Het ontharden is een warmtebehandelingsproces dat staal zachter maakt. Hierdoor kan het gemakkelijker worden gevormd of bewerkt. Het is vooral nuttig als je iets moet snijden dat gelast is, zoals wanneer je gestripte schroefdraad op een as moet repareren.
Metaal bestaat uit een kristallijne structuur die direct verband houdt met zijn mechanische eigenschappen. Als je de structuur kunt veranderen, kun je de hardheid, de vervormbaarheid, de taaiheid, de treksterkte en een hele reeks andere dingen aanpassen.
Dus hoe gloei je staal?
Om staal te gloeien, verhit je het ongeveer 100 graden F boven de kritische temperatuur, laat je het bij die temperatuur 1 uur per centimeter dikte weken, en laat je het afkoelen met een maximale snelheid van 70 F per uur.
Ok, dat is het korte antwoord. Laten we eens kijken hoe je dit in het echt kunt doen, afhankelijk van het gereedschap dat je tot je beschikking hebt, samen met een paar tips en trucs om het (meestal) de eerste keer goed te doen.
Inhoudsopgave
Hoe onthard je staal
Om staal te ontharden heb je een manier nodig om het metaal te verhitten tot het knalrood is, het een tijdje op die temperatuur te houden, en het dan heel langzaam te laten afkoelen.
Er zijn twee manieren om dit te doen: met een toorts, een smeedoven of een andere niet-geregelde warmtebron, of met een programmeerbare oven voor warmtebehandeling.
Het gebruik van een warmtebehandelingsoven
Pros:
- Het meest gecontroleerde proces, de meest consistente resultaten
- De beste manier om staal volledig uit te gloeien, tot in de kern
- Als de oven programmeerbaar is, kunt u hem instellen en weglopen
- Echt effectief voor onderdelen met variabele diktes
Cons:
- Kan onnodig tijdrovend zijn voor kleine onderdelen, of als een volledige gloei niet belangrijk is
- Hittebehandelingsovens zijn niet gemakkelijk toegankelijk voor veel mensen
Om dit goed uit te voeren, is het het beste om de exacte staalsoort te kennen waarmee je werkt. Als je het staal bij een leverancier hebt gekocht, vraag dan bij hen na wat de aanbevolen gloeitemperatuur is.
Om eerlijk te zijn varieert die niet zo veel – meestal gloei je tussen 1450 en 1650 F of zo, maar het is nog steeds ideaal om een exacte temperatuur te krijgen om het metaal volledig uit te gloeien.
Als je echt geen idee hebt wat het staal is, begin ik meestal gewoon bij 1500 F en probeer het opnieuw bij 1550 F als het niet werkt zoals gepland (herhaal in stappen van 50 als dat nodig is). Lang niet de meest effectieve methode, maar het werkt meestal wel. Het mag best een beetje te heet zijn, zolang je het staal maar niet smelt.
Als de oven eenmaal op temperatuur is, moet je het metaal laten “weken” – dit betekent dat je het gewoon op die temperatuur houdt. Hierdoor wordt het metaal heet genoeg van binnen, zodat het volledig uitgegloeid is.
Een vuistregel hiervoor is om het metaal een uur te laten weken voor elke centimeter dikte.
Als je werkt met een echt inconsistent gevormd stuk staal dat in sommige secties dikker is dan in andere, ga dan gewoon voor de dikste sectie. Dus als het onderdeel een as is met een diameter van 4″ aan de dikke kant en 2″ aan de kleine kant, laat het dan 4 uur weken.
Het mooie van het gebruik van ovens voor warmtebehandeling is dat naast het feit dat je een hele exacte temperatuur hebt, het langzaam afkoelen heel gemakkelijk is. Gewoon de oven uitzetten en de deur gesloten houden. De vuurvaste stenen houden de warmte lang genoeg vast om de afkoeling echt te controleren.
Als alternatief kunt u in sommige ovens de afkoelsnelheid programmeren. In dat geval, stel het in op 70 F per uur.
