Heb je je ooit afgevraagd hoe je snel onderscheid kunt maken tussen koolstofstaal en roestvrij staal? Inzicht in de verschillen is cruciaal in verschillende toepassingen, van bouw tot productie. Dit artikel gaat in op de belangrijkste methoden om deze twee soorten staal te identificeren, waarbij de nadruk ligt op vonkproeven, kleurveranderingen en andere onderscheidende kenmerken. Aan het einde van het artikel weet je hoe je koolstofstaal en roestvast staal effectief kunt identificeren, zodat je zeker weet dat je het juiste materiaal kiest voor je projecten. Neem een duik in deze essentiële technieken en verbeter je vaardigheden op het gebied van materiaalselectie.
Vonkt roestvrij staal bij het slijpen?
Ja, roestvast staal produceert inderdaad vonken tijdens slijpbewerkingen. Dit fenomeen ontstaat door de snelle verhitting van microscopische metalen deeltjes die loskomen tijdens het slijpproces. Wanneer de slijpschijf in contact komt met het roestvast stalen oppervlak, genereert dit aanzienlijke wrijving, waardoor deze kleine metalen deeltjes temperaturen bereiken van meer dan 1000°C (1832°F). Bij zulke hoge temperaturen oxideren de deeltjes snel en geven zichtbaar licht af, wat zich uit in vonken.
De kenmerken van deze vonken - inclusief kleur, intensiteit en patroon - kunnen variëren afhankelijk van de specifieke kwaliteit en samenstelling van het roestvast staal dat verwerkt wordt. Bijvoorbeeld, austenitisch roestvast staal (bijv. 304, 316) produceert meestal kortere, meer talrijke vonken met een rood-oranje tint, terwijl martensitisch roestvast staal (bijv. 420, 440C) vaak langere, helderdere vonken produceert met een geelachtige tint. Factoren zoals de korrelgrootte van de slijpschijf, de draaisnelheid en de toegepaste druk hebben ook invloed op de vonkvorming. Het is vermeldenswaard dat, hoewel het ontstaan van vonken gebruikelijk is bij het slijpen van roestvast staal, de juiste veiligheidsmaatregelen, waaronder oogbescherming en vonkinsluiting, altijd moeten worden toegepast om potentiële gevaren in de werkplaatsomgeving te voorkomen.
Wanneer staal onder druk tegen een slijpschijf wordt geslepen, wordt het materiaal door de schurende werking gereduceerd tot fijne deeltjes. Deze deeltjes worden snel verhit door de mechanische wrijving en uitgeworpen door de centrifugale kracht van het draaiende wiel.
Wanneer de verhitte staaldeeltjes in contact komen met zuurstof in de lucht, ondergaan ze een snelle oxidatie. Deze exotherme reactie genereert voldoende hitte om de staaldeeltjes in de buurt van hun smeltpunt te brengen, waardoor ze licht uitstralen. De baan van deze lichtgevende deeltjes volgt een gestroomlijnd pad, waardoor het karakteristieke vonkpatroon ontstaat.
Het oxidatieproces begint met de vorming van een ijzeroxidelaag (2Fe + O2 → 2FeO) op het deeltjesoppervlak. Tegelijkertijd ontleedt koolstof in de vorm van ijzercarbide (Fe3C) binnenin de deeltjes bij hoge temperaturen, waarbij elementaire koolstof vrijkomt (Fe3C → Fe + C). Deze vrijgekomen koolstof reageert vervolgens met het ijzeroxide aan het oppervlak, waarbij gasvormig koolmonoxide ontstaat.
Deze reactie creëert een cyclisch proces waarbij koolstofatomen het ijzeroxide aan het oppervlak reduceren, waardoor het kan reageren met zuurstof uit de lucht en opnieuw oxideert. Tegelijkertijd veroorzaakt dit verdere reacties met interne koolstof, wat leidt tot de ophoping van koolmonoxidegas in het deeltje.
