Μάθετε πώς μπορούν να εφαρμοστούν θερμικές επεξεργασίες σε πολλά κράματα μετάλλων για να βελτιώσουν δραστικά τις βασικές φυσικές ιδιότητες όπως η σκληρότητα, η αντοχή και η μηχανική ικανότητα.
Εισαγωγή
Οι θερμικές επεξεργασίες μπορούν να εφαρμοστούν σε πολλά κράματα μετάλλων για να βελτιωθούν δραστικά οι βασικές φυσικές ιδιότητες (για παράδειγμα σκληρότητα, αντοχή ή ικανότητα κατεργασίας).Αυτές οι αλλαγές συμβαίνουν λόγω τροποποιήσεων στη μικροδομή και, μερικές φορές, στη χημική σύνθεση του υλικού.
Αυτές οι επεξεργασίες περιλαμβάνουν τη θέρμανση των μεταλλικών κραμάτων σε (συνήθως) ακραίες θερμοκρασίες, ακολουθούμενη από ένα βήμα ψύξης υπό ελεγχόμενες συνθήκες.Η θερμοκρασία στην οποία θερμαίνεται το υλικό, ο χρόνος που διατηρείται σε αυτή τη θερμοκρασία και ο ρυθμός ψύξης επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό τις τελικές φυσικές ιδιότητες του κράματος μετάλλων.
Σε αυτό το άρθρο, εξετάσαμε τις θερμικές επεξεργασίες που σχετίζονται με τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα κράματα μετάλλων στην κατεργασία CNC.Περιγράφοντας την επίδραση αυτών των διεργασιών στις ιδιότητες του τελικού μέρους, αυτό το άρθρο θα σας βοηθήσει να επιλέξετε το σωστό υλικό για τις εφαρμογές σας.
Πότε εφαρμόζονται θερμικές επεξεργασίες
Οι θερμικές επεξεργασίες μπορούν να εφαρμοστούν σε κράματα μετάλλων σε όλη τη διαδικασία κατασκευής.Για τα κατεργασμένα με CNC εξαρτήματα, συνήθως εφαρμόζονται θερμικές επεξεργασίες είτε:
Πριν από την κατεργασία με CNC: Όταν ζητείται μια τυποποιημένη ποιότητα ενός κράματος μετάλλων που είναι άμεσα διαθέσιμη, ο πάροχος υπηρεσιών CNC θα μηχανουργήσει τα εξαρτήματα απευθείας από αυτό το απόθεμα υλικό.Αυτή είναι συχνά η καλύτερη επιλογή για τη μείωση του χρόνου παράδοσης.
Μετά την κατεργασία CNC: Ορισμένες θερμικές επεξεργασίες αυξάνουν σημαντικά τη σκληρότητα του υλικού ή χρησιμοποιούνται ως στάδιο φινιρίσματος μετά τη διαμόρφωση.Σε αυτές τις περιπτώσεις, η θερμική επεξεργασία εφαρμόζεται μετά από κατεργασία με CNC, καθώς η υψηλή σκληρότητα μειώνει τη δυνατότητα επεξεργασίας ενός υλικού.Για παράδειγμα, αυτή είναι η συνήθης πρακτική κατά την επεξεργασία εξαρτημάτων από χάλυβα εργαλείων CNC.
Συνήθεις θερμικές επεξεργασίες για υλικά CNC
Ανόπτηση, ανακούφιση από το στρες και μετριασμός
Η ανόπτηση, η σκλήρυνση και η ανακούφιση από την πίεση περιλαμβάνουν τη θέρμανση του μεταλλικού κράματος σε υψηλή θερμοκρασία και την επακόλουθη ψύξη του υλικού με αργό ρυθμό, συνήθως στον αέρα ή στο φούρνο.Διαφέρουν ως προς τη θερμοκρασία στην οποία θερμαίνεται το υλικό και στη σειρά κατά τη διαδικασία κατασκευής.
Κατά την ανόπτηση, το μέταλλο θερμαίνεται σε πολύ υψηλή θερμοκρασία και στη συνέχεια ψύχεται αργά για να επιτευχθεί η επιθυμητή μικροδομή.Η ανόπτηση εφαρμόζεται συνήθως σε όλα τα μεταλλικά κράματα μετά το σχηματισμό και πριν από οποιαδήποτε περαιτέρω επεξεργασία για να μαλακώσουν και να βελτιωθεί η μηχανική τους ικανότητα.Εάν δεν προσδιορίζεται άλλη θερμική επεξεργασία, τα περισσότερα εξαρτήματα που έχουν υποστεί μηχανική επεξεργασία CNC θα έχουν τις ιδιότητες υλικού της κατάστασης ανόπτησης.
Η ανακούφιση από τάσεις περιλαμβάνει τη θέρμανση του εξαρτήματος σε υψηλή θερμοκρασία (αλλά χαμηλότερη από την ανόπτηση) και συνήθως χρησιμοποιείται μετά από κατεργασία με CNC, για την εξάλειψη των υπολειμματικών τάσεων που δημιουργούνται από τη διαδικασία κατασκευής.Με αυτόν τον τρόπο παράγονται εξαρτήματα με πιο σταθερές μηχανικές ιδιότητες.
