Wat is gereedschapstaal?

Gereedschapstaal is een metaallegering die uit ijzer bestaat in combinatie met hoogwaardige staalsoorten waardoor het materiaal geschikt is voor het produceren van gereedschappen. Er zijn verschillende soorten gereedschapstaal. Het verschil zit in de samenstelling van de legering. Bekende toevoegingen zijn vanadium, nikkel en molybdeen. De toevoegingen in de legering kunnen verschillen en ook het percentage van een bepaalde toevoeging kan verschillen. Dat zorgt er voor dat er in de praktijk verschillende soorten gereedschapstaal zijn.

Metallurgie
Fabrikanten van gereedschapstaal hebben kennis van eigenschappen van metalen. Dit valt onder de metallurgie. Door de kennis van metalen en hun eigenschappen kunnen ze gereedschapstaal specifieke eigenschappen geven bijvoorbeeld: slijtvast, taaiheid, hardheid en bewerkbaarheid. Ook op het gebied van de sterkte en corrosiebestendigheid kunnen eisen worden gesteld.

Gereedschappen en werktuigen
Er worden verschillende gereedschappen en werktuigen van gereedschapstaal gemaakt zoals beitels, boren en zagen. Deze materialen kunnen ook worden gebruikt voor het bewerken van metaal. In dat geval moet er ook sprake zijn van specifieke eigenschappen. Voor gereedschappen waaraan men bijzonder hoge eisen stel gebruikt men sneldraaistaal (HSS).

Waar wordt gereedschapstaal verwerkt
Gereedschapstaal wordt veel gebruikt in een gereedschapmakerlij of door instrumentmakers om werktuigen en instrumenten te maken. Dit gebeurd over het algemeen doormiddel van (CNC) draaien en frezen of eroderen (vonkverspanen). Dit zijn bewerkingen in de verspaning en worden gedaan door vakmensen zoals gereedschapmakers, instrumentmakers, werktuigbouwkundigen en allround verspaners.

Wat is gietstaal en waar wordt dit toegepast?

Gietstaal wordt ook wel afgekort met GS is staal dat in verschillende vormen gegoten kan worden. Hierdoor lijkt gietstaal op gietijzer. De eigenschappen van gietstaal zijn echter anders dan de eigenschappen van gietijzer. Oorspronkelijk was gietstaal het welstaal dat uit erts gewonnen werd en vervolgens uit de puddeloven werd omgesmolten in een smeltkroes. Deze methode werd gebruikt om de slak te verwijderen en een hoogwaardiger materiaal te verkrijgen. Door deze methode toe te passen hoefde men niet te smeden.

In omstreeks  1740 werd de omsmeltmethode ontwikkeld door Benjamin Huntsman. De manier waarop gietstaal werd bereid was geheim. De samenstelling van de vuurvaste bekleding van de kroezen werd niet vrijgegeven. Daarnaast werden ook de toeslagstoffen niet bekend gemaakt door bedrijven die gietstaal produceerden. De reden voor deze geheimzinnigheid was de concurrentie. Men wilde deze productieprocessen zo geheim mogelijk houden zodat men in staat was om betere producten te produceren van gietstaal dan de concurrenten. In Duitsland produceerde de Krupp staalfabrieken in 1815 gietstaal en Jacob Mayer in 1836.

In eerste instantie werd gietstaal in coquilles gegoten. Deze werden dan vervolgens in blokken verkocht aan andere bedrijven die hier producten van konden maken. Dit waren bijvoorbeeld de smederijen. Een smid kon van deze blokken gietstaal verschillende gebruiksvoorwerpen maken. Ook gereedschappen en machineonderdelen werden door een smid vervaardigd. Jacob Mayer was er in 1851 in geslaagd om staal rechtstreeks in bepaalde giervormen te gieten. Hierdoor werd het werk van de smid overbodig. Staal hoefde niet meer in een bepaalde vorm gesmeed te worden. Staal kon in de juiste vorm worden gebracht door het gietproces. Toch waren smeden nog steeds nodig omdat niet alle vormen geschikt zijn om gegoten te worden. Staalgieten werd vooral toegepast voor het produceren van wielbanden en schrijven voor spoorwegen. Ook voor het vervaardigen van scheepsonderdelen en onderdelen voor machines werd staalgieten gebruikt.

Tegenwoordig wordt staalgieten nog steeds toegepast. Gietstaal is in verschillende legeringen verkrijgbaar. Daardoor zijn de eigenschappen van gietstaal verschillend. Over het algemeen wordt gietstaal ingedeeld in ongelegeerd gietstaal, laag gelegeerd gietstaal  en hooggelegeerd gietstaal.

