Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module 6: Materialen en Hardware Hoofdstuk 6 Paragraaf 3.2.4 Blz 87 t/m 91

Plaat materiaal kan je in bewerken op vele manieren. Een van die manieren is het precipitatie harden van het plaat Materiaal. Maar wat is precipitatie harden en hoe gaat het in zijn werk? Lees hieronder wat is het is en hoe het in zijn werk gaat!

Precipitatie harden van Plaat Materiaal

Onder precipitatie harden verstaan we de verandering van de materiaalstructuur na oplos gloeien en afschrikken. Een voorwaarde om precipitatie harding mogelijk te maken is dat het legeringselement slechts beperkt oplosbaar is in het basismateriaal. Hierdoor ontstaat na het afschrikken een situatie waarbij er meer legeringsmateriaal mogelijk is. Immers bij verlaging van temperatuur neemt de oplosbaarheid af.

Precipitatie: het uitscheiden of neerslaan van opgeloste delen

Het ”gevangen” legeringsmateriaal echter zal zich samenvoegen (precipiteren) waardoor het kristalrooster wordt verstoord. Het materiaal wordt dan harder. Na volledige precipitatie harding heeft het materiaal de grootste sterkte bereikt. Het materiaal bevindt zich dan in de T-toestand.

Bij een aantal Al-Cu-legeringen (Aluminium-Koper) geschiedt de precipitatie harding bij kamertemperatuur. Dit noemen we natuurlijke precipitatie harding.

Er zijn ook legeringen (zoals Al-Zn-legeringen = Aluminium-Zink) waarvoor een hogere temperatuur nodig is om volledige precipitatie harding mogelijk te maken. Dit doen we met een extra warmtebehandeling. We noemen dit kunstmatige precipitatieharding

Natuurlijk Precipitatie harden

De condities die door afschrikken wordt verkregen is dus niet stabiel. Bij kamertemperatuur komt vrijwel onmiddellijk na het afschrikken de precipitatie op gang, zij het dat het proces dan zeer traag verloopt als gevolg van de geringe diffusiemogelijkheid.

Om dezelfde reden vindt ook geen samenvoeging plaats maar ontstaat een zeer groot aantal kleine verbindingen die door het rooster diffunderen en zich over de gehele oppervlakte van de kristallen verspreiden

Deze precipitatie gaat gepaard met een deformatie van het kristolrooster en omdat de atomen zich bij lage temperatuur niet kunnen herschikken geeft dit een grote toename van de sterkte-eigenschappen. De traagheid van het proces en de daarmee gepaard gaande toename van de sterkte-eigenschappen is bepalend voor de tijdsduur waarin van de conditie AQ kan worden gesproken.

De conditie AQ wordt namelijk geacht te bestaan zolang het betreffende materiaal in grote mate vervormbaar is. Deze tijdsduur bedraagt voor de legering-2024 (aluminium legering met hoog koper gehalte) ongeveer 1 uur; voor alle andere legeringen is deze tijdsduur langer.

Belangrijk is te weten hoeveel tijd de maximale precipitatie en daarmee de maximale sterkte-eigenschappen zijn verkregen. Bij de legering-2024 duurt dit 4 dagen, wat betekent dat de betreffende delen pas na die tijd in bedrijf mogen worden gesteld. Bij andere legeringen kan dit wel 1 maand tot 10 jaar zijn!

Omdat het proces bij kamertemperatuur plaatsvindt, spreekt men van natuurlijk precipitatie harden en wordt de conditie, na het verkrijgen van de maximale sterkte-eigenschappen, aangeduid met T4 of T42.

De toestand waarin het materiaal zich bevindt na de AQ toestand en voor de T-toestand wordt aangeduid met de letter W, dus W-toestand. Dit is de toestand waarin het materiaal te hard is om te vervormen, maar waar het nog niet de maximale sterkte heeft verkregen.

Kunstmatige Precipitatie harding

Materialen die niet op kamertemperatuur precipitatie harden, komen ook vanuit de AQ-toestand in de W-toestand. Deze materialen worden wel wat harder, maar zullen nooit de maximale sterkte bereiken en blijven dus hangen in de W-toestand.