Η σκλήρυνση θερμαίνει επίσης το εξάρτημα σε θερμοκρασία χαμηλότερη από την ανόπτηση και συνήθως χρησιμοποιείται μετά το σβήσιμο (βλ. επόμενη ενότητα) των μαλακών χάλυβων (1045 και A36) και των κραματοποιημένων χάλυβων (4140 και 4240) για τη μείωση της ευθραυστότητάς τους και τη βελτίωση της μηχανικής τους απόδοσης.
Σβήσιμο
Η απόσβεση περιλαμβάνει τη θέρμανση του μετάλλου σε πολύ υψηλή θερμοκρασία, ακολουθούμενη από ένα γρήγορο βήμα ψύξης, συνήθως με εμβάπτιση του υλικού σε λάδι ή νερό ή έκθεση σε ρεύμα ψυχρού αέρα.Η γρήγορη ψύξη «κλειδώνει» τις αλλαγές στη μικροδομή που υφίσταται το υλικό όταν θερμαίνεται, με αποτέλεσμα εξαρτήματα με πολύ υψηλή σκληρότητα.
Τα εξαρτήματα συνήθως σβήνουν ως τελευταίο βήμα στη διαδικασία κατασκευής μετά από κατεργασία με CNC (σκεφτείτε τους σιδηρουργούς να βυθίζουν τις λεπίδες τους σε λάδι), καθώς η αυξημένη σκληρότητα καθιστά το υλικό πιο δύσκολο να επεξεργαστεί.
Οι χάλυβες εργαλείων σβήνονται μετά από κατεργασία με CNC για να επιτύχουν τις πολύ υψηλές επιφανειακές τους ιδιότητες σκληρότητας.Στη συνέχεια, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια διαδικασία σκλήρυνσης για τον έλεγχο της προκύπτουσας σκληρότητας.Για παράδειγμα, ο χάλυβας εργαλείων Α2 έχει σκληρότητα 63-65 Rockwell C μετά το σβήσιμο, αλλά μπορεί να μετριαστεί σε σκληρότητα που κυμαίνεται μεταξύ 42 και 62 HRC.Η σκλήρυνση παρατείνει τη διάρκεια ζωής του εξαρτήματος, καθώς μειώνει την ευθραυστότητα (βέλτιστα αποτελέσματα επιτυγχάνονται για σκληρότητα 56-58 HRC).
Σκλήρυνση με υετό (γήρανση)
Η σκλήρυνση ή η γήρανση λόγω καθίζησης είναι δύο όροι που χρησιμοποιούνται συνήθως για να περιγράψουν την ίδια διαδικασία.Η σκλήρυνση με καθίζηση είναι μια διαδικασία τριών σταδίων: το υλικό θερμαίνεται πρώτα σε υψηλή θερμοκρασία, στη συνέχεια σβήνεται και τέλος θερμαίνεται σε χαμηλότερη θερμοκρασία για μεγάλο χρονικό διάστημα (παλαιωμένο).Αυτό προκαλεί τα στοιχεία του κράματος που αρχικά εμφανίζονται ως διακριτά σωματίδια διαφορετικής σύνθεσης να διαλύονται και να κατανέμονται ομοιόμορφα στη μεταλλική μήτρα, με παρόμοιο τρόπο που ο κρύσταλλος της ζάχαρης διαλύεται στο νερό όταν το διάλυμα θερμαίνεται.
Μετά τη σκλήρυνση με καθίζηση, η αντοχή και η σκληρότητα των μεταλλικών κραμάτων αυξάνονται δραστικά.Για παράδειγμα, το 7075 είναι ένα κράμα αλουμινίου, που χρησιμοποιείται συνήθως στην αεροδιαστημική βιομηχανία, για την κατασκευή εξαρτημάτων αντοχής σε εφελκυσμό συγκρίσιμα με τον ανοξείδωτο χάλυβα, ενώ έχει λιγότερο από 3 φορές το βάρος.
Κάσα σκλήρυνση & ενανθράκωση
Η σκλήρυνση θήκης είναι μια οικογένεια θερμικών επεξεργασιών που έχουν ως αποτέλεσμα μέρη με υψηλή σκληρότητα στην επιφάνειά τους, ενώ τα υπογραμμισμένα υλικά παραμένουν μαλακά.Αυτό συχνά προτιμάται από την αύξηση της σκληρότητας του εξαρτήματος σε όλο τον όγκο του (για παράδειγμα, με σβήσιμο), καθώς τα σκληρότερα μέρη είναι επίσης πιο εύθραυστα.
Η ενανθράκωση είναι η πιο κοινή θερμική επεξεργασία με σκλήρυνση θήκης.Περιλαμβάνει τη θέρμανση ήπιων χάλυβων σε περιβάλλον πλούσιο σε άνθρακα και την επακόλουθη απόσβεση του εξαρτήματος για να κλειδώσει ο άνθρακας στη μεταλλική μήτρα.Αυτό αυξάνει την επιφανειακή σκληρότητα των χάλυβα με παρόμοιο τρόπο που η ανοδίωση αυξάνει την επιφανειακή σκληρότητα των κραμάτων αλουμινίου.
Ώρα δημοσίευσης: Φεβ-14-2022