U kunt het onderdeel eruit halen voordat het volledig koel is – het is prima als het nog een paar honderd graden is. Ik vind dat meestal als ik het programma van de oven in de middag en start de cyclus, het deel zal klaar zijn om uit te trekken in de ochtend. Tenzij het een massief 8″ dik blok is, dat wil zeggen – het zou 8 uur duren alleen al om het te weken!
Als het eenmaal koel genoeg is om aan te raken, test het dan met uw favoriete methode om de hardheid te controleren om er zeker van te zijn dat het proces werkte zoals gepland.
Met een toorts
Pros:
- Echt snel voor kleinere onderdelen, zoals draden of clips
- Een toorts is over het algemeen toegankelijker voor de meeste mensen
- Als je eenmaal een oog hebt voor staalkleuren bij hoge temperaturen, hoef je niet per se de exacte staalsoort te weten
Cons:
- Trekkelijker om een volledige gloei te krijgen, waarbij maximale vervormbaarheid wordt bereikt
- Vereist meer vaardigheid
- Tijdrovend voor grotere onderdelen
- Zeer uitdagend voor onderdelen met variabele diktes
Dit is, naar mijn mening, de runner-up in termen van gloeiprocessen. Als je een oven kunt gebruiken, zul je vrijwel altijd betere resultaten krijgen in plaats van een toorts.
Dat gezegd hebbende, een toorts zal meestal prima werken. Hier is het proces, met een paar tips om de kans op succes te vergroten:
Probeer, vooral als je aan grotere stukken werkt (zoals 1″ of dikker), een rosebud tip te gebruiken op een autogeen systeem. Je zult het metaal gemakkelijker consistent kunnen verhitten, zonder dat bepaalde delen oververhit raken.
Blijf de vlam weg van kleine, dunne delen van het onderdeel. Deze kunnen gemakkelijk te heet worden en smelten. Als er verschillende diktes zijn, probeer dan de vlam op het dikkere deel te zetten en laat de hitte zijn weg banen naar de dunnere delen.
Haal het deel mooi oranje-rood. Als er één ding is dat je moet onthouden, dan is het dit: kersenrood is voor warmtebehandelen, oranjerood is voor gloeien. Als je niet zeker bent van de kleur van staal bij verschillende temperaturen, heb ik deze downloadbare bron gemaakt:
Het bevat ook de kleuren bij lagere temperaturen, die meestal worden gebruikt voor ontlaten. Print het uit en plak het op je gereedschapskist.
Bedenk wel, dat afhankelijk van je printer inkt, monitor scherm, en de kwaliteit van het staal, het niet perfect overeen kan komen met de werkelijke temperatuur van het hete metaal. Het is niet perfect, maar het is een goede richtlijn om mee te beginnen.
Een andere tip: probeer gloeien in direct zonlicht te vermijden. Dan is het moeilijk om de kleur van het staal te beoordelen, dus je kunt het gemakkelijk te gaar maken. Doe het in een winkel of garage als je kunt.
Een andere manier om te controleren of het staal heet genoeg is, is door het te controleren met een magneet. Staal verliest zijn magnetisme zodra het zijn “kritische temperatuur” heeft bereikt. Dus ga een oude TV of magnetron openbreken voor een van die grote, dikke magneten in de naam van goed vakmanschap!
Als het eenmaal zijn magnetisme verliest, laat het dan nog een klein beetje oplichten, want gloeien moet ongeveer 100 F boven de kritische temperatuur gebeuren.
Verwarm het metaal mooi en gestaag, en geef het genoeg tijd om ook in het midden heet te worden. Als het eenmaal dat mooie oranjerode is, komt nu het lastige gedeelte: het vertragen van de afkoeling.
opties voor langzame afkoeling
Luchtkoeling is te snel voor gloeien, dus je moet het onderdeel helpen zijn warmte vast te houden als de toorts eenmaal uit is. Hier zijn een paar manieren om dit te doen:
Droog zand of Vermiculite
Dit kan een effectieve manier zijn om het onderdeel langer warm te houden.