Wanneer de interne gasdruk de oppervlaktespanning van de buitenste laag van het deeltje overschrijdt, vindt er een micro-explosie plaats. Dit fenomeen manifesteert zich als een heldere uitbarsting die lijkt op een miniatuurvuurwerk. Als er koolstofresten achterblijven in de resulterende kleinere deeltjes, kan de oxidatie-explosiecyclus zich herhalen, wat kan leiden tot uitbarstingen van de tweede, derde of zelfs vierde generatie. Dit herhaalde proces creëert het karakteristieke dendritische of vertakkende patroon dat bij vonktesten wordt waargenomen.
De frequentie en intensiteit van deze explosies hangen rechtstreeks samen met het koolstofgehalte van het staal. Staal met een hoger koolstofgehalte vertoont vaker en meer uitgesproken uitbarstingen, wat resulteert in complexere dendritische patronen met meer vertakkingen en "bloemachtige" formaties. Omgekeerd produceren staalsoorten met een lager koolstofgehalte eenvoudigere vonkpatronen met minder vertakkingen.
Deze relatie tussen koolstofgehalte en vonkkenmerken vormt de basis van vonktesten als een snelle, kwalitatieve methode om verschillende staalsoorten te identificeren in werkplaatsen. Het is echter belangrijk op te merken dat vonktesten waardevolle inzichten kunnen verschaffen, maar dat ze samen met andere analysemethoden moeten worden gebruikt voor een nauwkeurige materiaalidentificatie en -karakterisering.
Vonkpatronen, verschillende onderdelen en vormen omvatten over het algemeen:
Wanneer het testmonster op de slijpschijf wordt geslepen, worden alle vonken die vrijkomen gezamenlijk vuurstralen genoemd.
De vuurstraal kan worden onderverdeeld in drie hoofdonderdelen:
De brandstraal die zich het dichtst bij de slijpschijf bevindt, wordt de root brandstraal genoemd.
Het middelste deel wordt de middelste vuurstraal genoemd.
Het uiteinde van de vuurstraal, dat het verst van de slijpschijf verwijderd is, wordt de staartvuurstraal genoemd. Zie Fig. 12-1.
Bij het slijpen van staal vliegen de slijpdeeltjes met hoge snelheden naar buiten, waardoor heldere lijnen ontstaan die stroomlijnen worden genoemd.
Gebaseerd op de vormkenmerken van stroomlijnen zijn er drie veel voorkomende vormen: rechte stroomlijnen, golvende stroomlijnen en intermitterende stroomlijnen, zoals getoond in Figuur 12-2.
In het midden van de stroomlijn ontstaat een uitbarstingspatroon.
Er zijn drie veelvoorkomende soorten vuurwerk: dendritisch vuurwerk, vederachtig vuurwerk en schutbladeren.
Takvormig vuurwerk lijkt op boomtakken, met meer of minder takken, waaronder twee vorken, drie vorken en veel vorken.
Er zijn verschillende niveaus van splitsen, waaronder primair splitsen, secundair splitsen en meervoudig splitsen.
Veervormige explosies zijn een speciale vorm van staalexplosies met een rand die op veren lijken. Schutbladeren zijn speciale expansievormen die in het midden van de stroomlijn voorkomen en uitbarstingen voor en na het expansiegedeelte bevatten.
Zie Figuur 12-3. Als de schutbladbloem aan het einde van de stroomlijn verschijnt, wordt dit ook wel de schutbladbloem staartbloem genoemd.
Het punt waar de stroomlijn halverwege uitbarst wordt een knooppunt genoemd.
Sommige soorten vuurwerk hebben heldere en dikke knopen, terwijl andere soorten vuurwerk geen duidelijke knopen hebben.
Als de vonk overslaat, wordt de sliert de awnlijn genoemd.
Dendritisch vuurwerk kan worden beschouwd als de verzamelvorm van de meeste awnlijnen.
Vonken in de vorm van stippen tussen de exploderende gaailijnen of in de buurt van de stroomlijn.
Bloemkool is een abnormale vorm van stroomlijnstaart.
Er zijn drie soorten gewone staartbloemen: vossenstaartbloem, speerstaartbloem en magnolia-staartbloem. Zoals getoond in Fig. 12-4.
Fig. 12-4 Staartbloemvorm
De kleur en lichtheid van de hele vlamstraal of een deel van de vonk.
Het belangrijkste gereedschap om vonken te identificeren is een slijpmachine.
