Obróbkę cieplną można zastosować do wielu stopów metali, aby znacznie poprawić kluczowe właściwości fizyczne, takie jak twardość, wytrzymałość lub skrawalność.Zmiany te wynikają ze zmian w mikrostrukturze, czasami ze zmian w składzie chemicznym materiału.
Obróbki te obejmują podgrzewanie stopów metali do (zwykle) ekstremalnych temperatur, a następnie chłodzenie ich w kontrolowanych warunkach.Temperatura, do której materiał jest podgrzewany, czas utrzymania temperatury i szybkość chłodzenia mają duży wpływ na końcowe właściwości fizyczne stopu metalu.
W artykule dokonano przeglądu obróbki cieplnej stopów metali najczęściej stosowanych w obróbce CNC.Opisując wpływ tych procesów na końcowe właściwości części, ten artykuł pomoże Ci wybrać odpowiednie materiały do Twojego zastosowania.
Kiedy przeprowadzić obróbkę cieplną?
Obróbkę cieplną można stosować do stopów metali w całym procesie produkcyjnym.W przypadku części obrabianych CNC obróbka cieplna ma ogólne zastosowanie do:
Przed obróbką CNC: Gdy wymagane są gotowe standardowe stopy metali, dostawcy usług CNC będą bezpośrednio przetwarzać części z materiałów magazynowych.Zwykle jest to najlepszy wybór, aby skrócić czas realizacji.
Po obróbce CNC: Niektóre obróbki cieplne znacznie zwiększają twardość materiału lub są stosowane jako etapy wykańczania po formowaniu.W tych przypadkach obróbka cieplna jest przeprowadzana po obróbce CNC, ponieważ wysoka twardość zmniejszy skrawalność materiałów.Jest to na przykład standardowa praktyka obróbki części stalowych narzędziowych CNC.
Wspólna obróbka cieplna materiałów CNC: wyżarzanie, odprężanie i odpuszczanie
Wyżarzanie, odpuszczanie i odprężanie obejmują podgrzewanie stopu metalu do wysokiej temperatury, a następnie powolne chłodzenie materiału, zwykle na powietrzu lub w piecu.Różnią się one temperaturą nagrzewania materiału oraz kolejnością jego wytwarzania.
Podczas procesu wyżarzania metal jest podgrzewany do bardzo wysokiej temperatury, a następnie powoli schładzany w celu uzyskania pożądanej mikrostruktury.Wyżarzanie jest zwykle stosowane do wszystkich stopów metali po formowaniu i przed dalszą obróbką w celu ich zmiękczenia i poprawy ich skrawalności.Jeśli nie określono żadnej innej obróbki cieplnej, większość części obrabianych CNC będzie miała właściwości materiałowe w stanie wyżarzonym.
Odprężanie obejmuje podgrzewanie części do wysokiej temperatury (ale niższej niż wyżarzanie), które jest zwykle stosowane po obróbce CNC w celu wyeliminowania naprężeń szczątkowych generowanych podczas produkcji.W ten sposób można wytwarzać części o bardziej spójnych właściwościach mechanicznych.
Odpuszczanie powoduje również nagrzewanie części w temperaturze niższej od temperatury wyżarzania, stosowanej zwykle po hartowaniu stali niskowęglowej (1045 i A36) oraz stopowej (4140 i 4240) w celu zmniejszenia ich kruchości i poprawy właściwości mechanicznych.
ugasić
Hartowanie polega na podgrzaniu metalu do bardzo wysokiej temperatury, a następnie jego szybkim schłodzeniu, zwykle poprzez zanurzenie materiału w oleju lub wodzie lub wystawienie go na działanie strumienia zimnego powietrza.Szybkie chłodzenie „blokuje” zmiany mikrostruktury zachodzące podczas podgrzewania materiałów, co skutkuje wyjątkowo wysoką twardością części.
Części są zwykle hartowane jako ostatni etap procesu produkcyjnego po obróbce CNC (pomyśl o kowalu zanurzającym ostrze w oleju), ponieważ wzrost twardości utrudnia obróbkę materiału.
