Узнайте, как термическая обработка может применяться ко многим металлическим сплавам для значительного улучшения основных физических свойств, таких как твердость, прочность и обрабатываемость.
Введение
Термическая обработка может применяться ко многим металлическим сплавам для значительного улучшения основных физических свойств (например, твердости, прочности или обрабатываемости).Эти изменения происходят из-за модификации микроструктуры, а иногда и химического состава материала.
Эти обработки включают нагрев металлических сплавов до (обычно) экстремальных температур с последующим охлаждением в контролируемых условиях.Температура, до которой нагревается материал, время, в течение которого он выдерживается при этой температуре, и скорость охлаждения сильно влияют на конечные физические свойства металлического сплава.
В этой статье мы рассмотрели термическую обработку наиболее часто используемых металлических сплавов при обработке с ЧПУ.Описывая влияние этих процессов на свойства конечной детали, эта статья поможет вам выбрать правильный материал для ваших приложений.
Когда применяются тепловые процедуры
Термическая обработка может применяться к металлическим сплавам на протяжении всего производственного процесса.Для деталей, обработанных на станках с ЧПУ, обычно применяется термическая обработка:
Перед обработкой на станке с ЧПУ: когда требуется стандартная марка металлического сплава, который легко доступен, поставщик услуг ЧПУ будет обрабатывать детали непосредственно из этого исходного материала.Часто это лучший вариант для сокращения времени выполнения заказа.
После обработки на станках с ЧПУ: некоторые термообработки значительно повышают твердость материала или используются в качестве чистовой обработки после формовки.В этих случаях термическая обработка применяется после обработки на станках с ЧПУ, так как высокая твердость снижает обрабатываемость материала.Например, это стандартная практика при обработке деталей из инструментальной стали с ЧПУ.
Распространенная термообработка материалов с ЧПУ
Отжиг, снятие напряжения и отпуск
Отжиг, отпуск и снятие напряжений включают нагрев металлического сплава до высокой температуры и последующее медленное охлаждение материала, обычно на воздухе или в печи.Они отличаются температурой, до которой нагревается материал, и порядком в процессе изготовления.
При отжиге металл нагревают до очень высокой температуры, а затем медленно охлаждают для достижения желаемой микроструктуры.Отжиг обычно применяется ко всем металлическим сплавам после формовки и перед какой-либо дальнейшей обработкой для их размягчения и улучшения обрабатываемости.Если другая термообработка не указана, большинство деталей, обработанных на станках с ЧПУ, будут иметь свойства материала в отожженном состоянии.
Снятие напряжения включает нагрев детали до высокой температуры (но ниже, чем отжиг) и обычно используется после обработки на станках с ЧПУ для устранения остаточных напряжений, возникающих в процессе производства.Таким образом производятся детали с более стабильными механическими свойствами.
Отпуск также нагревает деталь при температуре ниже, чем отжиг, и его обычно применяют после закалки (см. следующий раздел) мягких сталей (1045 и А36) и легированных сталей (4140 и 4240) для снижения их хрупкости и улучшения механических характеристик.
Закалка
Закалка включает нагрев металла до очень высокой температуры с последующим быстрым охлаждением, обычно путем погружения материала в масло или воду или воздействия потока холодного воздуха.Быстрое охлаждение «запирает» изменения в микроструктуре материала при нагревании, в результате чего получаются детали с очень высокой твердостью.
Детали обычно закаливают на последнем этапе производственного процесса после обработки на станках с ЧПУ (представьте, что кузнецы окунают свои лезвия в масло), поскольку повышенная твердость затрудняет обработку материала.
Инструментальные стали закаливаются после обработки на станках с ЧПУ для достижения очень высоких свойств поверхностной твердости.Затем можно использовать процесс отпуска для контроля полученной твердости.Например, инструментальная сталь A2 после закалки имеет твердость 63-65 по шкале Роквелла, но может быть отпущена до твердости в диапазоне от 42 до 62 HRC.Закалка продлевает срок службы детали, так как снижает хрупкость (наилучшие результаты достигаются при твердости 56-58 HRC).
Осадочное твердение (старение)
Осаждение или старение — это два термина, которые обычно используются для описания одного и того же процесса.Дисперсионное твердение представляет собой трехэтапный процесс: материал сначала нагревают до высокой температуры, затем закаливают и, наконец, нагревают до более низкой температуры в течение длительного периода времени (старение).Это приводит к тому, что элементы сплава, которые первоначально появляются в виде дискретных частиц различного состава, растворяются и равномерно распределяются в металлической матрице подобно тому, как кристаллы сахара растворяются в воде при нагревании раствора.
После дисперсионного твердения прочность и твердость металлических сплавов резко возрастают.Например, 7075 представляет собой алюминиевый сплав, обычно используемый в аэрокосмической промышленности для изготовления деталей с прочностью на растяжение, сравнимой с нержавеющей сталью, но при этом имеющей менее чем в 3 раза больший вес.
Цементация и науглероживание
Цементная закалка — это семейство термических обработок, в результате которых детали приобретают высокую твердость на поверхности, а нижние материалы остаются мягкими.Это часто предпочтительнее увеличения твердости детали по всему ее объему (например, путем закалки), так как более твердые детали также более хрупкие.
Науглероживание является наиболее распространенной термической обработкой для цементации.Он включает в себя нагрев мягких сталей в среде, богатой углеродом, и последующую закалку детали, чтобы зафиксировать углерод в металлической матрице.Это увеличивает поверхностную твердость сталей таким же образом, как анодирование увеличивает поверхностную твердость алюминиевых сплавов.
Время публикации: 14 февраля 2022 г.