Vermiculite is iets dat aan aarde wordt toegevoegd om planten gelukkig te maken, en het is ook een geweldige isolator. Zand is ook zeer geschikt om warmte vast te houden. Het moet wel puur spul zijn, je wilt geen wortels of modder in de mix als dat mogelijk is. Bouw- of speelzand werkt goed.
Gebruik geen zand of vermiculiet dat vochtig is.
Vocht + roodgloeiend metaal = ongewenste resultaten. Het houdt de warmte niet vast, het onderdeel koelt te snel af, en je moet het gloeien opnieuw doen. Er gaan ook verhalen rond op het internet over dingen die ontploffen als er vocht in zit. Ik denk dat dit meer een probleem is met grotere stenen, die kunnen barsten en exploderen als het vocht in stoom verandert, maar het is het beste om het zekere voor het onzekere te nemen en explosies te vermijden als dat mogelijk is.
Het beste is om het metaal gewoon helemaal te begraven om het echt te isoleren. Als je iets doet ter grootte van een mes, laat het dan zitten in een emmer van 5 gallon van dat spul. Het is goedkoop en herbruikbaar, dus wees niet gierig.
Als je vermiculiet zoekt, kun je dat vrij goedkoop op Amazon kopen, of je kunt rondkijken bij lokale huis-tuin-en-keukenwinkels.
Isolatiedeken
Dit is handig omdat u er minder rommel van kunt maken, en u kunt het heel gemakkelijk oprollen en weer opbergen.
Er zijn een paar verschillende soorten die prima werken. Zo zijn er dekens voor schoorstenen en houtkachels die heel effectief zijn. Een andere goede optie is om een rol keramische vezel isolatie, die meestal zal zijn vrij gemakkelijk op het budget en zal u een tijdje duren.
Truc voor het koelen van kleine onderdelen
Sommige onderdelen zijn klein genoeg om te zijn bijna onmogelijk om langzaam te koelen, tenzij ze in een oven. Hier is een manier om dat te omzeilen:
Verwarm een groter blok metaal of twee samen met het kleine onderdeel dat je uitgloeit. Wanneer je het in de isolatie plaatst, leg je het grotere blok in contact met het kleine stuk. Dat zal het lang genoeg heet houden om een mooie, langzame afkoeling te krijgen voor het gloeien. Het is een solide manier om staal vele uren te laten afkoelen.
De ideale afkoelsnelheid voor het uitgloeien van staal is ongeveer 70 F per uur, tot ongeveer 500 F. Met andere woorden, een stuk staal dat afkoelt van 1500 F tot 500 F zou idealiter ongeveer 14 uur moeten duren. De werkelijke ideale tijd varieert per staalsoort, maar dat is een goede vuistregel. Veel mensen laten het 24 uur duren, maar persoonlijk vind ik dat een beetje onnodig, tenzij het een speciale staalsoort is.
Welke staalsoorten kunnen worden uitgegloeid
In het algemeen zijn het gereedschapsstaalsoorten die het meest worden uitgegloeid. Je moet het staal zachter maken om het te kunnen snijden of buigen.
Gelegeerd staal kan ook de moeite waard zijn om te gloeien, maar dit is waar je je kwaliteiten moet leren kennen. Afhankelijk van de legering kunnen de gloeitemperaturen veel meer verschillen dan je verwacht.
Alles wat gehard kan worden, kan gegloeid worden. Je zult niet veel verandering zien in iets dat echt koolstofarm is, zoals 1018 zacht staal. In iets als 4140, echter, kunnen de resultaten zeer merkbaar zijn.
Hoe te weten met welk materiaal je werkt
Dit is het lastige gedeelte. In het ideale geval heb je het metaal bij een leverancier gekocht, en die kan je de exacte kwaliteit en temperatuur van de warmtebehandeling vertellen.