  • Ongelegeerd gietstaal bevat maximaal 0,30% Koolstof en 1,5% Mangaan. Dit staal is vooral voor algemeen gebruik geschikt bijvoorbeeld voor de industrie en machinebouw. Vooral in een omgeving, waar hoge mechanische eigenschappen worden gevraagd van onderdelen, wordt gietstaal gebruikt.
  • Laaggelegeerd gietstaal  bevatten verschillende legeringselementen. Het percentage Koolstof is <0,30%. Daarnaast bevat laaggelegeerd gietstaal een percentage Chroom (1 – 5%)  en Molybdeen (max. 1,75%) ook Wolfram, Titanium en Vanadium kunnen worden toegevoegd. De keuze voor deze metalen is afhankelijk van de eisen die aan het product worden gesteld.
  • Hooggelegeerd gietstaal wordt vooral gebruikt voor het vervaardigen van onderdelen en gereedschappen waaraan specifieke eisen worden gesteld. Hierbij kan gedacht worden aan corrosiebestendigheid, slijtvastheid en hittebestendigheid.

Waar wordt gietstaal toegepast?
Gietstaal wordt vooral toegepast in de industrie en de machinebouw. Het is vooral geschikt voor onderdelen die zwaar belast worden. Verder is gietstaal goed lasbaar. Gietstaal wordt op verschillende manieren aangeduid. De aanduiding geeft aan waar het gietstaal geschikt voor is.

  • G: is gewoon gietstaal
  • GS: gietstaal, de letter ‘S’ staat voor de Engelse term: Sructural steel. Dit is gietstaal voor staalconstructie doeleinden en moeten tegen een zware belasting kunnen.
  • GP: gietstaal, de letter  ‘P’ staat voor de Engelse term: Pressure. Dit gietstaal is vooral geschikt voor drukvaten en pomphuizen. Dit zijn apparaten die onder grote druk komen te staan.
  • GE: gietstaal, de letter ‘E’ staat voor de Engelse term: engineering. GE: gietstaal wordt vooral gebruikt in de machinebouw.

Na de bovengenoemde letters worden in de aanduiding van gietstaal ook cijfers genoemd. Deze cijfers kunnen de Minimum rekgrens in N/mm2 aanduiden, ook kunnen de cijfers worden gebruikt om de legering aan te duiden.

Wat is messing of geelkoper en waaruit bestaat deze legering?

Messing is een legering van koper en zink. Deze legering wordt ook wel aangeduid met CuZn. Als messing in de vorm van folie wordt gebracht spreekt men ook wel over latoen of latoenkoper. Messing wordt ook wel aangeduid met de naam geelkoper. Deze naam heeft te maken met de kleur van messing, dit is een gele kleur die een beetje lijkt op de kleur van goud. De kleur van messing is geler dan koper. Ook brons heeft een andere kleur dan messing. Brons is een legering van koper en tin en is donkerder van kleur. De kleur van messing kan veranderen in de buitenlucht. Voordat het metaal zink was ontdekt gebruikte de mens al messing. Koper wordt door de mens gesmolten met calamiet, dit is een zinkerts. Tijdens het smelten van koper en calamiet in een smeltkroes mengt de zink zich direct met het aanwezige koper. Het gebruik van zinkerts is in dit legeringsproces noodzakelijk omdat zuiver zink te reactief is om doormiddel van de oude technieken te verwerken.

Verschillende soorten messing
Messing bestaat uit koper en zink. De eigenschappen van deze bestandsdelen van de legering versterken elkaar. Eventueel kan men ook andere elementen toevoegen zoals lood. Messing is waardevol materiaal omdat het beschikt over een goede hardheid. Daarnaast heeft messing ook uitstekende zelfsmerende eigenschappen. Vooral door de toevoeging van het element lood kan messing zeer goed worden verspaand. Om die reden wordt messing vaak in een draaibank of freesbank bewerkt tot een onderdeel van een machine ontstaat.

Er zijn verschillende messinglegering. Deze worden onderverdeeld in onderstaande drie soorten:

  • Alfamessing. Deze messinglegering bevat minder dan 40% zink Alfamessing is flexibel en het materiaal kan koud gesmeed of vervormd worden.
  • Bètamessing. Deze legering bevat meer zink in verhouding. Bètamessing kan alleen worden gesmeed als het heet is. Een voordeel van Bètamessing is dat het een harder en sterker materiaal is dan alfamessing.
  • Wit messing. Deze legering bevat verhoudingsgewijs veel zink. Het zinkpercentage van messing is meer dan 45 procent. Hierdoor is het materiaal erg bros om goed gebruikt te kunnen worden in producten.

