindustrie.
Vergelijking van 5 soorten oppervlaktehardingsprocessen
| Proces | Versterkingsprincipe | Of afkoelen nodig is | Belangrijkste voordelen | Belangrijkste nadelen | Geschikte onderdelen |
| Vlamharden | Door snelle afkoeling na opwarming van het oppervlak ontstaat martensiet | Verplicht | Voordelig, geschikt voor grote onderdelen | Slechte warmteregeling, gevoelig voor vervorming en oxidatie | Grote tandwielen, geleiderails, assen |
| Inductieharden | Door de oppervlakte te verwarmen via elektromagnetische inductie volgt een snelle afkoeling | Verplicht | Hoog rendement, instelbare diepte, geschikt voor massaproductie | Hoge kosten voor apparatuur en spoelen | Tandwielen, assen, pennen, onderdelen voor aandrijfsystemen |
| Laserharden | Zelfkoelende afkoeling na lokale laserverwarming | Meestal is geen externe koeling nodig | Hoge nauwkeurigheid, geringe vervorming | Hoge kosten, geschikt voor kleine oppervlakken | Matrijzen, geleiderails, plaatselijke slijtvaste oppervlakken |
| Carbureringsproces | Het koolstofgehalte aan het oppervlak wordt verhoogd vóór het afkoelen | Verplicht | Hoge oppervlaktehardheid, relatief diepe geharde laag | Lange cyclus, gevoelig voor vervorming | Tochte tandwielen, aandrijfassen |
| Nitreren | Stikstofatomen vormen harde nitriden | Niet vereist | Kleine vervorming, maatvastheid, goede slijtvastheid | Lange cyclus, hoge kosten, dunne laag | Precisietandwielen, matrijzen, spindels |
Kies het juiste oppervlaktehardingsproces voor uw project
Voor de verschillende onderdelen moet een geschikt oppervlaktehardingsproces worden gekozen, afhankelijk van het materiaal, de afmetingen, de vereiste hardheid, de diepte van de geharde laag en het productievolume.
Als het om een groot deel gaat
Vlamharden kan worden overwogen.
De machine is eenvoudig uitgerust en geschikt voor grote tandwielen, geleiderails en plaatselijke oppervlakteversterking, maar vereist veel ervaring van de bediener.
Als het een in serie vervaardigd onderdeel betreft
Inductieharden is meestal een geschiktere keuze.
Het is snel, biedt een goede stabiliteit en is in hoge mate geautomatiseerd, waardoor het geschikt is voor de grootschalige productie van tandwielen, assen en transmissieonderdelen.
Als er een zeer nauwkeurige plaatselijke verharding nodig is
Laserharden biedt nog meer voordelen.
Het is geschikt voor kleine oppervlakken, complexe vormen en hoogwaardige onderdelen, met name werkstukken waarvoor zeer hoge eisen gelden op het gebied van vervormingsbeheersing.
Als het materiaal koolstofarm staal is
Er kan worden gekozen voor carboneren.
Koolstofarm staal heeft op zichzelf een beperkte hardheid wanneer het direct wordt afgekoeld. Door middel van carboneren kan aan het oppervlak een laag met een hoog koolstofgehalte worden gevormd, waardoor na het afkoelen een hoge hardheid kan worden bereikt.
Als aan het onderdeel extreem hoge eisen worden gesteld op het gebied van maatvastheid
Nitreren is een uitstekende keuze.
Het maakt gebruik van een lagere verwerkingstemperatuur en vereist geen krachtige koeling, waardoor er nauwelijks vervorming optreedt; dit maakt het geschikt voor precisieonderdelen en onderdelen met een lange levensduur.
Welke metalen moeten oppervlakteharding ondergaan?
- Koolstofarm staal en koolstofarm gelegeerd staal: wordt vaak gebruikt bij carboneringsprocessen, zoals tandwielen voor auto’s, kettingen, penassen voor bouwmachines, enz. Door middel van carboneren wordt het koolstofgehalte van de oppervlaktelaag verhoogd, waardoor na afkoelen een hoge hardheid (HRC 58-64) wordt verkregen, terwijl de taaiheid van de kern behouden blijft om schokken en slijtage te weerstaan.
- Staal met een gemiddeld koolstofgehalte en gelegeerd staal met een gemiddeld koolstofgehalte: geschikt voor oppervlakteharding (zoals inductieharding en vlamharding), gebruikt voor assen, tandwielen, spline-assen, enz. Door snelle verhitting en afkoeling vormt de oppervlaktelaag een martensitische structuur, waardoor de slijtvastheid en de vermoeidheidssterkte worden verbeterd; de laagdikte bedraagt doorgaans 0,5-2,5 mm.
