Het is een van de meest voorkomende dilemma’s in het machineontwerp: moet het onderdeel van inzetstaal worden gemaakt, of van veredelingsstaal? Beide worden gebruikt voor hoogwaardige onderdelen, maar ze bereiken hun sterkte langs verschillende wegen en op verschillende plaatsen.
Inzetstaal: harde buitenlaag, taaie kern
Inzetstaal is koolstofarm (ongeveer 0,10–0,25% C). In deze toestand hardt het bij afschrikken onvoldoende; daarom wordt eerst koolstof in het oppervlak gediffundeerd.
- Opkolen: Het onderdeel wordt bij ongeveer 880–950 °C in een koolstofrijke atmosfeer gehouden. Het koolstofgehalte aan het oppervlak stijgt tot 0,7–0,9%.
- Afschrikken: De met koolstof verrijkte buitenlaag wordt zeer hard; de koolstofarme kern blijft taai.
- Ontlaten op lage temperatuur: Meestal bij 150–200 °C, om inwendige spanningen te verminderen.
De oppervlaktehardheid ligt daarna doorgaans rond 58–62 HRC; de inzetdiepte wordt afhankelijk van de toepassing meestal tussen 0,5 en 2 mm gekozen. Het oppervlak weerstaat slijtage en contactdruk, terwijl de kern stoten opvangt.
Typische kwaliteiten: C15, 16MnCr5, 20MnCr5, 20NiCrMo2 (SAE 8620), en voor zwaarbelaste tandwielen 17CrNiMo6 en 18CrNi8.
Veredelingsstaal: sterkte over de hele doorsnede
Veredelingsstaal heeft een gemiddeld koolstofgehalte (ongeveer 0,25–0,60% C) en is meestal gelegeerd met chroom, molybdeen en nikkel. De warmtebehandeling bestaat uit twee stappen:
- Harden: Het staal wordt verwarmd tot de austeniteertemperatuur (afhankelijk van de kwaliteit ongeveer 820–880 °C) en snel afgekoeld in olie of water.
- Ontlaten op hoge temperatuur: Bij ongeveer 540–680 °C wordt een deel van de hardheid omgezet in taaiheid.
Na dit veredelen heeft het materiaal niet alleen aan het oppervlak maar over de hele doorsnede een hoge vloeigrens en taaiheid. 42CrMo4 haalt in veredelde toestand tot een diameter van ongeveer 100 mm, afhankelijk van de doorsnede, een treksterkte van circa 900–1300 MPa; bij grotere diameters daalt die waarde. Hoe groter de doorsnede, hoe belangrijker de legering wordt om ook de kern te laten doorharden – daarom krijgen nikkelhoudende kwaliteiten als 34CrNiMo6 de voorkeur bij assen met een grote diameter.
Typische kwaliteiten: C45, 41Cr4, 34CrMo4, 42CrMo4 (SAE 4140), 50CrMo4, 34CrNiMo6 (SAE 4340).
Vergelijking
| Inzetstaal | Veredelingsstaal | |
|---|---|---|
| Koolstofgehalte | Laag (≈ 0,10–0,25%) | Gemiddeld (≈ 0,25–0,60%) |
| Warmtebehandeling | Opkolen + afschrikken + ontlaten op lage temperatuur | Harden + ontlaten op hoge temperatuur |
| Oppervlak | Zeer hard (≈ 58–62 HRC) | Gemiddelde hardheid; zo nodig inductiegehard |
| Kern | Taai, relatief lage sterkte | Hoge sterkte en taaiheid |
| Sterk tegen | Contactdruk, slijtage, stoten | Buiging, torsie, vermoeiing |
| Typisch onderdeel | Tandwielen, rondsels, pennen, nokkenassen | Assen, krukassen, drijfassen, hoogsterkte bouten |
Welk staal voor welk onderdeel?
- Tandwielen en rondsels: De tandflank krijgt contactdruk en slijtage te verduren, de tandvoet stoten en buiging. Omdat een harde buitenlaag rond een taaie kern nodig is, is inzetstaal de standaardkeuze.
- Assen, krukassen, aandrijfassen: Deze dragen torsie en wisselende buiging over de hele doorsnede. Veredelingsstaal past beter.
- Assen met lagerzittingen: Een veelgebruikte oplossing is ze van veredelingsstaal te maken en alleen de lagerzones inductief te harden; zo krijgt u zowel kernsterkte als oppervlaktehardheid.
- Pennen en bussen: Overheerst de slijtage, dan inzetstaal; overheerst het draagvermogen, dan veredelingsstaal.
Waar u op let vóór de bestelling
- Inzetharden kan vervorming en maatverandering veroorzaken; op precisievlakken wordt daarom een slijptoeslag gelaten.
- Bij veredelingsstaal maakt het de planning van de vervolgbewerkingen eenvoudiger als de leveringstoestand (bijv. veredeld +QT of zachtgegloeid +A) al in de offerte wordt vastgelegd.
- Kies bij grote doorsneden de kwaliteit met het oog op de diameter, zodat de gevraagde waarden haalbaar zijn.