Een inleiding tot cryogene verharding
Cryogene verharding is een proces waarbij cryogene temperaturen worden gebruikt - temperaturen lager dan -150 ° C (-238 ° F) om de korrelstructuur van een metaal te versterken en te verbeteren.
Van cryogene behandeling van bepaalde metalen is bekend dat ze drie gunstige effecten hebben:
- Grotere duurzaamheid: Cryogene behandeling helpt de transformatie van vastgehouden austeniet in warmtebehandelde staalsoorten in harder martensietstaal te bevorderen. Dit resulteert in minder onvolkomenheden en zwakheden in de structuur van de staalkorrels.
- Verbeterde slijtvastheid: Cryogene verharding verhoogt de precipitatie van eta-carbiden. Dit zijn fijne carbiden die fungeren als bindmiddelen om de martensietmatrix te ondersteunen, waardoor ze bestand zijn tegen slijtage en corrosie.
- Stressvermindering: Alle metalen hebben restspanning die ontstaat wanneer het uit de vloeibare fase in een vaste fase stolt. Deze spanningen kunnen resulteren in zwakke plekken die gevoelig zijn voor falen. Cryogene behandeling kan deze zwakheden verminderen door een meer uniforme korrelstructuur te creëren.
Werkwijze
Het proces van het cryogeen behandelen van een metaaldeel omvat het zeer langzaam afkoelen van het metaal met behulp van een gasvormige vloeibare stikstof. Het langzame koelproces van omgevingstemperatuur tot cryogene temperaturen is belangrijk in het vermijden van thermische stress.
Het metalen deel wordt vervolgens gedurende 20 tot 24 uur op een temperatuur van ongeveer -190 ° C (-310 ° F) gehouden voordat het tempereren door hitte de temperatuur tot ongeveer +149 ° C (+ 300 ° F) oploopt.
Deze warmtetemperatiestap is van cruciaal belang voor het verminderen van brosheid die veroorzaakt kan worden door de vorming van martensiet tijdens het cryogene behandelingsproces.
Cryogene behandeling verandert de hele structuur van een metaal, niet alleen het oppervlak. De voordelen gaan dus niet verloren als gevolg van verdere verwerking, zoals vermaling.
Omdat dit proces werkt om austenitisch staal te behandelen dat wordt vastgehouden in een component, is het niet effectief bij de behandeling van ferritische en austenitische staalsoorten . Het is echter zeer effectief in het verbeteren van warmtebehandelde martensitische staalsoorten, zoals koolstofstaal en hoog chroomstaal, evenals gereedschapsstaal.
Naast staal wordt ook cryogene verharding gebruikt voor de behandeling van gietijzer , koperlegeringen , aluminium en magnesium . Het proces kan de levensduur van dit soort metalen onderdelen met twee tot zes verbeteren.
Cryogene behandelingen werden voor het eerst gecommercialiseerd in het midden van de late jaren zestig.
toepassingen
Toepassingen voor cryogeen behandelde metalen onderdelen omvatten, maar zijn niet beperkt tot, de volgende industrieën:
- Ruimtevaart en defensie (bijv. Wapenplatforms en geleidingssystemen)
- Automotive (bijvoorbeeld remschijven, transmissies en koppelingen)
- Snijgereedschap (bijv. Messen en boortjes)
- Muziekinstrumenten (bijv. Koperinstrumenten, pianokabels en kabels)
- Medisch (bijv. Chirurgisch gereedschap en scalpels)
- Sport (bijv. Vuurwapens, visuitrusting en fietsonderdelen)