Slijpmachines kunnen zowel desktop als draagbaar zijn.
Een werkbankslijpmachine is geschikt voor het inspecteren van stalen monsters en kleingevormde onderdelen.
Een draagbare slijpmachine kan worden gebruikt om partijen staal in werkplaatsen en magazijnen te identificeren.
Het vermogen van de motor die gebruikt wordt voor een werkbankslijpmachine is 0,5 KW, en de draaisnelheid is ongeveer 3000 RPM.
De motor van een draagbare slijpmachine heeft een vermogen van 0,2 KW en een toerental van 2800 RPM.
Door te veel kracht en snelheid kunnen vonken zich verspreiden, wat niet bevorderlijk is voor identificatie.
Als het vermogen en de snelheid te laag zijn, zal het moeilijk zijn om gelegeerd gereedschapsstaal en wolfraamhoudend hogesnelheidsstaal te slijpen en kan het zelfs niet lukken om een vlamstraal te produceren.
De slijpschijf moet een korrelgrootte hebben van 46# of 60# (bij voorkeur 60#) en een gemiddelde hardheid van 200 mm, en de dikte moet 20~25 mm zijn.
De slijpschijf voor een draagbare slijpmachine kan een diameter hebben van 9020mm.
Het is raadzaam om de gereedschappen zoals de slijpmachine en de korrelgrootte van de slijpschijf niet vaak te veranderen.
Kennis en vertrouwdheid met de prestaties van het gereedschap is een essentieel aspect bij het identificeren van vonken.
De vonkvorm kan variëren door veranderingen in de schijfsnelheid en de deeltjesgrootte van verschillende slijpmachines.
De scherpte en rondheid van het wrijvingsoppervlak van de slijpschijf moet regelmatig onderhouden worden om een consistente projectiekracht te garanderen.
Als de slijpschijf niet scherp is, kan het de stroomlijn verminderen, terwijl als de rondheid niet behouden blijft, staal kan verspringen als het er tegenaan wrijft. Daarom moet de rondheid van de slijpschijf niet te klein zijn.
Voordat je begint te werken, is het belangrijk om een standaardmonster te identificeren om te corrigeren voor de mogelijke invloed van de objectieve omgeving.
De helderheid van de werkomgeving kan de waarneming van vonken aanzienlijk beïnvloeden.
De identificatielocatie mag niet te helder zijn, maar hoeft ook niet helemaal donker te zijn. Het is belangrijk om een constante helderheid te behouden om een nauwkeurige identificatie te garanderen.
Over het algemeen wordt het niet aangeraden om buiten te werken. Als het echter nodig is om het apparaat buiten te gebruiken, moet een verplaatsbaar dekzeil, bedekt met een zwarte doek, worden gebruikt om storing door fel licht, zoals dat van konijnen, te voorkomen.
Er moet een set standaard staalmonsters met bekende staalsoorten worden geleverd voor vergelijking bij het leren en identificeren. Hoe uitgebreider de staalmonsters, hoe beter.
Om het juiste gehalte van elk element te bepalen, moeten de standaardstaalmonsters chemisch worden geanalyseerd.
In de machinebouw zijn nauwkeurige materiaalselectie en warmtebehandeling kritieke uitdagingen voor technische professionals. De juiste identificatie en het juiste gebruik van staalsoorten zijn van het grootste belang om productkwaliteit, veiligheid en kosteneffectiviteit te garanderen.
Een onjuiste materiaalselectie of onbedoelde vermenging van staalsoorten tijdens de productie kan ertoe leiden dat componenten niet voldoen aan de prestatiespecificaties, wat kan resulteren in aanzienlijke economische verliezen of catastrofale storingen. Daarom is een goed begrip van staalsoorten en hun respectieve eigenschappen essentieel voor een succesvolle machineproductie.
Staalidentificatiemethoden kunnen grofweg worden onderverdeeld in chemische en fysische benaderingen. Hoewel chemische analyse een hoge nauwkeurigheid biedt, is het voornamelijk geschikt voor inspecties met monstername in het laboratorium. De tijd en kosten die gepaard gaan met chemische analyse maken het onpraktisch voor toepassingen op locatie in de meeste productieomgevingen.