Stal narzędziowa jest hartowana po obróbce CNC w celu uzyskania wyjątkowo wysokiej twardości powierzchni.Uzyskaną twardość można następnie kontrolować za pomocą procesu odpuszczania.Na przykład stal narzędziowa A2 ma twardość 63-65 Rockwell C po hartowaniu, ale może być odpuszczana do twardości w zakresie 42-62 HRC.Odpuszczanie może przedłużyć żywotność części, ponieważ odpuszczanie może zmniejszyć kruchość (najlepszy wynik można uzyskać, gdy twardość wynosi 56-58 HRC).
Utwardzanie wydzieleniowe
Utwardzanie lub starzenie w wyniku wytrącania to dwa terminy powszechnie używane do opisu tego samego procesu.Utwardzanie wydzieleniowe jest procesem trójetapowym: najpierw materiał jest podgrzewany do wysokiej temperatury, następnie hartowany, a na koniec podgrzewany do niskiej temperatury przez długi czas (starzenie).Prowadzi to do rozpuszczania pierwiastków stopowych w postaci dyskretnych cząstek różnych składników i ich równomiernego rozmieszczenia w metalowej osnowie, podobnie jak kryształki cukru rozpuszczają się w wodzie podczas ogrzewania roztworu.
Po utwardzeniu wydzieleniowym wytrzymałość i twardość stopów metali gwałtownie wzrasta.Na przykład 7075 to stop aluminium, który jest zwykle używany w przemyśle lotniczym do produkcji części o wytrzymałości na rozciąganie równej stali nierdzewnej, a jego waga jest mniejsza niż 3 razy.Poniższa tabela ilustruje efekt utwardzania wydzieleniowego aluminium 7075:
Nie wszystkie metale można poddawać obróbce cieplnej w ten sposób, ale kompatybilne materiały są uważane za superstopy i nadają się do zastosowań o bardzo wysokiej wydajności.Najpopularniejsze stopy utwardzane wydzieleniowo stosowane w CNC są podsumowane w następujący sposób:
Hartowanie i nawęglanie
Hartowanie powierzchniowe to seria obróbki cieplnej, dzięki której powierzchnia części ma wysoką twardość, a podkreślony materiał pozostaje miękki.Zwykle jest to korzystniejsze niż zwiększanie twardości części w całej objętości (np. przez hartowanie), ponieważ twardsze części są również bardziej kruche.
Nawęglanie jest najczęstszą obróbką cieplną przez nawęglanie.Obejmuje podgrzewanie stali niskowęglowej w środowisku bogatym w węgiel, a następnie hartowanie części w celu zablokowania węgla w metalowej osnowie.Zwiększa to twardość powierzchni stali, podobnie jak anodowanie zwiększa twardość powierzchni stopów aluminium.
Jak określić obróbkę cieplną w zamówieniu:
Składając zamówienie CNC, możesz zamówić obróbkę cieplną na trzy sposoby:
Zapoznaj się ze standardami produkcyjnymi: wiele rodzajów obróbki cieplnej jest znormalizowanych i szeroko stosowanych.Na przykład wskaźniki T6 w stopach aluminium (6061-T6, 7075-T6 itp.) Wskazują, że materiał utwardził się wydzieleniowo.
Określ wymaganą twardość: Jest to powszechna metoda określania obróbki cieplnej i nawęglania stali narzędziowych.To wyjaśni producentowi obróbkę cieplną wymaganą po obróbce CNC.Na przykład w przypadku stali narzędziowej D2 zwykle wymagana jest twardość 56-58 HRC.
Określ cykl obróbki cieplnej: gdy znane są szczegóły wymaganej obróbki cieplnej, szczegóły te można przekazać dostawcy podczas składania zamówienia.Pozwala to na specjalną modyfikację właściwości materiału aplikacji.Oczywiście wymaga to zaawansowanej wiedzy metalurgicznej.
Praktyczna zasada
1. Możesz określić obróbkę cieplną w zleceniu obróbki CNC, odnosząc się do konkretnych materiałów, podając wymagania dotyczące twardości lub opisując cykl obróbki.
2. Wybierz stopy utwardzane wydzieleniowo (takie jak Al 6061-T6, Al 7075-T6 i SS 17-4) do najbardziej wymagających zastosowań, ponieważ mają bardzo wysoką wytrzymałość i twardość.
3. Gdy konieczne jest poprawienie twardości w całej objętości części, preferowane jest hartowanie, a na powierzchni części przeprowadza się tylko utwardzanie powierzchniowe (nawęglanie) w celu zwiększenia twardości.
