5 основных соображений для термической обработки металлических деталей

Зачем включать термическую обработку металла в спецификации отрезанных деталей?

Мы говорили в другом месте о том, как тепловое расширение может быть фактором при решении о том, насколько точными должны быть размеры металлической детали.

А именно, если даже незначительная разница в допуске, вызванная тепловым расширением, повлияет на то, как деталь выполняет свою работу, то мудро избегать спецификации очень жесткого допуска всякий раз, когда может быть риск вариации окружающих температур. И это означает вариацию где угодно в процессе, от отрезки детали и контроля до сборки и конечного использования.

Но как насчет того, когда вы намеренно термически обрабатываете металлы как нормальную часть вашего производственного процесса? Что тогда нужно иметь в виду при создании спецификаций для мелких отрезанных металлических деталей, таких как те, которые мы производим здесь в Metal Cutting Corporation?

Зачем термически обрабатывать металлы?

Почему металлы термически обрабатывают? Есть много важных причин. Но в основном процесс термической обработки металлов включает контролируемое применение тепла для изменения физических — и иногда химических — свойств материала.

Пока мы не термически обрабатываем металлы как часть наших услуг в Metal Cutting, мы осознаем его потенциальные изменяющие размеры эффекты. Но прежде чем мы исследуем непреднамеренные последствия для размеров металлических деталей, давайте обсудим некоторые преимущества термической обработки и отжига.

Как термически обрабатывать металл для получения разных результатов

В зависимости от используемого метода, термически обработанные металлы становятся более твердыми или мягче, более хрупкими или менее хрупкими, более прочными или слабее. Основываясь на желаемых конечных результатах, метод может включать:

• Использование нескольких обработок
• Изменение температуры, на которой металл термически обрабатывается
• Вариацию длины времени, в течение которого тепло применяется
• Контроль того, как быстро или медленно материал охлаждается

Тот способ, которым вы применяете и удаляете тепло при термической обработке металла, влияет и на предел текучести, и на твердость конечного продукта.

Зачем термически обрабатывать металлы, такие как нержавеющая сталь?

Например, нержавеющая сталь обычно термически обрабатывают для увеличения ее твердости; с обратной стороны, она может также стать более хрупкой.

Наоборот, нержавеющую сталь могут термически обрабатывать для увеличения ее вязкости, что помогает минимизировать трещины и увеличить обработку. Однако этот процесс может также снизить твердость стали.

Поэтому достижение металла с желаемыми характеристиками — такой как нержавеющая сталь с высокой предельной прочностью, но относительно низкой хрупкостью — может требовать множественных обработок при разных температурах и разной длине времени.

Отожженный против термически обработанного металла: не то же самое

Часто используемые взаимозаменяемо с термином термическая обработка, отжиг — это конкретный метод, используемый для смягчения металлов, с целями увеличения их вязкости и уменьшения хрупкости.

Отжиг также может использоваться для увеличения однородной природы металлов, а также для восстановления их вязкости перед дальнейшей обработкой. Например, по мере того как нержавеющая сталь 316 обрабатывается, она может приобретать нежелательные магнитные свойства; однако отжиг нержавеющей стали может восстановить ее к (или очень близко к) ее исходному немагнитному состоянию.

Отжиг выполняется с использованием специализированных печей, в которых условия строго контролируются. Металл нагревается до высокой температуры — обычно слегка выше температуры рекристаллизации.

Материал держится на высокой температуре от нескольких часов до нескольких дней и затем позволяет остыть (в случае сталей и других ферристых металлов, очень медленно).

Где вы термически обрабатываете металлы — еще один фактор

Когда вы термически обрабатываете металл, атмосфера, в которой происходит процесс, также важна, потому что она влияет на поверхность материала и прочность.

Например, если вы термически обрабатываете вольфрам в нормальной атмосфере, это произведет окисление, делающее поверхность пористой. Однако работа в контролируемой среде — такой как вакуум или запечатанная азотная, аргонная или водородная атмосфера — позволяет вам термически обрабатывать металл без окисления.

