VM111 Materialen - vormgeven van dunne plaat.pdf - Induteq

Deel II Gereedschapmaterialen
Hoofdstuk 6
Inleiding gereedschapmaterialen
Gereedschapmaterialen zijn materialen die geschikt zijn
om er gereedschappen van te maken voor het be- of verwerken
van productmaterialen.
Tijdens het gebruik worden de gereedschappen zwaar belast.
Deze belasting wordt meestal snel aangebracht. Het
gereedschap moet deze belasting veelvuldig kunnen doorstaan
zonder te vervormen, te scheuren of overmatig te
slijten. Gereedschapmaterialen moeten daarom een voor
het doel geschikte hardheid, taaiheid en weerstand tegen
slijtage hebben. Vaak wordt het gereedschap tijdens het
gebruik warm. Ook dan mogen de eigenschappen van het
materiaal niet veranderen.
De meest gebruikte gereedschapmaterialen zijn gietijzer,
gietstaal, (on)gelegeerd en hardbaar staal, poedermetalurgische
materialen, hardmetaal en aluminium-brons (zie
ook tabel 6.1).
Of een gereedschap in de praktijk goed voldoet, hangt
niet alleen af van de materiaalkeuze, maar tevens van een
goed ontwerp, de nauwkeurigheid waarmee het gereedschap
is gemaakt en de toepassing van de juiste warmtebehandeling.
Afhankelijk van de toepassing, de optredende belastingen
en de gewenste levensduur kunnen gereedschapmaterialen
in verschillende condities worden toegepast, zoals:
onbehandeld. Voorbeelden zijn gietijzer, aluminiumbrons,
(ongelegeerd) staal, hardmetaal;
warmtebehandeld. Ter verbetering van diverse eigenschappen,
zoals druksterkte en slijtvastheid, kunnen
daartoe geschikte materialen een warmtebehandeling
ondergaan. Warmtebehandelingen vinden in het algemeen
na de fabricage van het gereedschap plaats;
oppervlakte-behandeld. Daartoe geschikte materialen
kunnen, in het algemeen ter verbetering van de slijtage
eigenschappen, bijvoorbeeld worden genitreerd. Deze
behandelingen worden veelal uitgevoerd aan een voltooid
gereedschap.
gecoat. Een andere methode om de weerstand tegen
slijtage te verhogen is het aanbrengen van coatings
(deklagen) op het gereedschapmateriaal. Coatings kunnen
plaatselijk worden aangebracht op reeds voltooide
gereedschappen.
Veruit de meeste gereedschappen worden van gelegeerd
gereedschapsstaal gemaakt en in geharde toestand toegepast.
Het is in het algemeen niet verstandig om gelegeerd gereedschapsstaal
in ongeharde toestand te gebruiken. Is het
gezien de gestelde eisen mogelijk om gereedschappen van
staal in zachte toestand (onbehandeld) te gebruiken, dan
kan het beste van goedkoper en beter bewerkbaar constructiestaal
worden uitgegaan.
Verder kan een onderscheid worden gemaakt tussen laaggelegeerd
en hooggelegeerde gereedschapstalen. Laaggelegeerde
gereedschapsstalen worden overwegend in
water, soms in olie gehard, terwijl hooggelegeerde gereedschapsstalen
in lucht of vacuüm worden gehard. Hooggelegeerde
gereedschapsstalen zijn over het algemeen slijtvaster,
omdat deze naast martensiet ook uit carbiden bestaan.
Tenslotte zijn sommige hooggelegeerde gereedschapsstalen
door ESR (Electro Slag Remelting) en VAR
(Vacuum Arc Remelting) ook met grotere zuiverheid verkrijgbaar.
Poedermetallurgische gereedschapstalen
PM gereedschapsstalen worden gekenmerkt door een
41
optimale combinatie van hardheid (dus slijtvastheid en
daarmee standtijd) en taaiheid. Deze eigenschappen worden
bereikt door het materiaal in gesmolten toestand te
verstuiven, waardoor een metaalpoeder ontstaat. De vorming
van grove carbiden wordt hierdoor onderdrukt. Het
poeder wordt onder hoge druk en temperatuur samengeperst
(gesinterd). Door deze fabricagemethode ontstaat
een materiaal met kleine, homogeen verdeelde carbiden.