- Legering van constructiestaal (zoals 38CrMoAl): wordt vaak gebruikt bij nitreerprocessen. De behandelingstemperatuur is laag (500-580 °C), de vervorming is uiterst gering en de oppervlaktelaag vormt een nitridelaag met een hoge hardheid (hardheid >= 1000 HV), geschikt voor uiterst nauwkeurige, zeer slijtvaste onderdelen zoals precisiespindels, matrijsgeleidingspennen, klepspolen, enz.
- Nodulair gietijzer: kan worden behandeld door middel van oppervlakteharding of carboneren voor onderdelen die wisselende belastingen moeten weerstaan, zoals krukassen van motoren, tandwielen, enz., waardoor de oppervlaktehardheid en de vermoeidheidssterkte worden verbeterd.
- Titaniumlegering: hierbij wordt doorgaans gebruikgemaakt van laseroppervlakverharding of PVD-coating voor hoogwaardige onderdelen in de lucht- en ruimtevaart en de medische sector, ter verbetering van de slijtvastheid en corrosiebestendigheid van het oppervlak.
Het verband tussen CNC-bewerking en oppervlaktehardingsprocessen
Bij CNC-gefreesde onderdelen wordt oppervlakteharding doorgaans uitgevoerd na de voorbewerking of de halffinish.
Aangezien warmtebehandeling tot bepaalde vervormingen kan leiden, worden veel hoogprecieze onderdelen na het oppervlakteharden geslepen, nabewerkt of maatcorrectie ondergaan.
Het gebruikelijke bewerkingsproces verloopt als volgt:
Voorbereiding van grondstoffen: selecteer metalen materialen met betrouwbare certificeringsmarkeringen, aangekocht bij grondstofverwerkingsbedrijven volgens de tekeningen van de klant.
CNC-voorbewerking: voer voorbewerkingen uit op een drieassige bewerkingsmachine voor werkstukken met een eenvoudige vormgeving, waarbij de globale contour wordt uitgefreesd.
Halve afwerking: het kan nodig zijn om opspanningen of gereedschapskoppen te vervangen om op een meerassige bewerkingsmachine meer gedetailleerde bewerkingen uit te voeren, zoals groeven, sleuven en eenvoudige uitsparingen.
Oppervlaktehardingsbehandeling: kies het juiste oppervlaktehardingsproces op basis van het aantal onderdelen en de hardingseisen, om ervoor te zorgen dat de hardheid van het materiaaloppervlak en de interne taaiheid aan de normen voldoen.
Slijpen of nabewerking: CNC-slijpmachines kunnen worden gebruikt om het oppervlak van het werkstuk op micronniveau te slijpen, overtollige bramen te verwijderen en betere oppervlakteafwerking en tolerantie-eisen te realiseren; er kan ook gebruik worden gemaakt van draadsnijprocessen, zoals snel draadsnijden en langzaam draadsnijden. Snel draadsnijden is geschikt voor het inwendig snijden van werkstukken met minder strenge precisie-eisen en voor het verwijderen van overtollig basismateriaal van koolstofstaal dat wordt gebruikt voor de bewerking van opspanningen. Als de tolerantie-eisen hoog zijn en de holtestructuur complex is, kan langzaam draadsnijden met een hoger procesniveau worden gebruikt, maar de bewerkingskosten en -tijd zullen hoger zijn.
Oppervlaktebehandeling: omvat gangbare processen zoals anodiseren, passiveren, zwart oxideren, verchromen, vernikkelen, lakken, enz., om de kwaliteit van het oppervlak verder te verbeteren.
Controle van hardheid, afmetingen en oppervlaktekwaliteit: voor het controleren en registreren van afgewerkte onderdelen wordt gebruikgemaakt van professionele hardheidsmeters, micrometers, schuifmaten en projectoren. De bewerkingsgegevens van elk onderdeel zijn traceerbaar. Voor moeilijk te meten plaatsen, CMM er wordt een meting gebruikt.
Levering van het eindproduct: gespecialiseerd personeel inspecteert elk werkstuk, verpakt het met schuim, brengt een genummerd etiket aan en registreert de kwaliteit en hoeveelheid van de onderdelen.
Als voor een onderdeel strenge eisen gelden wat betreft maatnauwkeurigheid, oppervlakteruwheid en de diepte van de geharde laag, moeten de warmtebehandelingsmethode en de daaropvolgende bewerkingsspeling al in de ontwerpfase duidelijk worden vastgelegd.
Veelgestelde vragen over oppervlakteharding
Is een hogere hardheid altijd beter bij oppervlakteharding?
Nee. Een te hoge hardheid kan de broosheid van het oppervlak vergroten en zelfs scheuren veroorzaken.
De juiste hardheid moet worden bepaald op basis van het materiaal, de belasting, de slijtagevorm en de gebruiksomgeving.
Heeft oppervlakteharding invloed op de afmetingen van onderdelen?
Dat zal wel enige invloed hebben.
