Een essentiële fase in de thermische behandeling van metalen is het afschrikken, waarbij een metalen voorwerp snel wordt afgekoeld om eigenschappen als hardheid, sterkte of taaiheid te verkrijgen of te wijzigen.

Snelle koeling vermindert de blootstelling van metaal aan hoge temperaturen en beschermt het tegen gebreken. Bovendien kan metaal veranderingen ondergaan afhankelijk van de toepassingsmethode en de media.

Lucht, olie, water en pekel zijn enkele typische blusmiddelen.

Olie wordt veel gebruikt voor het blussen omdat het de warmte snel overdraagt zonder het metaal ernstig te vervormen. Hoewel bijtende blusmiddelen op waterbasis sneller zijn, kan de kracht waarmee ze werken sommige materialen doen versplinteren of vervormen.

Het verschil tussen olie en water is het belangrijkste punt dat in het artikel wordt besproken.

Wat is het uitdovingsproces?

Afschrikken is een snel afkoelingsproces dat resulteert in de verharding van materialen. De afschriksnelheid hangt af van de kwaliteit van het materiaal, de toepassing en de samenstelling van de legeringscomponenten. Daarnaast zijn ook verschillende eigenschappen van het afschrikmiddel van invloed.

Theoretisch ondergaat een metaal- of glasmateriaal vóór het blussen een verhitting tot boven zijn standaardtemperatuur. Daarna wordt het snel afgekoeld om de warmte onmiddellijk af te voeren. Het helpt die eigenschappen in de kristallijne structuur van een materiaal te wijzigen die tijdens de verhitting verloren zijn gegaan.

Om metaal of glas als voorwerp harder en stijver te maken, blussen we het vaak af. De afkoeltemperatuur van een voorwerp moet altijd hoger zijn dan de herkristallisatietemperatuur, maar lager dan de smelttemperatuur.

Stadia van het afschrikproces

Twee mensen werken rond het smeltbad voor staal

Er zijn typisch drie stadia van afschrikken die optreden wanneer een heet stuk dichter bij het vloeibare blusmiddel komt. Deze stadia bepalen de verandering in de eigenschappen van het blusmiddel en het materiaal. De drie stappen zijn:

• Dampfase
• Nucleaire kookfase
• Convectiefase

Laten we ze nu eens grondig bekijken.

Dampfase

De verdampingsfase treedt in werking wanneer het hete oppervlak van het onderdeel in contact komt met het vloeibare blusmiddel. Dit resulteert in een dampvormig schild rond het element. Tijdens de dampfase treedt tot op zekere hoogte geleiding op.

De primaire warmtetransportmethode van deze fase is echter straling door de dampdeken. De gevormde deken is relatief stabiel.

De enige manier om de verwijdering ervan te versnellen is door te roeren of door verschillende additieven toe te voegen. Bovendien verdient het de voorkeur deze fase zo kort mogelijk te houden.

De reden is dat het aanzienlijk bijdraagt tot de zachte zones die ontstaan tijdens het blussen. Daarom kunnen zich ongewenste microbestanddelen ontwikkelen als men ze laat voortduren.

Nucleaire kookfase

Het is de tweede fase na de dampfase. Zij begint wanneer de vloeistof dichter bij het materiaaloppervlak begint te koken, en de dampfase begint in te zakken. Het is de snelste fase van het koelen van het gegeven onderdeel.

Door de warmteoverdracht van het verhitte oppervlak en de daaropvolgende absorptie in het vloeibare blusmiddel is een aanzienlijke warmteafvoer mogelijk, waardoor de afgekoelde vloeistof zijn plaats aan het oppervlak kan innemen.

Verschillende blusmiddelen bevatten additieven om de maximale koelsnelheid van een vloeistof te verhogen. Het koken eindigt zodra de oppervlaktetemperatuur van het onderdeel onder het kookpunt van de vloeistof komt.

Voor onderdelen die gevoelig zijn voor vervorming, leveren mediums als oliën en zouten bij hoge temperatuur goede resultaten op. Anders kunnen de materialen broos worden en snel beschadigen tijdens de gewenste toepassingen.

Convectiefase

Convectie is de laatste fase van het proces, die plaatsvindt wanneer het materiaal een temperatuur bereikt die lager is dan het kookpunt van het blusmiddel. De convectiefase betreft de warmteoverdracht door de bulkvloeistof, en het uitgangspunt is geleiding.

Het is de langzaamste fase, omdat de warmteoverdracht veel tijd nodig heeft om alle moleculen in de bulk te bereiken. Om de warmteafvoer via convectie te regelen zijn vele variabelen nodig, waaronder de specifieke warmte van het blusmiddel en het warmtegeleidingsvermogen.

