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, a czasem ze zmian w składzie chemicznym materiału.
Obróbki te obejmują ogrzewanie stopu metalu do (zwykle) ekstremalnych temperatur, a następnie chłodzenie w kontrolowanych warunkach.Temperatura, do której materiał jest nagrzewany, czas utrzymania temperatury i szybkość chłodzenia mają duży wpływ na końcowe właściwości fizyczne stopu metalu.
W niniejszym artykule dokonujemy przeglądu obróbki cieplnej związanej z najczęściej stosowanymi stopami metali w obróbce CNC.Opisując wpływ tych procesów na końcowe właściwości części, ten artykuł pomoże Ci wybrać odpowiedni materiał do Twojego zastosowania.
Kiedy zostanie przeprowadzona obróbka cieplna?
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 jest dostarczenie gotowych, standardowych stopów 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 wykańczające po formowaniu.W tych przypadkach obróbka cieplna wykonywana jest po obróbce CNC, ponieważ duża twardość zmniejsza skrawalność materiału.Na przykład jest to standardowa praktyka podczas 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 temperaturą nagrzewania materiału oraz kolejnością procesu produkcyjnego.
Podczas wyżarzania metal jest podgrzewany do bardzo wysokiej temperatury, a następnie powoli schładzany do uzyskania pożądanej mikrostruktury.Wyżarzanie jest zwykle stosowane do wszystkich stopów metali po formowaniu i przed dalszą obróbką w celu ich zmiękczenia i poprawy ich urabialności.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 w procesie produkcyjnym.W ten sposób można uzyskać części o bardziej spójnych właściwościach mechanicznych.
Odpuszczanie powoduje również nagrzewanie części w temperaturze niższej niż temperatura wyżarzania.Stosuje się go zwykle po hartowaniu stali niskowęglowej (1045 i A36) oraz stopowej (4140 i 4240) w celu zmniejszenia jej kruchości i poprawy właściwości mechanicznych.
ugasić
Hartowanie polega na podgrzaniu metalu do bardzo wysokiej temperatury, a następnie szybkim schłodzeniu, zwykle przez zanurzenie materiału w oleju lub wodzie lub wystawienie go na działanie strumienia zimnego powietrza.Szybkie chłodzenie „blokuje” zmiany mikrostruktury zachodzące podczas podgrzewania materiału, co skutkuje wyjątkowo dużą twardością części.
Części są zwykle hartowane po obróbce CNC jako ostatni etap procesu produkcyjnego (pomyśl o zanurzeniu ostrza w oleju przez kowala), ponieważ wzrost twardości utrudnia obróbkę materiału.
Stale narzędziowe są hartowane po obróbce CNC w celu uzyskania wyjątkowo wysokiej twardości powierzchni.Uzyskaną twardość można następnie kontrolować za pomocą procesu odpuszczania.Na przykład twardość stali narzędziowej A2 po hartowaniu wynosi 63-65 Rockwell C, ale można ją odpuszczać do twardości w zakresie 42-62 HRC.Odpuszczanie może przedłużyć żywotność części, ponieważ odpuszczanie może zmniejszyć kruchość (najlepsze wyniki można uzyskać, gdy twardość wynosi 56-58 HRC).
Utwardzanie wydzieleniowe (starzenie)
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 końcu podgrzewany do niskiej temperatury (starzenie) przez długi czas.Prowadzi to do rozpuszczenia i równomiernego rozkładu pierwiastków stopowych początkowo w postaci odrębnych cząstek o różnym składzie w metalowej osnowie, tak jak kryształy cukru rozpuszczają się w wodzie po podgrzaniu roztworu.
Po utwardzeniu wydzieleniowym gwałtownie wzrasta wytrzymałość i twardość stopu metalu.Na przykład 7075 to stop aluminium, który jest zwykle używany w przemyśle lotniczym do produkcji części o wytrzymałości na rozciąganie równej wytrzymałości 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
Utwardzanie powierzchniowe to seria obróbki cieplnej, dzięki której powierzchnia części ma wysoką twardość, a podkład pozostaje miękki.Jest to generalnie lepsze niż zwiększanie twardości części w całej objętości (np. przez hartowanie), ponieważ twardsza część jest również bardziej krucha.
Nawęglanie jest najczęstszą obróbką cieplną przez nawęglanie.Polega na podgrzewaniu stali niskowęglowej w środowisku bogatym w węgiel, a następnie hartowaniu części w celu zablokowania węgla w metalowej osnowie.Zwiększa to twardość powierzchni stali, podobnie jak anodowanie zwiększa twardość powierzchni stopu aluminium.
Jak określić obróbkę cieplną w zamówieniu:
Składając zamówienie CNC, możesz zamówić obróbkę cieplną na trzy sposoby:
Referencyjne standardy produkcyjne: wiele rodzajów obróbki cieplnej jest znormalizowanych i szeroko stosowanych.Na przykład wskaźniki T6 w stopach aluminium (6061-T6, 7075-T6 itp.) wskazują, że materiał został utwardzony wydzieleniowo.
Określ wymaganą twardość: Jest to powszechna metoda określania obróbki cieplnej i hartowania powierzchni stali narzędziowej.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 konkretną 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. Stopy utwardzane wydzieleniowo (takie jak Al 6061-T6, Al 7075-T6 i SS 17-4) są wybierane 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 wykonuje się tylko utwardzanie powierzchniowe (nawęglanie) w celu zwiększenia twardości.