Naast bovenstaande soorten messing zijn er verschillende messinglegeringen. De samenstelling van de ze legeringen is belangrijk voor de eigenschappen van het materiaal. Een metallurg heeft veel verstand van de eigenschappen van materialen en kan deze goed op elkaar afstemmen. Dit vakgebied heet metallurgie en behoort tot de metaaltechniek. De eigenschappen van de messinglegering zijn vervolgens weer belangrijk voor de mogelijkheden om de messing toe te passen in bepaalde producten.

Waar wordt messing voor gebruikt?
Messing wordt gebruikt voor de vervaardiging van verschillende producten. Zo wordt messing bijvoorbeeld gebruikt voor het maken van koppelingstukken voor de installatietechniek. Hierbij kan gedacht worden aan koppelingen voor waterleidingen. Ook T-stukken, hoekstukken, bochten en afsluiters kunnen van messing worden gemaakt. Bevestigingsmiddelen zoals bouten en moeren kunnen ook van messing worden gemaakt. Messing wordt daarnaast ook gebruikt in de woninginrichting en zelfs voor kogelhulzen. Het is goedkoper materiaal dan brons. Desondanks heeft messing wel een mooie uitstraling en is het materiaal dat niet roest.

Messing kan goed worden verwerkt. Het materiaal is goed verspaanbaar. Ook wanneer hoge toleranties vereist zijn kunnen uit messing zeer nauwkeurige producten worden vervaardigd. Voor seriematige productie op CNC draaibanken of freesbanken kan messing ook goed worden gebruikt. Messing kan goed worden gerecycled. Ongeveer negentig procent van alle messingproducten worden hergebruikt. Messingschroot wordt ingezameld en in een gieterij omgesmolten. Messing is namelijk een uitstekend materiaal om in een bepaalde vorm te gieten.

Wat is hardmetaal en waarvoor wordt hardmetaal in de werktuigbouwkunde gebruikt?

Hardmetaal bestaat uit ver schillende carbiden. Het metaal is samengesteld uit molybdeen, tantalium, titanium, wolfraam en is gesinterd en bevat het bindmiddel kobalt. Doormiddel van sinteren kan een zeer hard metaal ontstaan. Gesinterde  wolfraamcarbide is zo hard dat maar weinig stoffen op aarde harder zijn. Een voorbeeld van een stof die harder is dan gesinterde wolfraamcarbide is diamant. Dit is echter een zeer duur materiaal en is moeilijk vervormbaar.

Hardmetaal wordt in de werktuigbouwkunde op verschillende manieren toegepast vanwege de gunstige eigenschappen van dit materiaal. De hardheid van hardmetaal blijft behouden tot een hoge temperatuur. De temperatuur die dit metaal kan verdragen loopt tot een maximum van duizend graden Celsius. De thermische uitzetting is laag. Dit houdt in dat hardmetaal door hitte niet of nauwelijks uitzet. Harmetaal heeft daarnaast een hoge elasticiteitsmodulus, de taaiheid is echter laag.

Waarin wordt hardmetaal toegepast?
Hardmetaal wordt veel toepast in de fabricage van beitels en frezen voor de verspaning. Daarnaast wordt het gebruikt voor boren. Door de hardheid van hardmetaal is het metaal ook geschikt voor de mijnbouw en de bouw van wegen. Daarnaast wordt hardmetaal net als snelstaal gebruikt in de matrijzenbouw. Ook voor industriële snijmessen wordt hardmetaal gebruikt.

Wat is een bimetaal en wat is het verschil tussen bimetaal en een metaallegering?

Bimetalen bestaan uit twee verschillende metalen die zeer vast aan elkaar bevestigd zijn. Bimetalen worden vaak in de vorm van een strip aangeleverd. De twee verschillende metalen waaruit de strip bestaat zijn stevig op elkaar gewalst. Bimetalen worden in de werktuigbouwkunde op verschillende manieren toegepast. De eigenschappen van de metalen die aan elkaar verbonden zijn zorgen er voor dat bimetalen unieke toepassingen hebben. Zo worden bimetalen gebruikt voor het maken van thermometers en thermostaten. Daarnaast kunnen ook andere producten door de toepassing van bimetalen worden geoptimaliseerd. Hierbij kan gedacht worden aan producten met hoge eisen op het gebied van slijtvastheid en veerkrachtigheid. Hieronder zijn verschillende combinaties en toepassingsgebieden van bimetalen toegelicht. Tot slot is het verschil aangegeven tussen bimetalen en legeringen.