In het echt is dat echter niet altijd het geval.
Dit is waar gloeien met een fakkel echt uitblinkt. Verhit het gewoon oranjerood, koel het langzaam af, en maak je er geen zorgen over. Verder helpt het als je weet welke staalsoorten gangbaar zijn voor verschillende toepassingen.
Google is ook je vriend. Zoek maar eens op “van welke staalsoort wordt ____ gemaakt” en kijk wat er tevoorschijn komt.
Hier volgen een paar richtlijnen voor veel voorkomende mysterieuze metalen:
| Schachten | Voor lichtere assen wordt meestal zacht staal gebruikt, dat niet hoeft te worden gegloeid. Zwaarder belaste assen zijn vaak gemaakt van 4140 staal. Uitgloeien bij 1600 F. |
| Veringen | Loofveren en spiraalveren van voertuigen zijn meestal gemaakt van 5160 of gelijkwaardig staal. Niet altijd, echter. Voor 5160, gloei het bij 1450 F. |
| Rebar | Jouw gok is zo goed als de mijne. Wapeningsstaal wordt gemaakt van schroot dat beschikbaar is, en het is ook niet erg consistent. Het ene uiteinde van de staaf is van zacht staal, en het andere uiteinde van dezelfde staaf is volledig hard. Gewoon op het oog gloeien met een fakkel en hopen op het beste. Als je meer wilt weten over betonijzer, bekijk dan dit artikel over waar het van gemaakt is. |
| Rail Spike/Track | Opnieuw, niet altijd de meest consistente in termen van samenstelling. Meestal zullen sporen meer warmtebehandelbaar zijn dan spikes. Vrij vaak zal het iets zijn dat lijkt op een A36, die kan worden gegloeid bij ongeveer 1550-1600 F. Bekijk dit artikel voor spikes en dit artikel voor rails om meer te leren over veel voorkomende samenstellingen. |
| Het meest voorkomende constructiestaal is A36, hoewel er variaties zijn. Dit wordt meer consistent gebruikt voor het zware werk, zoals industriële constructie. Voor het kleine spul kan het nog steeds A36 zijn, of het kan net zo goed iets anders zijn. Uitgloeien bij 1550-1600 F. |
Gerelateerde vragen
Wat is het verschil tussen uitgloeien en ontlaten?
Gloeien maakt het metaal volledig zacht, waardoor het buigzaam wordt, terwijl ontlaten alleen de brosheid van het metaal vermindert. Uitgloeien gebeurt bij hoge temperaturen, meestal rond 1500 F voor staal. Temperen wordt gedaan bij lage temperaturen, meestal tot ongeveer 500 F. Typisch wordt temperen gedaan na een hardingsproces om interne spanningen te verlichten en toekomstig catastrofaal falen te voorkomen.
Wat is het verschil tussen gloeien en normaliseren?
Gloeien is een zeer langzaam, gecontroleerd koelproces, terwijl normaliseren veel sneller wordt gekoeld in de open lucht. Normaliseren wordt vooral gedaan om de interne spanning te verminderen en de korrelstructuur meer uniform te maken. Genormaliseerd staal is meestal gedeeltelijk hard, in plaats van volledig zacht zoals gegloeid staal.
Normaliseren is ook aanzienlijk goedkoper, omdat de onderdelen in de open lucht worden afgekoeld in plaats van in een dure oven, waardoor de productie wordt vertraagd.
Kan ik andere metalen, zoals koper, gloeien?
Koper kan worden gegloeid, hoewel het proces iets anders is. De temperatuur voor het gloeien van koper is meestal 700 F, oftewel een gloeiend rode kleur. Het belangrijkste verschil is dat voor het gloeien van koper geen langzame afkoeling nodig is; een snelle blussing met water geeft waarschijnlijk de beste resultaten.
Andere metalen kunnen worden gegloeid op basis van kwaliteit en soort. Messing, zilver en bepaalde soorten aluminium kunnen door dit proces zachter worden gemaakt.