ЧПУ-обработка стали: 3 основных метода пред- и постобработки

Для изменения свойств стали и упрощения её обработки часто применяют дополнительные процессы до или после механической обработки. Закалка перед обработкой увеличивает время резания и износ инструмента, но термическая обработка после механической позволяет повысить прочность или твердость готового изделия. Рассмотрим 3 распространенных метода.

1. Термическая обработка

Термическая обработка — группа процессов изменения температуры стали для модификации её свойств.

Отжиг — снижение твердости и повышение вязкости для облегчения обработки. Сталь медленно нагревают до заданной температуры, выдерживают (время и температура зависят от сплава, уменьшаются с ростом углерода), затем медленно охлаждают в печи или в изолятирующем материале.

Нормализация — снятие внутренних напряжений с сохранением более высокой прочности и твердости, чем после отжига. Сталь нагревают до высокой температуры, затем охлаждают на воздухе для повышения твердости.

Закалка — повышает твердость и прочность, но увеличивает ломкость. Процесс: медленный нагрев, выдержка при высокой температуре, быстрый охлаждение в жидкости (вода, масло, раствор соли).

Отпуск — снимает ломкость после закалки. Похож на нормализацию: медленный нагрев до выбранной температуры, охлаждение на воздухе. Разница — более низкая температура отпуска, снижающая ломкость и твердость.

2. Рассеиваемое закалке (Precipitation Hardening)

Повышает предел текучести стали. Главное отличие — наличие элементов (медь, алюминий, фосфор, титан), увеличивающих прочность и сохраняющих вязкость. Это класс высокопрочных нержавеющих сталей (PH-стали). Для активации свойств сталь проходит растворительную обработку и старение. При старении нагрев в длительное время вызывает выделение добавок — образование твердых частиц разного размера, повышающих прочность.

Пример — 17-4PH (630-я сталь): 17% хрома, 4% никеля, 4% меди. Благодаря твердости, прочности и коррозионной стойкости применяется в вертолетных платформах, лопастах турбин, контейнерах для ядерных отходов.

3. Холодная деформация (Cold Working)

Свойства стали можно изменить без сильного нагрева. Холоднодеформированная сталь усиливается за счет закачки при деформации. Пластическая деформация достигается ковкой, прокаткой, волочением. Закачка может возникнуть непреднамеренно при нагреве режущего инструмента или детали. Холодная деформация также улучшает обрабатываемость. Малоуглеродистая сталь хорошо подходит для холодной деформации.

Особенности проектирования стальных деталей

При проектировании стальных деталей важно учитывать уникальные свойства материала. Характеристики, подходящие для применения, могут требовать дополнительных технологических решений (DFM).

Обработка стали дольше, чем алюминия или латуни, из-за твердости. Защитите детали и инструменты, снижая частоту шпинделя и скорость подачи.

При выборе марки стали учитывайте не только твердость и прочность, но и различия в обрабатываемости. Нержавейка обрабатывается примерно в 2 раза дольше углеродистой стали. Важно также доступность сплавов: популярные марки (304, 316) доступны в большем ассортименте сечений и быстрее закупаются.