Fysische identificatiemethoden zijn weliswaar minder nauwkeurig dan chemische analyses, maar blijken van onschatbare waarde te zijn voor voorlopige beoordelingen ter plaatse vanwege hun praktische bruikbaarheid en de opgebouwde expertise van ervaren technici. Van deze fysische methoden zijn vonkidentificatie en metallografische analyse de meest efficiënte en breed toepasbare technieken.
Met name vonkidentificatie heeft door de vele voordelen een brede toepassing gekregen in de industrie:
Het belang van vonkidentificatie wordt duidelijk in verschillende kritieke stadia van het productieproces:
Koolstof is de belangrijkste element van staal en de activeringsvorm verandert met de toename van het koolstofgehalte.
Vonkpatronen van veel voorkomende staalsoorten zijn als volgt:
Fig. 12-6 30 Staal
De vlamstraal lijkt helemaal geel, met een dikke stroomlijn in het midden, met iets dunnere bij de wortel en iets groter vuurwerk bij de staart. Daarnaast zijn er lange gazonstrepen die lichtjes hangen.
In het geval van de secundaire explosie heeft deze meerdere takken met heldere explosieknooppunten.
Fig. 12-7 40 Staal
De lengte van de vuurwerkbundel is iets toegenomen. Al het vuurwerk is nu secundair en de lontlijn is lang en dik. Bovendien zit er nu meer vuurwerk in de hele straal en beginnen er wat pollen te verschijnen. De staart van de vuurwerkbundel is ook groter en de kleur is helder geel.
Fig. 12-8 45 Staal
De lengte van de vuurstraal is langer dan die van 40 staal. De vorm van het vuurwerk is groter en het aantal stroomlijnen en vuurwerk is toegenomen. De stroomlijnen zijn dikker en de gaailijn is langer. Er zit een juiste hoeveelheid stuifmeel tussen de stroomlijnen en ze geven krachtig af, wat resulteert in een grotere mate van uitbarsting. De knopen zijn helder en het aantal knallen bij de staart is aanzienlijk meer dan bij 40 staal. Bovendien is de kleur helder geel.
Fig. 12-9 50 Staal
De lengte van de vlammenbundel is gelijk aan die van een 45 stalen balk.
Het explosiepatroon is significant, met een verhoogd aantal stroomlijnen en explosies. De stroomlijnen zijn dik, met lange awnlijnen en pollen ertussen, waardoor de explosie krachtig is. De knopen zijn helder en het aantal explosies bij de staart is merkbaar hoger dan bij een 45 stalen balk. De kleur van de vlam is helder geel.
De hele vlam is geel, met een iets dikke en lange stroomlijn en een rechte vorm. Het middelste gedeelte naar de gietstaart toe is lichtjes hangend.
Een enkel explosiepatroon met meerdere takken, gemaakt van koolstofhoudend constructiestaal met hetzelfde koolstofgehalte, is iets regelmatiger dan het explosiepatroon. De explosiegraad is groot en de knooppunten zijn helderder.
De aanwezigheid van chroom in dit stadium toont aan dat het een rol speelt bij het verlengen en scheuren.
De vonkenstraal is helder geel en heeft veel gestroomlijnde lijnen. De secundaire uitbarsting van de samengestelde bloem is groot, netjes en regelmatig met een aanzienlijk aantal vuurpijlen. De awnlijn is lang en dik en de bloemhoek is duidelijk en goed gescheiden.
Er is voldoende stuifmeel en de uitbarstingsgraad is hoog met een dikke stroomlijn, licht afhangend van het midden naar de staart. De uitbarstingsgraad van de grote takchrysant is nog intenser.
Op dit moment dient het medium koolstofarme opschrift nog steeds om de explosie te promoten.
Fig. 12-12 20CrMo staal
De vlamstraal van het materiaal is korter dan die van 20Cr-staal. De stroomlijn is iets dunner en er zijn meerdere bifurcaties en een enkele explosie tegelijk.
Vergeleken met 20CrMo is het explosiepatroon gekrompen, de mate van explosie is verzwakt, de knooppunten zijn niet erg helder en de kleur is geel. Bovendien heeft de staart van de stroomlijn kanonpuntstaartbloemen.