Bimetalen in thermostaten en thermometers
De metalen die in bimetaal aan elkaar verbonden zijn kunnen verschillende uitzettingscoëfficiënten bevatten. Bij temperatuursverandering krimpt de ene kant van de strip meer dan de andere kant van de strip. Hierdoor buigt de strip in een bepaalde richting. Deze eigenschap zorgt er voor dat bimetaal gebruikt kan worden in thermostaten.

Bimetalen in de verspaning
Zagen behoort tot de verspanende technieken. Met name voor zaagbladen wordt regelmatig gebruik gemaakt van bimetalen. Hierdoor kan een zaag de gewenste hardheid, slijtvastheid en veerkrachtigheid krijgen. Bimetaal zaagbladen worden toegepast in cirkelzagen, gatzagen en reciprozagen.

Bimetaal is geen legering
Bimetalen zijn geen legeringen. Bimetalen bestaan uit twee afzonderlijke metalen die samen verbonden zijn doormiddel van walsen. Bij legeringen worden twee of meer metalen in elkaar vermengd, meestal onder hoge temperatuur. De verschillende metalen zijn door deze vermenging niet meer te onderscheiden. In de werktuigbouwkunde worden veel meer legeringen toegepast dan bimetalen.

Wat is metallurgie en wat doet een metallurg?

Metallurgie is de bestudering van ertsen, metalen en metaallegeringen waarbij gekeken wordt naar de eigenschappen en de toepassing daarvan in de techniek. Het woord metallurgie is ontleend aan het oud Grieks waar het Griekse woord métallon staat voor “metaal/ erts” en het Griekse woord ergon staat voor “werk”. De Griekse woorden métallon en ergon zijn samengevoegd tot het woord metallurgie. Metallurgie valt onder materiaalkunde. Bij het bestuderen van metalen, legeringen en de ertsen worden de scheikundige en natuurkundige gedragingen ervan beoordeeld. Deze eigenschappen verschillen per metaalsoort en metaallegering. Het is belangrijk dat de eigenschappen van de metalen goed in beeld zijn voordat de metalen worden toegepast in constructies en machines. Wanneer metalen over onvoldoende sterkte, hardheid en elasticiteit beschikken kan dat gevolgen hebben voor de machines en constructies. Een engineer heeft voor het maken van berekeningen voor constructies de juiste gegevens nodig met betrekking tot de mechanische eigenschappen van metalen. Een metallurg brengt deze gegevens in kaart.

Metallurgie in de werktuigbouwkunde
Metallurgie is een belangrijk vakgebied in de werktuigbouwkunde. Naast het beoordelen van de eigenschappen van metalen en metaallegeringen wordt bij metallurgie ook aandacht besteed aan de manier waarop metalen het beste uit ertsen gewonnen kunnen worden. Daarnaast wordt binnen de metallurgie gekeken naar het winnen van metalen uit afval. Hierdoor kunnen metalen effectief worden hergebruikt. Een metallurg bestudeerd en beoordeeld zowel de samenstelling van het materiaal als de toepasbaarheid daarvan in mechanische en elektrotechnische toepassingen. Dit gebeurd van erts tot daadwerkelijk eindproduct. Hieronder is beschreven op welke aspecten een metallurg let wanneer hij of zij metalen en ertsen bestudeerd.

Wat bestudeerd een metallurg?
De meeste constructeurs, engineers en ingenieurs bestuderen constructies en machines op het gebied van vaste en uitneembare verbindingen en de toepassing van metalen platen en profielen. Een metallurg bestudeerd echter de samenstelling van de metalen en legeringen. Hierbij wordt gekeken naar de structuur, samenstelling en samenhang van de metalen op microscopisch niveau. Een metallurg brengt deze eigenschappen goed in beeld door gebruik te maken van verschillende onderzoekstechnieken. De onderzoekstechnieken die worden gebruikt om de structuur van metalen in kaar te brengen vallen onder de metallografie. Een metallurg kijkt onder andere naar de volgende eigenschappen van metalen:

  • Corrosiebestendigheid, dit is de weerstand tegen roest en andere vormen van corrosie.
  • Mechanische eigenschappen, hierbij wordt gekeken naar de treksterkte en de hardheid van metaal.
  • Elektrische eigenschappen, bijvoorbeeld de geleidbaarheid van metaalsoorten.

Door het werk van de metallurg kunnen engineers en ingenieurs de materiaaleigenschappen effectief gebruiken om constructies en machines ontwerpen. Een metallurg verricht als het ware het voorwerk voor ontwerpers die daadwerkelijk de objecten in de werktuigbouwkunde bedenken en uittekenen.