Zjistěte, jak lze tepelné zpracování aplikovat na mnoho kovových slitin za účelem drastického zlepšení klíčových fyzikálních vlastností, jako je tvrdost, pevnost a obrobitelnost.
Úvod
Tepelné zpracování lze aplikovat na mnoho kovových slitin, aby se výrazně zlepšily klíčové fyzikální vlastnosti (například tvrdost, pevnost nebo obrobitelnost).K těmto změnám dochází v důsledku změn mikrostruktury a někdy i chemického složení materiálu.
Tyto úpravy zahrnují zahřívání kovových slitin na (obvykle) extrémní teploty, po kterém následuje krok chlazení za kontrolovaných podmínek.Teplota, na kterou se materiál zahřeje, doba, po kterou se udržuje na této teplotě, a rychlost ochlazování, to vše výrazně ovlivňuje konečné fyzikální vlastnosti kovové slitiny.
V tomto článku jsme zhodnotili tepelná zpracování, která jsou relevantní pro nejběžněji používané kovové slitiny v CNC obrábění.Popisem vlivu těchto procesů na vlastnosti finálního dílu vám tento článek pomůže vybrat ten správný materiál pro vaše aplikace.
Kdy se aplikují tepelné úpravy
Tepelné zpracování lze aplikovat na kovové slitiny v průběhu celého výrobního procesu.U CNC obráběných dílů se tepelné zpracování obvykle používá buď:
Před CNC obráběním: Když je požadována standardizovaná třída kovové slitiny, která je snadno dostupná, poskytovatel CNC služeb obrobí díly přímo z tohoto skladového materiálu.Toto je často nejlepší volba pro zkrácení dodacích lhůt.
Po CNC obrábění: Některé tepelné úpravy výrazně zvyšují tvrdost materiálu nebo se používají jako dokončovací krok po tváření.V těchto případech se tepelné zpracování aplikuje po CNC obrábění, protože vysoká tvrdost snižuje obrobitelnost materiálu.To je například standardní praxe při CNC obrábění nástrojových ocelových dílů.
Běžné tepelné zpracování pro CNC materiály
Žíhání, odbourávání stresu a temperování
Žíhání, temperování a odstraňování pnutí, to vše zahrnuje zahřátí kovové slitiny na vysokou teplotu a následné ochlazování materiálu pomalou rychlostí, obvykle na vzduchu nebo v peci.Liší se teplotou, na kterou se materiál zahřívá, a pořadím ve výrobním procesu.
Při žíhání se kov zahřeje na velmi vysokou teplotu a poté se pomalu ochladí, aby se dosáhlo požadované mikrostruktury.Žíhání se obvykle aplikuje na všechny kovové slitiny po tváření a před jakýmkoli dalším zpracováním, aby došlo k jejich změkčení a zlepšení jejich obrobitelnosti.Pokud není specifikováno jiné tepelné zpracování, většina CNC obráběných dílů bude mít materiálové vlastnosti žíhaného stavu.
Odlehčení pnutí zahrnuje zahřátí součásti na vysokou teplotu (ale nižší než žíhání) a obvykle se používá po CNC obrábění, aby se odstranilo zbytkové pnutí vznikající při výrobním procesu.Tímto způsobem jsou vyráběny díly s konzistentnějšími mechanickými vlastnostmi.
Popouštění také zahřívá součást na teplotu nižší než žíhání a obvykle se používá po kalení (viz další část) měkkých ocelí (1045 a A36) a legovaných ocelí (4140 a 4240), aby se snížila jejich křehkost a zlepšila se jejich mechanická výkonnost.
Kalení
Kalení zahrnuje zahřátí kovu na velmi vysokou teplotu, po kterém následuje krok rychlého ochlazení, obvykle ponořením materiálu do oleje nebo vody nebo vystavením proudu chladného vzduchu.Rychlé ochlazení „uzamkne“ změny v mikrostruktuře materiálu při zahřívání, což má za následek díly s velmi vysokou tvrdostí.
Díly se obvykle kalí jako poslední krok ve výrobním procesu po CNC obrábění (vzpomeňte si na kováře, kteří namáčejí čepele do oleje), protože zvýšená tvrdost ztěžuje obrábění materiálu.
Nástrojové oceli jsou po CNC obrábění kaleny, aby se dosáhlo jejich velmi vysokých vlastností povrchové tvrdosti.Ke kontrole výsledné tvrdosti pak může být použit popouštěcí proces.Například nástrojová ocel A2 má po kalení tvrdost 63-65 Rockwell C, ale může být popuštěna na tvrdost v rozmezí 42 až 62 HRC.Popouštění prodlužuje životnost dílu, protože snižuje křehkost (nejlepších výsledků se dosahuje při tvrdosti 56-58 HRC).
Srážkové kalení (stárnutí)
Precipitační kalení nebo stárnutí jsou dva termíny, které se běžně používají k popisu stejného procesu.Precipitační kalení je třístupňový proces: materiál se nejprve zahřeje na vysokou teplotu, poté se ochladí a nakonec se zahřívá na nižší teplotu po dlouhou dobu (stárne).To způsobuje, že prvky slitiny, které se zpočátku jeví jako samostatné částice různého složení, se rozpouštějí a rovnoměrně distribuují v kovové matrici podobným způsobem, jako se krystaly cukru rozpouštějí ve vodě, když se roztok zahřeje.
Po precipitačním vytvrzení se pevnost a tvrdost kovových slitin drasticky zvýší.Například 7075 je hliníková slitina, běžně používaná v leteckém průmyslu, k výrobě dílů s pevností v tahu srovnatelnou s nerezovou ocelí, přičemž mají méně než 3násobnou hmotnost.
Cementování a nauhličování
Cementování je skupina tepelných úprav, jejichž výsledkem jsou díly s vysokou tvrdostí na jejich povrchu, zatímco podkladové materiály zůstávají měkké.To je často preferováno před zvýšením tvrdosti součásti v celém jejím objemu (například kalením), protože tvrdší součásti jsou také křehčí.
Nauhličování je nejběžnější cementační tepelné zpracování.Zahrnuje zahřívání měkkých ocelí v prostředí bohatém na uhlík a následné kalení součásti k uzamčení uhlíku v kovové matrici.Tím se zvyšuje povrchová tvrdost ocelí podobným způsobem, jakým eloxování zvyšuje povrchovou tvrdost hliníkových slitin.
Čas odeslání: 14. února 2022