Vlamharden, inductieharden en carboneren kunnen vervorming veroorzaken, omdat bij deze processen verhitting en afkoeling plaatsvinden. Nitreren en laserharden gaan doorgaans gepaard met minder vervorming en zijn daarom geschikter voor precisieonderdelen.
Kan koolstofarm staal direct aan het oppervlak worden gehard?
Het effect is over het algemeen beperkt.
Koolstofarm staal heeft een laag koolstofgehalte, waardoor het bij directe afkoeling moeilijk is om een hoge hardheid te bereiken. Het moet meestal eerst worden gecarbureerd en daarna worden afgekoeld.
Wat is het verschil tussen inductieharden en carboneren?
Bij inductieharden wordt de structuur van de oppervlaktelaag voornamelijk gewijzigd door snelle verhitting en afkoeling; deze methode is geschikt voor staal met een gemiddeld koolstofgehalte of staal met een voldoende hoog koolstofgehalte.
Door eerst te carboneren wordt het koolstofgehalte van het oppervlak van het koolstofarme staal verhoogd, waarna door afkoelen een hoge hardheid wordt verkregen.
Waarom veroorzaakt nitreren slechts een geringe vervorming?
De nitreertemperatuur is relatief laag en er is doorgaans geen snelle koeling met watersproeiers nodig, waardoor de thermische spanning gering is en de maatvastheid beter is.
Kan het oppervlak van kunststof worden gehard?
Veelgebruikte methoden voor het harden van kunststofoppervlakken zijn onder meer:
1. Harde oppervlaktecoating
Op het kunststofoppervlak wordt een coating met een hoge hardheid aangebracht, die vervolgens door middel van warmte, UV-straling of elektronenbundels wordt uitgehard, waardoor een beschermende film ontstaat. Deze methode wordt vaak toegepast bij kunststoffen zoals PC, PMMA, PET, ABS en PC/ABS, met name in behuizingen van mobiele telefoons, optische lenzen, beeldschermen, kunststofplaten en beschermfolies. Het kan de oppervlaktehardheid, krasbestendigheid en slijtvastheid aanzienlijk verbeteren, waarbij de hardheid doorgaans oploopt tot 3 uur – 8 uur.
2. PVD-oppervlaktecoating
Bij fysische dampafzetting wordt onder vacuümomstandigheden een dunne laag metaal of anorganisch materiaal op het kunststofoppervlak aangebracht. Dit proces is geschikt voor kunststoffen zoals ABS, PC/ABS, PC, PBT, PPS en PEEK, met name voor elektronische behuizingen, decoratieve onderdelen, interieuronderdelen voor auto’s en kunststofproducten die een metaalachtige uitstraling en een betere duurzaamheid vereisen. Het verhoogt de oppervlaktehardheid en slijtvastheid en zorgt tegelijkertijd voor een metaalachtige glans, reflectievermogen of geleidbaarheid.
3. Chemische of fysische modificatie van het oppervlak
Laserbehandeling, plasmabehandeling of chemische bewerking wordt gebruikt om de moleculaire structuur van het kunststofoppervlak te wijzigen, waardoor verknoping, kristallisatie of oppervlakteactivering plaatsvindt. Deze methode kan worden toegepast op technische kunststoffen zoals PA, POM, PBT, PPS, PEEK, PP en PE. Het wordt voornamelijk gebruikt voor hoogwaardige optische componenten, precisiemechanische onderdelen, tandwielen, bussen en andere hoogwaardige toepassingen. Voor kunststoffen met een lage oppervlakte-energie, zoals PP en PE, is meestal een voorbehandeling – zoals een plasma-, corona- of vlambehandeling – nodig om de hechting te verbeteren vóór het uitharden van het oppervlak.
Samenvatting
Het oppervlaktharden van metalen werkstukken is niet bedoeld om het gehele onderdeel hard te maken, maar om een algehele prestatie te bereiken met een “slijtvast oppervlak en een goede interne taaiheid”.”
Vlamharden is goedkoop, maar moeilijker te regelen; inductieharden is efficiënt en geschikt voor massaproductie; laserharden is uiterst nauwkeurig en geschikt voor plaatselijke versterking; carboneren is geschikt voor zwaar belaste onderdelen van koolstofarm staal; nitreren is geschikt voor onderdelen die een hoge precisie en een lange levensduur vereisen.
Voor tandwielen, assen, geleiderails, matrijzen en CNC-gefreesde precisieonderdelen, kan de juiste keuze van een oppervlaktehardingsproces de slijtvastheid, de vermoeidheidsweerstand en de totale levensduur van onderdelen aanzienlijk verbeteren. Als u meer informatie wilt of inzicht wilt krijgen in transparante offertes Voor het op maat bewerken van onderdelen en oppervlaktebehandeling kunt u contact opnemen met Weldo Machining klantenservice.
Een werkelijk uitstekend metalen onderdeel is niet overal hard; het is hard waar het hard moet zijn en taai waar het taai moet zijn.