Низкоуглеродистая сталь может быть отожжена в углеродо богатой среде для цементации стали с высокоуглеродистым поверхностным слоем, имеющим хорошую устойчивость к усталости и износу. Эта техника используется для улучшения твердости и долговечности продуктов, таких как пружины из углеродистой проволоки и ковки.

Однако, если «цементация» не является желаемым чертой, отжиг должен выполняться в среде, низкой в или свободной от углерода.

Как состав сплава может влиять на термическую обработку металла

Иногда нахождение правильной «формулы» как для состава сплава, так и для метода термической обработки металла существенно для достижения желаемых конечных свойств. Отличный пример — свойство памяти формы сплава никель-титан — также известного как NiTi или нити놀.

Этот «пружинистый» материал впервые популярно использовался для изготовления оправ для очков, которые могут гнуться и кажущимся волшебным образом возвращаться в свою исходную форму. Сегодня NiTi широко используется для применений медицинской трубки, таких как направляющие проводки катетеров, стенты и иглы для микрохирургии.

(Вы можете узнать больше о NiTi и других материалах трубок в нашей белой книге Медицинская трубка в 21 веке: кому она нужна?)

Свойство памяти формы NiTi зависит от термической обработки. Это то, что позволяет NiTi претерпевать деформацию при одной температуре, а затем восстанавливать свою исходную, не деформированную форму при нагревании выше его так называемой температуры трансформации.

Однако NiTi изреченно труден в изготовлении, из-за как высокой реактивности титана, так и факта, что даже незначительные вариации в составе могут влиять на температуру трансформации.

Например, если атомы титана объединяются с кислородом или углеродом, кристаллическая структура NiTi может потерять титан, вызывая снижение температуры трансформации. Если слишком мало никеля и материал стареет слишком долго, температура трансформации повышается.

Укажите термически обработанный металл заранее

Какой бы метод ни использовался для термической обработки металлов, жизненно важно идентифицировать процесс в спецификациях для ваших отрезанных металлических деталей. Удивительно, как термическая обработка металла может менять определенные размеры тщательно обработанных деталей и не оказывать никакого влияния на другие параметры.

Например, если у вас есть спецификация прямолинейности, вы должны учитывать, будет ли термическая обработка и любое результирующее расширение металла влиять на размеры ваших отрезанных деталей и, в конечном счете, на то, как хорошо они будут выполняться — и если да, вам может потребоваться скорректировать ваши допуски соответственно.

Термически обработанный металл может даже влиять на упаковку

Кроме того, важно убедиться, что термически обработанные металлические детали будут упакованы правильно, чтобы избежать деформирования или повреждения ранее отрезанных деталей пока они в транзите.

Например, в Metal Cutting мы всегда хотим знать, будут ли детали, которые мы режем, затем отправлены третьей стороне для термической обработки или отжига. Поскольку детали делаются более гибкими отжигом, неадекватная упаковка может вызвать деформацию отожженных деталей, когда они переупаковываются и отправляются к вам (или обратно к нам для дополнительной обработки).

Детали, такие как стержни, могут изогнуться, если они расширяются и не упакованы правильно после термической обработки металла. Другие детали могут начать тереться друг о друга и получать царапины в их чистоте поверхности, если упаковка больше не удерживает термически обработанные металлические детали безопасно.

Еще одна причина для тщательных спецификаций

Кратко: с термически обработанным металлом методы и эффекты должны учитываться и делиться с вашими производственными партнерами, когда вы создаете спецификации для ваших требований к мелким деталям. Это поможет оптимизировать технологичность и получить результаты, которые вы хотите.

Чтобы узнать больше о максимизации точности и эффективности ваших спецификаций, скачайте наше бесплатное руководство Как оптимизировать запрос котировки для максимальной выгоды: Часто задаваемые вопросы при закупке мелких деталей.