Precipitatieharden: Roestvast staal

Precipitatie-warmtebehandelingen versterken materialen door de gecontroleerde uitscheiding van vast opgeloste bestanddelen waardoor de sterkte van het onderdeel aanzienlijk verhoogd wordt.

Voordelen

Er zijn veel gegoten en gesmede legeringen van roestvast staal waarvan sommige eigenschappen kunnen worden aangepast aan het gebruiksdoel, oplosgloeien of door oplosgloeien en verouderen (precipitatieharding). Kenmerken zoals mechanische sterkte en corrosiebestendigheid bij kamertemperatuur en/of bij verhoogde temperatuur, worden meestal verhoogd door dergelijke warmtebehandelingen.

Applicaties en materialen

De eigenschappen van precipitatiehardbaar roestvast staal kunnen worden verbeterd door de juiste selectie van warmtebehandelingsparameters. Precipitatie Hardbaar roestvast staal wordt vaak alleen oplosgegloeid of oplosgegloeid gevolgd door verouderen (precipitatieharden).

Oplosgloeien

• Tijdens het productieproces worden de meeste materialen koudverstevigd, waardoor verdere verwerking beperkt wordt. Oplosgloeien gedurende het proces (spanningsarm gloeien) vermindert de koudversteviging en maakt zo verdere verwerking mogelijk.
• Ook kunnen productieprocessen, zoals solderen, lassen of laser-/vlamsnijden een ongewenste invloed hebben op de materiaaleigenschappen. Door oplosgloeien voordat verdere verwerking uitgevoerd wordt kunnen de oorspronkelijk eigenschappen worden hersteld.
• Sommige productieprocessen veroorzaken een voortijdige start van het precipitatiehardingsproces. Ook hier geldt dat opnieuw oplosgloeien vóór verdere verwerking de eventueel opgetreden veroudering elimineert.
• Het wordt afgeraden om precipitatiehardbaar roestvast staal wat alleen oplosgegloeid is, te gebruiken, vanwege de aanwezigheid van niet-ontlaten martensiet. Dit kan leiden tot brosse breuken en tot ongewenst verlies in corrosiebestendigheid. Voorbeelden hiervan zijn 15-5PH, 17-4PH en pH13-8Mo.

Veroudering of Precipitatieharding

• Om de uiteindelijke materiaaleigenschappen zoals vereist in specifieke ontwerpcriteria van het onderdeel, moet het materiaal (gegoten of gesmeed) worden verouderd ofwel geprecipiteerd.
  Deze behandeling bestaat uit langdurig gloeien op relatief lage temperatuur, waarbij de gewenste  legeringspecifieke microstructuur ontstaat.
• Deze stap wordt normaal gesproken uitgevoerd aan, of tegen het einde van het productieproces, omdat het proces leidt tot een aanzienlijke verhoging van de hardheid en er een (voorspelbare) maatverandering (meestal krimp) optreedt waarmee rekening moet worden gehouden. De bewerkingskosten nemen enorm toe als machinale bewerking nodig is na veroudering of precipitatieharden.
• Typische voorbeelden van materialen zijn: 15-5PH, 17-4PH, 17-7PH en Maraging 250.
• Veel gebruikte aanduidingen van warmtebehandelingstoestanden zijn H900 of H1075, waarbij H900 veroudering op 900°F (482°C) gedurende een uur aangeeft en H1075 veroudering op 1075°F (579°C) gedurende vier uur. In alle gevallen is het belangrijk om te beginnen met materiaal dat al oplosgegloeid is, wat ook wel Conditie A wordt genoemd.

Procesdetails

• Oplosgloeien wordt gewoonlijk in vacuüm uitgevoerd op een temperatuur tussen 930 en 1065°C, gevolgd door afschrikken met geforceerd stikstof of inert gas, tot kamertemperatuur. Meestal moet het materiaal voorafgaand aan verdere behandeling worden afgekoeld tot minder dan 30°C (of in sommige gevallen zelfs nog lager).
• Een groep metastabiele legeringen (bijvoorbeeld 17-7PH) vereist na oplosgloeien verschillende tussenliggende behandelingsstappen vóór het precipitatieharden, om bij die laatste behandeling de gewenste eigenschappen te bereiken. Deze stappen zijn onder andere een austeniet-conditioneringsbehandeling en koude-behandeling om zeker te zijn van een volledige omzetting van austeniet naar martensiet.
• Precipitatieharding wordt gewoonlijk uitgevoerd tussen 482 en 629°C, onder stikstof, inerte atmosfeer of lucht. De houdtijden variëren van een tot vier uur, afhankelijk van het exacte materiaal en de gespecificeerde eigenschappen.
• Toepasselijk industriële specificaties zijn onder andere SAE AMS 2759/3.