Molybdeen heeft in dit stadium een remmende eigenschap.
Hoewel chroom een explosief element is, bestaat het naast molybdeen en zijn eigenschappen worden ondergeschikt.
Fig. 12-13 40CrMo staal
De vlamkleur van 42CrMo staal is iets donkerder dan dat van 40Cr staal en de stroomlijn is vergelijkbaar. Het vormt secundaire explosie samengestelde bloemen met een geschikte hoeveelheid stuifmeel, en de knopen zien er helder uit. De explosiepatronen zijn echter onregelmatig en rommelig, en de mate van explosie is licht verzwakt. Aan de staart is er een kanonpuntstaartbloem, die niet voorkomt in 20CrMo staal.
Hieruit kan worden afgeleid dat het koolstofgehalte een bepaalde invloed heeft op molybdeen.
Fig. 12-14 60Si2Mn staal
De vuurstraal heeft een matige lengte en een gereduceerde stroomlijn, en is lichtjes dik. De meeste barsten twee keer, terwijl sommige drie keer barsten met een klein bloemtype en een duidelijke knoop van siliciumknop. Deze soorten hebben weinig en korte awnlijnen, een iets zwakkere uitbarstingsgraad en geen stuifmeel. De kleur van de vonk en de explosieknoop zijn niet erg helder.
Fig. 12-15 GCr15 Staal
De vuurstraal heeft een gemiddelde lengte en bevat veel gestroomlijnde en driedubbele uitbarstingspatronen. De stroomlijnen zijn enigszins dun en ze zijn dicht bedekt met takvormig vuurwerk.
De hoeveelheid vuurwerk is groot, de patronen zijn klein en de awnlijn is dun en onregelmatig. Er is een aanzienlijke hoeveelheid stuifmeel tussen de kroonlijnen en de knopen zijn niet erg duidelijk. De kleur van het vuurwerk is oranje.
De interne organisatie is troostiet-pareliet in warmgewalste toestand. De vuurstraal is lang en dik en heeft drie uitbarstingen. De burstintensiteit is sterk, de awnlijn is lang en er is een aanzienlijke hoeveelheid pollen tussen de awnlijnen. De knopen van de uitbarsting zijn helder en het staartpatroon is lang en bevindt zich in het midden.
Fig. 12-16 Cr12MoV staal
De vuurstraal is dun en extreem kort, met een golvende en onderbroken stroomlijn die talrijk en slank lijkt.
Het vuurwerk is uitzonderlijk krachtig en produceert vonken die uitbarsten in drie verschillende bloemen met meerdere takken en significante sterren. De bloemen bevatten talloze gebroken bloemen en stuifmeel en zitten vol vuur.
Het einde van de stroomlijn heeft een duidelijke pistoolvormige staartbloem als gevolg van het molybdeengehalte. Bovendien is de stroomlijn bij de staart iets dikker, waardoor het materiaal hard aanvoelt als je erover wrijft.
Kleur: geel tot oranje. Vonkvorm verschilt niet van Cr12.
Fig. 12-17 5CrMnMo staal
De vuurstraal is de dikste en langste, de stroomlijn is middelmatig dik en de uitbarsting is de op één na sterkste. Ze barsten allemaal drie keer, soms met een paar bloemen, en er zijn molybdeen gun tip tail bloemen.
De bloemvorm is een meervoudig vertakte drie- of vierdelige stervormige bloem met een lancetstaartbloem. De awnlijn is dicht, het verspreidingsgebied van de bloemen beslaat 55-60% van de hele brandbundel, de bloemvorm is groot en de bloemhoek is breed.
Qua kleur is de vuurstraal helder geel en zijn de knopen geel tot wit. De weerstand is minder sterk bij het slijpen.
Fig. 12-18 3Cr2W8V staal
De vuurstraal is relatief lang en de stroomlijn is erg dun, golvend en onderbroken. De uitbarsting is zwak, met slechts een kleine hoeveelheid bloemen in een kale vossenstaartvorm en -grootte.
Kleur carrosserie: fuchsia.
Kaal en solitair, licht kersenrood.
