ECHT QDE 2021 in teken van vervorming

De Europese conferentie ECHT2021 over warmtebehandeling werd onlangs online gehouden en stond volledig in het teken van 'distortion engineering'. Maatverandering en vervorming zijn onvermijdelijk verbonden aan het thermisch behandelen van metaal en dit vergt nog steeds de nodige aandacht voor de industriële praktijk. Een terugblik op het online event.

De tweedaagse conferentie werd dit jaar georganiseerd door de Duitse AWT en bestond uit negen thematische sessies. Hierbij een kort overzicht van de voornaamste presentaties:

In de keynote-sessie gaf Eva Troell van RISE een overzicht van de mogelijkheden en de voordelen van het afschrikken in gas. De ovenbouwers ALD uit Duitsland en ECM uit Frankrijk toonden dit verder aan met hun commerciële, modulaire systemen en illustreerden dit met typische toepassingen zoals een tandwiel met inwendige vertanding. Zowel het type afschrikgas als de druk en de omwentelingssnelheid van de ventilator in de oven hebben invloed op de afschriksnelheid en dus op het eindresultaat.

Het thema afschrikken (‘quenching’) kwam ook bijzonder aan bod, bijvoorbeeld bij inductief harden van zware lagerringen (Universiteit Rostock). De studie van waterjets voor afschrikken werd dan gemodelleerd om de meest optimale afkoeling van een vlakke plaat te realiseren.

In een volgende keynote gaf Scott Mc Kenzie, een expert in afschrikmiddelen, een interessant overzicht van de fenomenen die zich afspelen tijdens het afschrikken in een vloeibaar medium. Ook de fysische benadering van het complex convectieproces aan de hand van dimensieloze parameters zoals het Nusselt- en Reynoldsgetal en hun onderlinge verbanden werden getoond.

De performantie van verschillende soorten afschrikoliën werd grondig besproken door de firma Burgdorf GmbH. Naast minerale oliën zijn de synthetische olies het meest in gebruik, doch nieuwe evoluties, zoals vegetarische oliën en hernieuwbare olies op basis van biomassa, doen hun intrede. Echter presteren deze oliën meestal minder goed dan de klassieke oliën omwille van een lagere stabiliteit.

De TH Keulen toonde de invloed aan van een elektrische potentiaal op het afschrikgedrag van een aluminiumstaaf. De kookfase tijdens het afschrikken kon hierdoor versneld worden.  

De firma Phoenix uit het VK presenteerde een nieuw soort datalogger die in een speciaal geïsoleerde doos het volledige traject van de warmtebehandeling kan afleggen en waardoor een temperatuurregistratie in-situ mogelijk is.    

In het deel over processen werd veel aandacht besteed aan het quenching & partitioning (QP), een variant op het klassieke quenching & tempering (QT). De bedoeling van QP is, in tegenstelling tot QT, de martensiettransformatie te onderbreken, waardoor intentioneel restausteniet gevormd wordt. Een gekende toepassing hiervan is TRIP-staal, dat reeds in gebruik is voor sommige onderdelen in autokoetswerken. Het onderzoek van de FH-Wels spitste zich toe op zowel martensitisch roestvast staal als op experimenteel medium Mn-staal.

De invloed van het ontlaten op de eigenschappen van kogellagerstaal werden onderzocht door het IWT Bremen, terwijl de firma HEESS het austemperen heeft bestudeerd van een as met een gecontroleerde sproeikoeling. De resulterende bainitische structuur biedt hoge taaiheid naast een relatief hoge hardheid.

In het deel over de studie van vervorming stelde het IWT Bremen een nieuwe methode voor om de vervorming in kaart te brengen aan de hand van complexe getallen (vectoren). Deze methode pasten ze met succes toe op een massieve stalen ring.

Verder stelde het IWT Bremen een methode voor om de vervorming tijdens de warmtebehandeling van een stalen pinion te compenseren via dimensionele aanpassingen. Het vergeleek onderling verschillende afschrikmethoden (olie-, zoutbad en gas) en stelde, zoals verwacht, een zeer kleine vervorming vast bij het afschrikken in gas.

In een keynote gaf professor Fechte-Heinen van IWT een overzicht van alle factoren die bijdragen tot vervorming: geometrische asymmetrieën, segregatie en residuele spanningen, alsook de gasstroming dragen bij tot de finale vervorming. Het belang van een 4D-gaskoeling werd geïllustreerd ten opzichte van oliekoeling.

Een mogelijke oplossing voor vervorming bij gecarboneerde tandwielen is de ‘inductive fixture hardening’-machine van EMA. Hierin worden de stukken na het klassieke carboneren inductief opgewarmd en nadien afgekoeld met een polymeeroplossing in een geklemde matrijs. Nadien worden de stukken inductief ontlaten. Het inklemmen verzekert een grote maatstabiliteit en geringe oxidatie wanneer gewerkt wordt met een beschermgas.

De vervorming van asymmetrische stuurkolommen voor auto’s na inductieharden werd onderzocht door de firma Bosch. Door aanpassing van de parameters kon de kromming beperkt worden zonder dat mechanisch richten nodig is.

De Amerikaanse firma Dante stelde een software voor waarmee de afkoeling van een onderdeel kan gestuurd worden en waardoor de vervorming binnen nauwe grenzen kan gehouden worden.

Het TRIP-effect dat hierboven al werd vermeld, kwam later ook aan bod bij PM-stalen die gecarbonitreerd werden door het KIT uit Duitsland. Men kon aantonen dat koolstof, stikstof en de dichtheid invloed uitoefenen op de plasticiteit.   

Besluit

Tijdens deze conferentie kwamen verschillende aspecten van het afschrikken en vervorming na harden aan bod. Belangrijk is hierbij het toenemende gebruik van hogedrukafschrikken in vacuümovens, het verbeteren van afschrikmedia en het monitoren van parameters zoals temperatuur, badcirculatie, ...

De numerieke simulatie van de vervorming kwam aan bod, maar had een kleiner aandeel dan verwacht. Blijkbaar heeft men dit jaar meer aandacht besteed aan de instelparameters bij het harden en hun impact op het hardingsresultaat.

De teksten van de presentaties kunnen op aanvraag bekomen worden bij de auteur.

Dit artikel kwam tot stand met de financiële steun van de VLAIO binnen het Cornet-project DCT4Cut.