Bij deze legeringen kan maximale precipitatie allen bij verhoogde temperatuur plaatsvinden waarbij zowel van de conditie AQ als van de conditie T3, T4 en T42 kan worden uitgegaan. Afhankelijk van de betreffende legering moet dan in een luchtoven worden verhit op temperaturen tussen de 121°C en 191°C.

Precipitatie harden met hoge temperatuur

Bij betreffende temperaturen is de diffusiemogelijkheid groter dan bij kamertemperatuur zodat ook de precipitatie in grotere mate plaatsvindt en tevens de verbindingen zich samenvoegen tot grotere bestanddelen. Het resultaat van één en ander is dat het kristalrooster in nog grotere mate wordt gedeformeerd en een grotere toename van sterkte-eigenschappen geeft.

Omdat in dit geval het proces door verhitting wordt bevorderd (dus kunstmatige) spreekt men daarom van kunstmatige precipitatie. De noodzakelijke gloeitijd voor het bereiken van optimale eigenschappen, die mede afhankelijk is van de betreffende legering, varieert gewoonlijk tussen 8 en 38 uur, hetgeen zeer kort genoemd mag worden in vergelijking met de natuurlijke precipitatie.

Dieper op Kunstmatig Harden in

Een legering is precipitatie hardbaar als bij hogere temperatuur de oplosbaarheid van het legeringselement toeneemt (een zogenoemde geforceerde oplosbaarheid kent) en bij dalende temperatuur de oplosbaarheid afneemt.

Zoals al eerder is gemeld; de toestand die na oplos gloeien en afschrikken wordt verkregen is niet stabiel. Vrijwel direct na het afschrikken komt de uitscheiding van het koper weer op gang. Ondanks dat het materiaal op kamertemperatuur is. Dit komt omdat normaal bij kamertemperatuur slechts 0,3% koper in oplossing kan zijn.

De koperatomen kunnen zich als gevolg van de geringe diffusiesnelheid niet ophopen aan de kristalgrenzen. Er ontstaat wel een zeer groot aantal koper alumide deeltjes. Deze deeltjes verspreiden zich gelijkmatig en fijn verdeeld in de atoomroosters van de aluminiumkristallen.

De uitscheiding (precipitatie) gaat gepaard met een grote deformatie van het kristalrooster. De roostervlakken worden opzij gedrukt. Aan het begin van de precipitatieharding zijn de koper alumide deeltjes uiterst fijn verdeeld en verstoren ze het rooster op vele plaatsen. Naarmate de afgescheiden deeltjes groter worden, zal het rooster plaatselijk meer en over een nog grotere afstand worden vervormd. Het aantal roosterverstoringen zal afnemen.

Roosterverstoringen bij precipitatie harden

Vanwege de lage temperatuur kunnen de atomen zich niet heroriënteren. Door de roosterverstoringen zal het materiaal veel betere sterkte-eigenschappen verkrijgen. De hardheid, rekgrens en treksterkte zijn duidelijk toegenomen.

De traagheid van het proces en de daarmee gepaard gaand toename van de sterkte-eigenschappen is bepalend voor de tijdsduur van de AQ-toestand. Deze toestand wordt geacht te bestaan zolang het betreffende materiaal goed vervormbaar is. Afhankelijk van de legering varieert deze toestand van circa 20 minuten tot circa 2 uur.

Geschiedt het precipitatie harden bij kamertemperatuur dan spreken we over ”natuurlijk precipitatie harding”. Bij legering 2024 duurt dit 4 dagen. Bij andere legeringen loopt deze tijdsduur sterk uiteen, namelijk van 1 maand tot 10 jaar. Bij deze legeringen zal men dan een ”kunstmatige precipitatie harding” toepassen, dat wil zeggen bij een hogere temperatuur. Bij het precipitatie harden komt het materiaal via de W-toestand in de T-toestand.

Na natuurlijke precipitatie harding wordt deze T-toestand nader uitgeduid met T4 of T2. T4 wil zeggen gegloeid bij de leverancier. T42 wil zeggen gegloeid bij de verbruiker. Dit onderscheid wordt gemaakt omdat plaatmateriaal dat oplos gegloeid, afgeschrikt en precipitatie gehard wordt bij de verbruiker, iets lagere mechanische eigenschappen krijgt, dan indien dit bij de leverancier plaatsvindt.

Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module 6: Materialen en Hardware Hoofdstuk 6 Paragraaf 3.2.4 Blz 87 t/m 91

Geef een reactie

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.