Het voelt erg resistent aan tijdens het slijpen.
Fig. 12-19 Staal W6Mo5Cr4V2
De vlamstraal verschijnt als een korte, heldere oranje-gele kleur, met een donkerrode tint aan de basis.
Er zijn een paar onregelmatige stroomlijnen en een paar golfachtige patronen.
De stroomlijnen zijn niet erg dik en hebben een gemiddelde lengte.
De staartstroomlijn is dikker en lijkt op een wilgenblad met staartbloemen, en de punt heeft een lichte kaalheid.
Het vuurwerk is weinig in aantal maar heeft een grote vorm.
Er zijn maar een paar awnlijnen, die ook kaal zijn.
De staartstroomlijn valt naar beneden.
Het kan een uitdaging zijn om de staalsoort van het geteste monster te beoordelen op basis van het waargenomen vonkenpatroon.
Dit komt omdat de vonkpatronen subtiele verschillen kunnen vertonen die moeilijk nauwkeurig te beschrijven en uit te drukken zijn. Er is een ervaren beoefenaar met ruime ervaring en expertise nodig om deze subtiele verschillen in vonkpatronen nauwkeurig te onderscheiden.
Momenteel is het gebruik van vonkidentificatie alleen nodig om te bevestigen of een materiaal tot de beoogde staalsoort behoort.
Bij het identificeren van een partij onderdelen moet het eerste onderdeel zorgvuldig geobserveerd en geanalyseerd worden. Zodra bevestigd is dat staal nr. 1 correct gebruikt wordt, moet het onderdeel licht geslepen worden om de basiskenmerken van vonken te observeren wanneer het het minst versleten is.
Deze eigenschap moet in gedachten worden gehouden en de resterende onderdelen kunnen met lichte druk worden geslepen. Deze aanpak helpt niet alleen bij de identificatie, maar minimaliseert ook de slijtage van de onderdelen, waardoor negatieve gevolgen voor hun uiterlijk of functionaliteit vermeden worden.
Op dit moment is het belangrijk om je te concentreren op de fundamentele verschillen tussen de twee staalsoorten in hun vonkpatronen. Als je eenmaal een duidelijk inzicht hebt in hun respectieve kenmerken en belangrijkste verschillen, wordt het veel gemakkelijker om onderscheid te maken.
Als de discriminator het basisgebruik van staal begrijpt en bekend is met het gezond verstand van de materialen die moeten worden gebruikt om verschillende onderdelen te maken, kan hij veel hulp bieden bij het identificeren van vonken.
Een factor om rekening mee te houden is of er dendritische explosie optreedt bij het slijpen van de vonken. Als er sprake is van dendritische explosie, kan dit verder worden afgeleid uit de volgende situaties:
① Als dendritische explosie normaal optreedt, en er zijn geen vonken in andere speciale vormen, is het meestal koolstofstaal (gedood en half-gedood staal).
Op dit punt, als het patroon een gespleten barst is en de barstpot relatief dun is, geeft dit aan dat het koolstofgehalte laag is en dat het behoort tot het koolstofarme bereik van koolstofstaal.
Als het patroon een secundaire, tertiaire of een kleine hoeveelheid meervoudig gesplitste dendritische explosie is, is de hoeveelheid explosie middelgroot en is de afstand tussen de explosies duidelijk, wat aangeeft dat het koolstofgehalte van het monster ongeveer 0,4% C is en het behoort tot het koolstofstaal in de middelmatige koolstofrange.
Als de explosie een boomvormige explosie met meerdere vorken is, is de hoeveelheid explosie groot en de afstand tussen de explosies klein, wat erop wijst dat het koolstofgehalte hoog is en het behoort tot hoog koolstofstaal. Wanneer de explosie druk is, bevestigt dit dat het koolstofgehalte hoog is.
② Als de explosie een dendritisch patroon vertoont en er vederlicht uitziet, geeft dit aan dat het staal omrand is met een zeer laag siliciumgehalte. Het koolstofgehalte kan ruw geschat worden op basis van de hoeveelheid explosie, wat kan helpen om de staalsoort af te leiden.
③ Om ruwweg de soort staal:
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
PT 
PT_BR 
RU 
KO