Naučite kako se toplinska obrada može primijeniti na mnoge metalne legure za drastično poboljšanje ključnih fizičkih svojstava poput tvrdoće, čvrstoće i obradivosti.
Uvod
Toplinska obrada može se primijeniti na mnoge metalne legure kako bi se drastično poboljšala ključna fizikalna svojstva (na primjer tvrdoća, čvrstoća ili obradivost).Te se promjene događaju zbog modifikacija mikrostrukture, a ponekad i kemijskog sastava materijala.
Ti tretmani uključuju zagrijavanje metalnih legura do (obično) ekstremnih temperatura, nakon čega slijedi korak hlađenja u kontroliranim uvjetima.Temperatura na koju se materijal zagrijava, vrijeme držanja na toj temperaturi i brzina hlađenja uvelike utječu na konačna fizikalna svojstva metalne legure.
U ovom smo članku pregledali toplinske obrade koje su relevantne za najčešće korištene metalne legure u CNC obradi.Opisujući učinak ovih procesa na svojstva završnog dijela, ovaj će vam članak pomoći da odaberete pravi materijal za svoje primjene.
Kada se primjenjuju toplinske obrade
Toplinska obrada može se primijeniti na metalne legure tijekom cijelog procesa proizvodnje.Za CNC strojno obrađene dijelove toplinska obrada se obično primjenjuje:
Prije CNC strojne obrade: Kada se traži standardizirani stupanj metalne legure koja je lako dostupna, pružatelj usluga CNC-a će strojno izraditi dijelove izravno iz tog osnovnog materijala.Ovo je često najbolja opcija za smanjenje vremena isporuke.
Nakon CNC strojne obrade: Neki toplinski tretmani značajno povećavaju tvrdoću materijala ili se koriste kao završni korak nakon oblikovanja.U tim slučajevima, toplinska obrada se primjenjuje nakon CNC obrade, jer visoka tvrdoća smanjuje obradivost materijala.Na primjer, ovo je standardna praksa kod CNC obrade čeličnih dijelova alata.
Uobičajene toplinske obrade CNC materijala
Žarenje, otklanjanje naprezanja i kaljenje
Žarenje, kaljenje i smanjenje naprezanja uključuju zagrijavanje metalne legure na visoku temperaturu i naknadno hlađenje materijala sporom brzinom, obično na zraku ili u pećnici.Razlikuju se po temperaturi na koju se materijal zagrijava i redoslijedu u procesu izrade.
Kod žarenja se metal zagrijava na vrlo visoku temperaturu, a zatim polako hladi kako bi se postigla željena mikrostruktura.Žarenje se obično primjenjuje na sve metalne legure nakon oblikovanja i prije bilo kakve daljnje obrade kako bi se omekšale i poboljšala njihova obradivost.Ako nije navedena druga toplinska obrada, većina CNC strojno obrađenih dijelova imat će svojstva materijala žarenog stanja.
Ublažavanje naprezanja uključuje zagrijavanje dijela na visoku temperaturu (ali nižu od žarenja) i obično se koristi nakon CNC strojne obrade, kako bi se uklonila zaostala naprezanja koja nastaju u procesu proizvodnje.Na taj način se proizvode dijelovi s dosljednijim mehaničkim svojstvima.
Kaljenje također zagrijava dio na temperaturi nižoj od žarenja, a obično se koristi nakon kaljenja (vidi sljedeći odjeljak) mekih čelika (1045 i A36) i legiranih čelika (4140 i 4240) kako bi se smanjila njihova krtost i poboljšala njihova mehanička izvedba.
Kaljenje
Kaljenje uključuje zagrijavanje metala na vrlo visoku temperaturu, nakon čega slijedi korak brzog hlađenja, obično uranjanjem materijala u ulje ili vodu ili izlaganjem struji hladnog zraka.Brzo hlađenje "zaključava" promjene u mikrostrukturi koje materijal doživljava kada se zagrijava, što rezultira dijelovima s vrlo visokom tvrdoćom.
Dijelovi se obično kale kao završni korak u procesu proizvodnje nakon CNC strojne obrade (zamislite kovače koji umaču svoje oštrice u ulje), budući da povećana tvrdoća otežava obradu materijala.
Alatni čelici se kale nakon CNC obrade kako bi se postigla njihova vrlo visoka površinska tvrdoća.Zatim se može koristiti postupak kaljenja za kontrolu rezultirajuće tvrdoće.Na primjer, alatni čelik A2 ima tvrdoću od 63-65 Rockwell C nakon kaljenja, ali se može poboljšati na tvrdoću u rasponu od 42 do 62 HRC.Kaljenje produljuje radni vijek dijela, jer smanjuje krtost (najbolji rezultati postižu se za tvrdoću od 56-58 HRC).
Precipitacijsko otvrdnjavanje (starenje)
Precipitacijsko otvrdnjavanje ili starenje su dva pojma koja se obično koriste za opisivanje istog procesa.Precipitacijsko otvrdnjavanje je proces u tri koraka: materijal se prvo zagrijava na visoku temperaturu, zatim se kali i konačno zagrijava na nižu temperaturu kroz dulje vrijeme (stari).To uzrokuje da se elementi legure koji se u početku pojavljuju kao diskretne čestice različitog sastava otope i ravnomjerno rasporede u metalnoj matrici, na sličan način na koji se kristal šećera otapa u vodi kada se otopina zagrijava.
Nakon precipitacijskog otvrdnjavanja čvrstoća i tvrdoća metalnih legura drastično se povećava.Na primjer, 7075 je legura aluminija, koja se obično koristi u zrakoplovnoj industriji, za proizvodnju dijelova vlačne čvrstoće usporedive s nehrđajućim čelikom, dok imaju manje od 3 puta veću težinu.
Kaljenje i naugljičavanje
Kaljenje je obitelj toplinskih obrada koje rezultiraju dijelovima s visokom tvrdoćom na površini, dok podcrtani materijali ostaju mekani.To se često preferira u odnosu na povećanje tvrdoće dijela u cijelom njegovom volumenu (na primjer, kaljenjem), budući da su tvrđi dijelovi također lomljiviji.
Naugljičavanje je najčešća toplinska obrada za kaljenje.To uključuje zagrijavanje mekih čelika u okruženju bogatom ugljikom i naknadno kaljenje dijela kako bi se ugljik zaključao u metalnoj matrici.To povećava površinsku tvrdoću čelika na sličan način na koji eloksiranje povećava površinsku tvrdoću aluminijskih legura.
Vrijeme objave: 14. veljače 2022