Термическая обработка деталей для ЧПУ

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 изменений микроструктуры, а иногда и химического состава материала.

Эти виды обработки включают нагрев металлических сплавов до (обычно) экстремальных температур с последующим этапом охлаждения в контролируемых условиях. Температура, до которой нагревается материал, время выдержки при этой температуре и скорость охлаждения - все это сильно влияет на конечные физические свойства металлического сплава.

В этой статье мы рассмотрели термическую обработку, которая актуальна для наиболее часто используемых металлических сплавов.

Когда применяются термические обработки

Термическая обработка может применяться к металлическим сплавам на протяжении всего производственного процесса. Для деталей, обработанных на станках на ЧПУ, термическая обработка обычно применяется либо:

Перед обработкой на ЧПУ: когда требуется стандартизированный сорт металлического сплава, который легко можно купить. Часто это лучший вариант для сокращения времени выполнения заказа.

После обработки на ЧПУ: некоторые виды термообработки значительно увеличивают твердость материала или используются в качестве чистового этапа после формовки. В этих случаях термическая обработка применяется после обработки на ЧПУ, поскольку высокая твердость снижает обрабатываемость материала. Например, это стандартная практика при обработке деталей из инструментальной стали.

Обычная термообработка материалов

Отжиг, снятие напряжений и отпуск

Отжиг, отпуск и снятие напряжений - все это включает нагрев металлического сплава до высокой температуры и последующее медленное охлаждение материала , обычно на воздухе или в печи. Они различаются температурой, до которой нагревается материал, и порядком в производственном процессе.

При отжиге металл нагревается до очень высокой температуры, а затем медленно охлаждается для достижения желаемой микроструктуры. Отжиг обычно применяется ко всем металлическим сплавам после формования и перед любой дальнейшей обработкой, чтобы смягчить их и улучшить их обрабатываемость. Если другая термообработка не указана, большинство деталей, обработанных на станках, будут иметь свойства материала отожженного состояния.

Снятие напряжений включает в себя нагрев детали до высокой температуры (но ниже, чем отжиг) и обычно применяется после обработки на ЧПУ для устранения остаточных напряжений, возникающих в процессе производства. Таким образом получаются детали с более стабильными механическими свойствами.

Отпуск также нагревает деталь при температуре ниже, чем отжиг, и обычно его применяют после закалки мягких сталей и легированных сталей для уменьшения их хрупкости и улучшения их механических характеристик.

Закалка

Закалка включает нагрев металла до очень высокой температуры с последующим этапом быстрого охлаждения , обычно путем погружения материала в масло или воду или воздействия потока холодного воздуха. Быстрое охлаждение "фиксирует" изменения микроструктуры материала при нагревании, в результате чего получаются детали с очень высокой твердостью.

Детали обычно закаливаются на заключительном этапе производственного процесса после обработки на ЧПУ (представьте кузнецов, окунающих свои лезвия в масло), поскольку повышенная твердость затрудняет обработку материала.

После обработки на станках инструментальные стали закаливаются для достижения очень высоких свойств твердости поверхности. Затем можно использовать процесс отпуска для контроля получаемой твердости. Например, инструментальная сталь имеет твердость 63-65 C по шкале Роквелла после закалки, но может быть подвергнута отпуску до твердости в диапазоне от 42 до 62 HRC. Закалка продлевает срок службы детали, так как снижает хрупкость ( лучшие результаты достигаются при твердости 56-58 HRC).

Старение

Старение - это трехэтапный процесс: сначала материал нагревается до высокой температуры, затем закаливается и, наконец, нагревается до более низкой температуры в течение длительного периода времени (выдерживается). Это приводит к тому, что элементы сплава, которые изначально выглядят как дискретные частицы разного 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 .

Не все металлы можно подвергать термической обработке с помощью этого метода, но совместимые материалы считаются суперсплавами и подходят для высокопроизводительных деталей. Наиболее распространенные дисперсионно-твердеющие сплавы, используемые в ЧПУ, приведены ниже:

Поверхностная закалка и цементация

Цементная закалка - это семейство термических обработок, в результате которых поверхность деталей приобретает высокую твердость , в то время как основные материалы остаются мягкими. Это лучше простого увеличения твердости детали по всему ее объему (например, закалкой), поскольку более твердые детали также более хрупкие.

Науглероживание - это наиболее распространенная термообработка для цементации. Он включает нагрев мягких сталей в среде, богатой углеродом, и последующую закалку детали для закрепления углерода в металлической матрице. Это увеличивает поверхностную твердость сталей аналогично тому, как анодирование увеличивает поверхностную твердость алюминиевых сплавов.

Как указать термообработку в чертеже

Когда вы размещаете заказ на ЧПУ, есть три способа запросить термообработку:

Дайте ссылку на производственный стандарт: многие виды термообработки стандартизированы и широко используются.

Укажите требуемую твердость: это распространенный метод определения термической обработки для инструментальных сталей и цементной закалки. Это укажет производителю на термообработку, которую он должен выполнить после обработки на ЧПУ. Например, для инструментальной стали обычно требуется твердость 56-58 HRC.

Укажите цикл термообработки: когда известны особенности требуемой термообработки, их можно сообщить поставщику при размещении заказа.