Het temperatuurverschil tussen het blusmiddel en het materiaal kan het convectieproces beïnvloeden. Gewoonlijk gebeurt de meeste vervorming op dit punt.

De bovenstaande drie dooistappen vinden in volgorde plaats op een bepaalde plaats. Niettemin zullen, afhankelijk van de geometrie van het onderdeel en de agitatie, verschillende gebieden de verschillende fasen op verschillende tijdstippen starten.

De drie fasen van het afschrikproces

Blusmiddelen

Quenching gebeurt via elk medium, en hieronder volgt de lijst van 4 verschillende media. Elk heeft voor- en nadelen, afhankelijk van de eigenschappen, de contactelementen, de tijd, de warmteoverdrachtswetten en de relaties.

1. Lucht: Gebruik van een normale omgevingstemperatuur om het verwarmde materiaal af te koelen
2. Pekel: Een oplossing van zout en water is het snelste koelmiddel bij het blussen.
3. Olie: Een betrouwbaar en sneller dovend alternatief voor lucht.
4. Water: Sneller dan lucht of olie bij het blussen van vloeistoffen.

Hoewel de literatuur uitgebreide informatie bevat over de bovengenoemde media, laten we de twee belangrijkste onderzoeken, olie en water.

Blussen met water

Water heeft de eigenschap het materiaal sneller af te koelen dan olie en lucht. Afkoeling door water is dus een snel proces.

• Het afkoelen met pekel heeft een aanzienlijk hardere reactie dan alle andere, waarbij water de meest effectieve methode is.
• Voor dit proces moet het water op kamertemperatuur of de gewenste temperatuur zijn. Daarna, wanneer het verhitte materiaal in het koelwater wordt gebracht, verandert het van fase volgens de fasen.
• Het resultaat is sneller bij waterblussen. Een ander voordeel is dat het een snelle koelmethode is. Daarom is het het minst duur, zowel in geld als in tijd. Maar het snelle resultaat heeft natuurlijk ook belangrijke nadelen.
• Het nadeel van deze snelle of onmiddellijke snelheid is dat de eindproducten stijf, broos en gemakkelijk breekbaar zijn. Het uitgebluste materiaal kan worden bestempeld als van goede of slechte kwaliteit.
• Bij het harden van staal is blussen met water een haalbare optie. De reden is dat staal een unieke manier van koelen heeft die met water kan worden bereikt. Het verkoolde staal warmt op tot boven zijn herkristallisatietemperatuur.
• Door het staal onmiddellijk af te koelen, voorkomt waterblussen dat het staal in dit stadium smelt, terwijl het anders zou smelten als het niet werd gestopt. Daarom is waterblussen geschikter voor staal dan de andere media.

Olieafkoeling

Een van de populairste afschriktechnieken in de sector afschrikken van metalen is afschrikken in olie. De optimale methode voor het harden van metaallegeringen geeft ze de nodige hardheid en kracht zonder dat ze tijdens het proces stijf en broos worden.

Het gebruik van olieblussen heeft verschillende voordelen, maar het belangrijkste is dat olie langzamer opwarmt dan andere blusmiddelen en langer afkoelt, waardoor het verhitte materiaal stabieler wordt en langer kan uitharden.

Bovendien garandeert dit dat het uitgebluste materiaal niet te broos zal zijn en zich perfect zal houden. Daarom is het te verkiezen boven water-, lucht- of pekelmethoden, omdat het de kans op vervorming of barsten van het uitgebluste metaal verkleint.

Afschrikken is een snel afkoelingsproces

Verschil tussen water- en olieafkoeling

Water en olie zijn twee verschillende soorten media. Beide zijn in bepaalde opzichten van elkaar te onderscheiden en gedragen zich verschillend bij het blussen. De onderstaande tabel geeft een overzicht van de verschillen tussen beide media.

Blussen met water vs. blussen met olie

Conclusie

• Een snelle afkoelingsprocedure, die afschrikken wordt genoemd, zorgt ervoor dat materialen hard worden. De staalsoorten, toepassingen en de samenstelling van legeringscomponenten van staal hebben allemaal invloed op de afschriksnelheid.
• De snelheid waarmee een stof afkoelt, hangt ook af van de eigenschappen van het blusmiddel. In dit artikel zijn olie- en watermedia belicht. Beide zijn uniek voor verschillende toepassingen.
• Olie is goed voor het blussen omdat het snel warmte overdraagt zonder het metaal te veranderen. Hoewel bijtende blusmiddelen op waterbasis sneller zijn, kan de kracht waarmee ze werken sommige materialen breken of vervormen.