Как термическая обработка повышает производительность и долговечность металлов

ЧНУ-обработка — это вычитающий производственный процесс, использующий режущие инструменты для удаления материала из твердого блока, раскрывая форму конечной детали. Чтобы сделать процесс обработки легче и создать превосходную конечную деталь, используемые металлы должны быть обрабатываемыми. Также материаловые свойства металлической детали могут быть улучшены после завершения процесса обработки. Вот тут и приходят на помощь термические обработки. Вот всё, что вам нужно знать о том, как термически обрабатывать металл и самые важные выгоды термических обработок.

Процесс термической обработки

Процессы термической обработки включают нагрев металла до изменения его микроструктуры и затем удержание металла в этом состоянии (пропуск/soaking) перед охлаждением для закалки материала. Как долго вы пропускаете металл зависит от того, какой процесс термической обработки вы используете, какой металл используете и размер вашей детали. Чем дольше время пропуска, тем больше изменений микроструктуры, что повлияет на механические свойства металла.

Скорость охлаждения и окружающие условия также могут изменить структуру и свойства металла. В то время как рассол охлаждает металлы быстрее всего, можно также использовать масло, воду, принудительный воздух или печи.

Термические обработки могут применяться на протяжении всего производственного процесса, придавая деталям их начальные, промежуточные или конечные свойства. При ЧНУ-обработке деталей вы можете применить термическую обработку перед началом процесса обработки, так как это может сократить лид-таймы и сделать металл более обрабатываемым. В других случаях вы можете применить термические обработки к металлу после обработки, чтобы сделать его тверже и более долговечным.

Частые термические обработки для ЧНУ

Отжиг (Annealing)

Проводится для снижения твердости металла и увеличения его вязкости, процесс отжига включает нагрев и пропуск металла при критической температуре перед охлаждением. Это помогает снять внутренние напряжения и делает металл менее склонным к поломке или трещинам во время обработки. Можно использовать несколько техник отжига, таких как полный отжиг, рекристаллизационный отжиг, частичный отжиг и финальный отжиг для достижения желаемых конечных свойств.

Нормализация — еще одна техника отжига, включающая нагрев металла и последующее охлаждение при комнатной температуре со значительно более высокой скоростью, чем типичный отжиг. Как только металл достигает 40 °C выше своей верхней критической температуры, он будет пропущен перед охлаждением на воздухе. Нормализация снимает внутреннее напряжение, вызванное закалкой, литьем или сваркой, для предотвращения отказа металла, что укрепляет металл и производит мелкие, уточненные и единоразмерные ферритные зерна.

Цементация (Case hardening)

Чтобы закалить внешнюю часть детали без изменения ее интерьера, можно использовать процесс цементации. Цементация, также известная как поверхностная закалка или закалка грани, создает менее хрупкие, более обрабатываемые детали, чем другие методы, увеличивающие твердость по всему металлу. Одна форма цементации включает нагрев вашего металла в углеродообогащенной среде (цементация), так как это увеличивает прочность и углеродистость поверхности металла.

Выделенное закалка (Precipitation hardening)

Выделенное закалка или старение создает прочные и легкие металлы, делая его популярным выбором для термической обработки компонентов для аэрокосмической отрасли. Если у вас есть вязкий металл, вы можете нагреть его до высокой температуры, закалить и нагреть до более низкой температуры на длительный период для равномерного распределения выделений по зерновой структуре металла и увеличения его прочности и твердости.

Снятие напряжений (Stress relieving)

ЧНУ-обработка, формовка, прокатка и выпрямление могут все вызывать накопление напряжений внутри деталей, что может ослабить их и снизить их общее качество. Снятие напряжений удалит остаточные напряжения и улучшит механические свойства детали без изменения ее структуры или твердости. Этот процесс включает нагрев металлов до температур чуть ниже их нижней критической границы. Процесс охлаждения всегда медленный, позволяя создавать единородные детали с последовательными механическими свойствами.

Закалка и отпуск (Quenching and tempering)

Эта двухчастная термическая обработка увеличивает твердость, вязкость и устойчивость железистых сплавов. Во время закалки металл нагревается до высокой температуры, меняя его кристаллическую структуру из феррита в аустенит и позволяя ему поглотить больше углерода. Металл затем быстро охлаждается для закрепления изменений микроструктуры. Поскольку закалка создает очень твердые детали, она обычно идет после ЧНУ-обработки.

Чтобы снизить хрупкость, снять внутренние напряжения и улучшить долговечность и механические свойства детали, вы можете затем отпустить металл, нагрев его до умеренной температуры ниже его критической точки.

Выгоды термической обработки металла

Что делает термическая обработка с металлом? Термическая обработка металла может значительно увеличить его прочность, что делает термическую обработку популярным выбором среди производителей в автомобильной и аэрокосмической отраслях. К сожалению, когда вы увеличиваете прочность материала, вы также можете в итоге снизить его вязкость и увеличить его хрупкость. Чтобы гарантировать, что ваш металл не станет слишком хрупким, вам может понадобиться отжечь или отпустить ваши детали для снятия внутренних напряжений. Следуя процедурам снятия напряжений, ваши термически обработанные металлы будут гораздо легче обрабатывать и механически обрабатывать.

Кроме того, применяя термические обработки к металлическим сплавам, вы можете модифицировать микроструктуру или химический состав металла для изменения его коррозионной стойкости, магнетизма, долговечности, теплопроводности и электрической проводимости. Вы можете даже пропустить металлическую деталь через множество термических обработок для достижения желаемой производительности.

Термическая обработка металла с помощью Fast Radius

Термически обрабатывая ваш металл, вы можете создавать более прочные, менее хрупкие и более обрабатываемые металлические детали. Вы можете даже улучшить электрические свойства вашего металла с термическими обработками. Однако некоторые термические обработки лучше других в зависимости от материала, поэтому проведение исследований необходимо. Когда речь идет о выборе правильной термической обработки для вашей детали, учитывайте тип металла, который вы используете, и свойства, которые вы хотите, чтобы он имел. Вы также можете работать с надежным производственным партнером для определения лучшего метода термической обработки для ваших нужд.

В Fast Radius наша команда опытных инженеров и дизайнеров может помочь вам решить, какой метод термической обработки лучше всего подходит для вашего проекта. Плюс, мы обеспечим сквозную поддержку на протяжении всего вашего производственного запуска. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы начать ваш следующий проект.