Veelgestelde vragen over metaal- en materiaalverwerking

Koolstofstaalcomponenten zijn routinematig gegloeid of thermisch behandeld in stikstof-waterstofatmosferen om stress te verlichten, microstructuur te veranderen en/of het uiterlijk van het oppervlak te verbeteren gedurende een aantal jaren. Het debiet en de samenstelling van de atmosfeer die moet worden gebruikt voor het uitgloeien van componenten in ovens worden meestal bepaald door een proefondervindelijke benadering.

Hoewel de samenstelling van op stikstof en waterstof gebaseerde atmosfeer die in een oven wordt geïntroduceerd niet met de tijd verandert, verandert het werkelijke reductie- of oxidatiepotentieel van de atmosfeer in de oven continu met de tijd als gevolg van lekken en tocht in de oven, desorptie van onzuiverheden zoals vocht van het oppervlak van componenten of de ontbinding van smeermiddel op het oppervlak van de componenten die worden uitgegloeid.

Alle soorten roestvast staal zijn op ijzer gebaseerde legeringen met een aanzienlijk chroompercentage. Roestvast staal bevat doorgaans minder dan 30% chroom en meer dan 50% ijzer. Hun roestvrije eigenschappen komen voort uit de vorming van een onzichtbare, hechtende, beschermende en zelfherstellende chroomlaag (Cr₂O₃) -film. Hoewel roestvast staal bij kamertemperatuur bestand is tegen roesten, zijn ze vatbaar voor verkleuring door oxidatie bij hoge temperaturen door de aanwezigheid van chroom en andere legeringselementen zoals titanium en molybdeen.

Factoren die bijdragen aan een verhoogde oxidatie zijn onder meer hoge dauwpunten, veel zuurstof en lood-, boor- en nitroxydeoxiden op het oppervlak. Verwerk voor blank roestvast staal, afhankelijk van de samenstelling, in een sterk reducerende atmosfeer met een dauwpunt lager dan –40 °C en een minimum van 25% waterstof.

De groene kleur die u ziet op roestvrijstalen onderdelen is chroomoxide (Cr₂O₃). Het vormt zich wanneer er te veel zuurstof en/of vocht in de ovenatmosfeer is, wat meestal wordt veroorzaakt door een waterlek, slechte atmosfeerdichtheid of te lage stroomsnelheden van atmosfeergas. Een donkergroene-bruine kleur duidt op een aanzienlijke hoeveelheid vrije zuurstof in de oven, ontstaan door een grote luchtlekkage.

Naast de traditionele staal- en kopertest voeren sommige bedrijven een stukje roestvast staal door de oven om te controleren op hoge vocht- en zuurstofniveaus. Een betere en nauwkeurigere manier om het vocht- en zuurstofgehalte te meten, is het installeren van een zuurstofanalysator en een dauwpuntmeter. Het is goedkoop en uiterst nauwkeurig. Als er zich een groene oxidefilm vormt op uw roestvrijstalen onderdelen, betekent dit dat de oven of atmosfeer niet is geoptimaliseerd.

Ontzinking wordt doorgaans gedefinieerd als het uitlogen van zink uit koperlegeringen in een waterige oplossing. Bij de thermische verwerking van messing (en andere zinkhoudende legeringen) is ontzinking het verwijderen van zink van het metalen substraat tijdens thermische processen, zoals hardsolderen en uitgloeien, meestal als gevolg van de zeer lage dampdruk van zink in de legeringen. Ontzinking kan leiden tot overmatig stofvorming in de oven, zinkdampen legering met andere metalen en in extreme gevallen verlies van legeringseigenschappen.

Hoewel ontzinking niet altijd mogelijk is, kan deze tijdens thermische verwerking worden verminderd. Het regelen van temperatuur, tijd bij temperatuur en het reducerende vermogen van de ovenatmosfeer kan ontzinking helpen minimaliseren en uw thermische verwerking verbeteren. Het kan echter een uitdaging zijn om te begrijpen welke variabelen moeten worden gewijzigd. De specialisten van Air Products, die ervaring hebben met thermische verwerking, kunnen helpen bij het vaststellen van de variabelen die u kunt reguleren om de kosten te verlagen en de productiviteit te verbeteren door ontzinking tot een minimum te beperken.

Helder uitgloeien van staal vereist omstandigheden die reduceren tot staaloxiden. Van oudsher wordt het Ellingham-diagram gebruikt om de omstandigheden te voorspellen die overeenkomen met oxidatie van zuivere metalen of reductie van hun oxiden. Deze methode kan worden gebruikt om de omstandigheden te voorspellen die moeten worden teruggebracht tot ijzeroxiden en de oxiden van de legeringselementen die worden toegevoegd aan staalsoorten, zoals chroomoxide wanneer roestvast staal wordt overwogen. Deze traditionele benadering is niet nauwkeurig omdat er alleen thermodynamische gegevens worden gebruikt voor zuivere metalen en hun oxiden. Hierbij wordt voorbijgegaan aan het feit dat ijzer en legeringselementen een vaste oplossing vormen. Bovendien kunt u alleen de geschatte evenwichts-partiële drukverhouding van waterstof en waterdamp bepalen voor oxidatie van een specifiek metaal bij een bepaalde temperatuur.

U kunt ook nauwkeuriger en handiger diagrammen gebruiken voor staal en andere legeringen, die zijn gemaakt met behulp van moderne databases en computerprogramma's, zoals FactSage™ (thermochemische software en databasepakket zijn ontwikkeld in samenwerking tussen Thermfact/CRCT en GTT-Technologies) of Thermo-Calc-software. Met behulp van de oxidatie-reductiecurven, gepresenteerd als dauwpunt van zuivere waterstof of stikstof-waterstofatmosferen versus temperatuur, kunt u snel de atmosfeer selecteren voor uitgloeien van staal zonder vorming van oxiden. Het diagram in afbeelding 1 is berekend met FactSage. Dit diagram toont dat oxidatie-reductiecurven voor Fe-18% Cr- en Fe-18% Cr-8% Ni-systemen die roestvrij staal vertegenwoordigen hoger zijn dan de overeenkomstige Cr/Cr₂O₃-curven. Voor legeringen (bijv. Staal) kunt u nauwkeurigere berekeningen maken met behulp van thermodynamische gegevens van zowel zuivere stoffen (zuivere metalen en oxiden) als oplossingendatabases. Dergelijke diagrammen kunnen specifiek worden geproduceerd voor de staalsoorten die van belang zijn en een verscheidenheid aan atmosfeercomposities.

Deze methoden kunnen u helpen bij het oplossen van problemen en het optimaliseren van uw uitgloeibewerking door het waterstofverbruik te vergelijken met de productkwaliteit.

Afbeelding 1: