Avkjølingsvæsker

Oppvarmings- og kjøleprosessen er med på å endre metallegenskaper som styrke, hardhet og seighet. For å kjøle ned et varmt arbeidsstykke så raskt som herdeprosessen krever, må vi bruke ei væske. Nedkjøling i luft er ikke effektivt nok fordi luft ikke har god nok termisk ledeevne. Den transporterer ikke bort varme fra arbeidsemnet raskt nok.

Vann som avkjølingsvæske

Det enkleste er å avkjøle i vann. Ulempen med vann er at vanlig vann har et kokepunkt på bare
100 °C. Når en nedkjøler et arbeidsstykke i vann, kan vannet begynne å koke og bli til vanndamp. Vanndamp rundt arbeidsstykket kan føre til ei ukontrollert nedkjøling der ulike steder på arbeidsstykket nedkjøles i ulik hastighet.

Skal du benytte vann som avkjølingsvæske, bør du ikke bruke friskt vann direkte fra springen, men gjerne vann som har stått lenge og blitt "dødt". Da har vannet blitt oksygenfattig slik at det er mindre fare for at det går over i dampform.

Vi kan også tilsette salt i vannet for å øke den termiske ledeevnen til væska. Da får vi ei mer kontrollert nedkjøling. Det er likevel viktig å tenke på risikoen for korrosjon når stål dyppes i saltholdig væske.

Herdeolje som avkjølingsvæske

Herdeolje er en oljetype som er spesiallaga for bråavkjøling av metaller. Herdeolje har et høyt kokepunkt og inneholder minimalt med oksygen. Det går derfor ikke over i gassform like raskt som vann, og heller ikke på samme måten. Ved å avkjøle stålet i herdeolje oppnår vi ei mer stabil og kontrollert nedkjøling.

I databladet for stålet finner vi nødvendig informasjon om temperaturen og avkjølingsmetoden som skal brukes under herdeprosessen. Enkelte ståltyper kan bråkjøles i både vann og olje, og da må vi gjøre et valg. Begge væskene har sine fordeler og ulemper, selv om olje ofte er den foretrukne løsninga.

Kjølehastighet

Vann har generelt bedre termisk ledeevne og dermed høyere kjølehastighet enn olje. Derfor herdes stålet raskere. Dette kan være en fordel om vi trenger et ekstremt hardt og sterkt stål. Olje har lavere termisk ledeevne og gir langsommere avkjøling.

Viskositet

Viskositet (flytegrad) er motstanden ei væske har mot bevegelse. Viskositetsgraden påvirker nedkjølingshastigheten, og den påvirker hvor fort herdeoljen flyter inn i ulike formasjoner når vi herder arbeidsemner med kompliserte former.

Lav viskositet i væska øker nedkjølingshastigheten fordi ny væske enkelt kan flyte inn mot det varme arbeidsstykket og lede varmen bort fra arbeidsstykket. Ei væske med høy viskositet er tungtflytende, og væska som er nærmest arbeidsstykket, vil derfor skiftes ut langsommere. Da får vi langsommere nedkjøling.

En olje med riktig viskositet vil gi ei jevnere og mere kontrollert avkjøling. Det vil igjen redusere faren for sprekker og andre defekter på arbeidsstykket.

Overflatespenning

Overflatespenninga er en måleenhet for væskespredelse. Olje har vanligvis lavere overflatespenning enn vann.

Ei lav overflatespenning kan minske risikoen for sprekker eller andre feil i stålet under herdeprosessen. Den tillater raskere og jevnere spredning av olje og gir dermed raskere avkjøling, raskere herding og et hardere sluttprodukt.

Brannfare

Vann blir vanligvis sett på som sikrere enn olje med tanke på brannfare, spesielt hvis vannet er riktig håndtert for å unngå dampspenningseksplosjoner. Likevel kan begge væskene utgjøre en brannrisiko under bestemte forhold, og det er viktig å overholde alt av sikkerhetstiltak uansett om vi bruker olje eller vann som herdevæske.

Hvis du benytter vann som har stått på verkstedet lenge, må du også sjekke om det har kommet brannfarlige stoffer i vannet som kan begynne å brenne når de kommer i kontakt med det varme arbeidsemnet.

Olje er ei brennbar væske, og oljens flammepunkt avgjør hvor brannfarlig oljen er. Flammepunktet er temperaturen der herdeoljen går over i dampform og produserer den mengden damp som trengs for å danne ei antennelig blanding med luft. Er flammepunktet lavt, trenger oljen lavere varme for å utvikle denne gassen, er flammepunktet høyt, trenger oljen høyere temperatur for å utvikle så mye gass at den kan antennes.

Når vi skal herde, må vi sjekke at det ikke er brennbare objekter i nærheten. Vi må også bruke godkjent verneutstyr og brannsikre beholdere, og vi må passe på riktig ventilasjon og avstand fra antennelseskilder.

Kostnad

Vann er vanligvis billigere og lettere tilgjengelig enn spesielle herdeoljer. Derfor kan vann være mer kostnadseffektivt for noen bedrifter eller skoler.

Herdeolje kan benyttes flere ganger, men den bør ikke bli stående lenge, for da kan den bli forurensa. Å bruke et kar med herdeolje for éi enkelt herding er heller ikke noe godt valg fordi det er verken lønnsomt eller miljøvennlig.

Kontroll over herdeprosessen

Olje gir oss vanligvis bedre kontroll over herdeprosessen fordi nedkjølingshastigheten er langsommere. Kontroll kan være viktig for å oppnå ønska egenskaper og unngå sprekkdannelse.

Herdeoljer inneholder forskjellige tilsetningsstoffer som gir dem spesifikke egenskaper. Tilsetningsstoffene kan påvirke hvordan oljen fungerer under herdeprosessen, hvor tykk eller tynn oljen er (viskositet), hvor brannsikker den er osv. Når vi skal velge herdeolje, må vi derfor vurdere hva slags materiale vi skal behandle, og hvilke krav herdeprosessen stiller.

Ureinheter i en herdeolje kan forårsake feil og defekter i metallet, for eksempel myke flekker, ujevn hardhet osv. Også vann kan skape problemer, for vann blander seg ikke med herdeolje og kan forårsake reaksjoner under herdeprosessen. Herdeolje skal derfor ha et vanninnhold på maksimalt 0,1 %.

Slammet som produseres under herdeprosessen, kan føre til ujevn varmeoverføring, sprekker og andre defekter og overdreven skumdannelse. Skum i for store mengder kan forårsake overoppheting og til og med brann.

Hver oljetype har et nedbørstall som beskriver mengden slam oljen produserer. Dette tallet bruker vi til å estimere gjenværende levetid for brukt olje.

Oversikt over oljetyper

Oversikt over tilsetningsstoffer

Herdeoljer får ulike egenskaper når de formuleres (blandes) med ulike tilsetningsstoffer.