Dit in tegenstelling tot conventioneel vervaardigd gereedschapsstaal,
waarin de carbiden groter zijn en in banen in
het materiaal liggen. Door deze vervaardigingsmethode
zijn materiaalsamenstellingen te vervaardigen, o.a. met
hoge Vanadiumgehaltes, die op conventionele manier niet
gemaakt kunnen worden. Poedermetallurgisch gereedschapsstaal
is in het algemeen duurder is dan conventioneel
gereedschapsstaal. Echter door de betere slijtvastheid
en taaiheid en daarmee een langere standtijd, kan poedermetallurgisch
gereedschapsstaal toch voordelen bieden.
Naast poedermetallurgisch gereedschapsstaal is er ook
poedermetallurgisch snelstaal op de markt.
Hardmetaal
Hardmetaal wordt verkregen door metaalcarbiden (in poedervorm)
te sinteren met een metallisch bindmiddel. De
voor spaanloze vormgevingstechnieken belangrijkste soorten
zijn samengesteld uit wolfraamcarbiden (WC) en kobalt
(Co). Hardheid en slijtvastheid zijn gebaseerd op de
wolfraamcarbiden. Stijver en meer drukvast is het materiaal
naarmate de wolfraamcarbide fijner verdeeld is en
een groter aandeel vormt. Minder bros wordt en een grotere
weerstand tegen schokken krijgt het materiaal wanneer
het gehalte aan (plastisch) bindmiddel (Co) groter is.
Dit wordt nog enigszins verbeterd, doordat het materiaal
aan het eind van het sinterproces op hoge temperatuur en
onder druk (ca. 50 bar) tot bijna 100% wordt verdicht.
Voor spaanloze vormgeving worden, met betrekking tot
de gewenste optimale taaiheid, voornamelijk hydrostatische
(HIP of sinterhip) verdichte soorten aangeraden.
Het sinterproces van hardmetaal is een dermate gecompliceerd
proces, dat zelfs bij de meest betrouwbare fabrikanten
schommelingen met betrekking tot de kwaliteit verwacht
mogen worden.
Voor gereedschappen in de spaanloze vormgeving worden
hoofdzakelijk hardmetaalsoorten met kobaltgehalten van
6 tot 15% en (WC) korrelgrootten in de klasse "fijn"
(0,8 - 1,3 micron) en "medium" (1,3 - 2,5 micron) gekozen.
Met deze hardmetalen is in het algemeen een minstens
5× langere standtijd te bereiken dan met gereedschapsstaal.
Aluminium-brons wordt meestal toegepast als andere gereedschapmaterialen
aanlaadverschijnselen vertonen.
Bij grote gereedschappen, zoals deze onder andere worden
gebruikt in de automobielindustrie, wordt soms gebruik
gemaakt van inzetstukken. Het gereedschap wordt dan
vervaardigd uit gietijzer, gietstaal of constructiestaal. Op
de zwaarder belaste plaatsen worden stukken in het gereedschap
aangebracht, die zijn uitgevoerd in gehard
en/of gelegeerd staal of aluminium-brons.
Voor het maken van proefseries of producten in kleine
series staat ook nog een reeks van alternatieve gereedschapmaterialen
ter beschikking (zie tabel 6.1). Deze zijn
vaak eenvoudig en tegen lage kosten te bewerken. De
standtijd is echter zeer beperkt. Deze worden hier niet
verder besproken. Voor de volledigheid wordt verwezen
naar de literatuur [lit. 23].
Gereedschapmateriaalnormen
Hoewel er bijna voor alle stalen intussen Europese normen
bestaan, geldt dit nog niet voor gereedschapsstalen. Dit
komt, omdat gereedschapsstaalfabrikanten allen proberen
via minimale verschillen in toevoegingen, of een beter alternatief
te vervaardigen, of patenten van de concurrent
proberen te omzeilen. Een algemene norm voor gereed-