عملیات حرارتی برای قطعات ماشینکاری CNC

بیاموزید که چگونه عملیات حرارتی را می توان برای بسیاری از آلیاژهای فلزی اعمال کرد تا خواص فیزیکی کلیدی مانند سختی، استحکام و ماشین کاری را بهبود بخشد.

معرفی
عملیات حرارتی را می توان برای بسیاری از آلیاژهای فلزی اعمال کرد تا خواص فیزیکی کلیدی را به شدت بهبود بخشد (به عنوان مثال سختی، استحکام یا ماشینکاری).این تغییرات به دلیل تغییرات در ریزساختار و گاهی اوقات ترکیب شیمیایی مواد اتفاق می‌افتد.

این تیمارها شامل حرارت دادن آلیاژهای فلزی به دمای (معمولاً) شدید و به دنبال آن یک مرحله خنک‌سازی در شرایط کنترل‌شده است.دمایی که ماده در آن گرم می شود، مدت زمانی که در آن دما نگهداری می شود و سرعت خنک شدن، همگی بر خواص فیزیکی نهایی آلیاژ فلز تأثیر می گذارند.

در این مقاله، عملیات حرارتی مربوط به متداول ترین آلیاژهای فلزی در ماشینکاری CNC را بررسی کردیم.با تشریح تأثیر این فرآیندها بر ویژگی‌های بخش نهایی، این مقاله به شما کمک می‌کند تا مواد مناسب را برای برنامه‌های خود انتخاب کنید.

چه زمانی عملیات حرارتی اعمال می شود
عملیات حرارتی را می توان برای آلیاژهای فلزی در طول فرآیند تولید اعمال کرد.برای قطعات ماشینکاری شده CNC، عملیات حرارتی معمولاً اعمال می شود:

قبل از ماشینکاری CNC: هنگامی که یک درجه استاندارد از یک آلیاژ فلز درخواست می شود که به راحتی در دسترس باشد، ارائه دهنده خدمات CNC قطعات را مستقیماً از آن مواد موجود ماشینکاری می کند.این اغلب بهترین گزینه برای کاهش زمان تحویل است.

بعد از ماشینکاری CNC: برخی عملیات حرارتی به طور قابل توجهی سختی مواد را افزایش می دهند یا به عنوان مرحله تکمیلی پس از شکل دهی استفاده می شوند.در این موارد، عملیات حرارتی پس از ماشینکاری CNC اعمال می شود، زیرا سختی بالا قابلیت ماشینکاری یک ماده را کاهش می دهد.به عنوان مثال، این روش استاندارد در هنگام ماشینکاری قطعات فولادی ابزار CNC است.

عملیات حرارتی متداول برای مواد CNC
بازپخت، کاهش استرس و تلطیف
بازپخت، تلطیف و تنش زدایی همگی شامل حرارت دادن آلیاژ فلز تا دمای بالا و متعاقب آن سرد شدن مواد با سرعت آهسته، معمولاً در هوا یا در کوره است.آنها در دمایی که مواد به آن گرم می شوند و ترتیب در فرآیند تولید متفاوت هستند.

در بازپخت، فلز تا دمای بسیار بالا گرم می شود و سپس به آرامی سرد می شود تا به ریزساختار مورد نظر برسد.آنیل کردن معمولاً روی همه آلیاژهای فلزی پس از شکل‌گیری و قبل از هر گونه پردازش بیشتر برای نرم شدن و بهبود قابلیت ماشینکاری آنها اعمال می‌شود.اگر عملیات حرارتی دیگری مشخص نشده باشد، اکثر قطعات ماشینکاری شده CNC دارای خواص مواد حالت آنیل شده خواهند بود.

تنش زدایی شامل حرارت دادن قطعه تا دمای بالا (اما کمتر از بازپخت) است و معمولاً پس از ماشینکاری CNC برای حذف تنش‌های پسماند ایجاد شده از فرآیند تولید استفاده می‌شود.به این ترتیب قطعات با خواص مکانیکی سازگارتر تولید می شوند.

تمپر همچنین قطعه را در دمایی کمتر از آنیل گرم می کند و معمولاً پس از خاموش کردن (به بخش بعدی) فولادهای ملایم (1045 و A36) و فولادهای آلیاژی (4140 و 4240) برای کاهش شکنندگی و بهبود عملکرد مکانیکی آنها استفاده می شود.

خاموش کردن
کوئنچ شامل حرارت دادن فلز تا دمای بسیار بالا و به دنبال آن یک مرحله سرد شدن سریع، معمولاً با فرو بردن مواد در روغن یا آب یا قرار گرفتن در معرض جریان هوای خنک است.خنک‌سازی سریع تغییرات ریزساختاری را که مواد در هنگام گرم شدن متحمل می‌شوند، «قفل می‌کند» و در نتیجه قطعاتی با سختی بسیار بالا ایجاد می‌شود.

قطعات معمولاً به عنوان آخرین مرحله در فرآیند تولید پس از ماشین‌کاری CNC خاموش می‌شوند (به آهنگران فکر کنید که تیغه‌های خود را در روغن فرو می‌کنند)، زیرا افزایش سختی، ماشین‌کاری مواد را دشوارتر می‌کند.

فولادهای ابزار پس از ماشینکاری CNC برای دستیابی به خواص سختی سطح بسیار بالای خود خاموش می شوند.سپس ممکن است برای کنترل سختی حاصل از یک فرآیند تمپر استفاده شود.به عنوان مثال، فولاد ابزار A2 دارای سختی 63-65 راکول C پس از کوئنچ است، اما می تواند تا سختی بین 42 تا 62 HRC گرم شود.تمپر کردن، عمر مفید قطعه را افزایش می دهد، زیرا شکنندگی را کاهش می دهد (بهترین نتایج برای سختی 56-58 HRC به دست می آید).

سخت شدن بارش (پیری)
سخت شدن بارش یا پیری دو اصطلاحی هستند که معمولاً برای توصیف یک فرآیند استفاده می شوند.سخت شدن بارندگی یک فرآیند سه مرحله ای است: مواد ابتدا در دمای بالا گرم می شوند، سپس خاموش می شوند و در نهایت به دمای پایین تر برای مدت زمان طولانی گرم می شوند (کهنه می شود).این باعث می شود که عناصر آلیاژی که در ابتدا به صورت ذرات مجزا با ترکیبات مختلف ظاهر می شوند، حل شوند و به طور یکنواخت در زمینه فلزی توزیع شوند، به روشی مشابه که کریستال قند در هنگام گرم شدن محلول در آب حل می شود.

پس از سخت شدن بارش، استحکام و سختی آلیاژهای فلزی به شدت افزایش می یابد.به عنوان مثال، 7075 یک آلیاژ آلومینیوم است که معمولاً در صنعت هوافضا استفاده می شود، برای تولید قطعات با استحکام کششی قابل مقایسه با فولاد ضد زنگ، در حالی که وزن آن کمتر از 3 برابر است.

سفت شدن و کربورسازی مورد
سخت شدن مورد خانواده ای از عملیات حرارتی است که منجر به ایجاد قطعاتی با سختی بالا بر روی سطح آنها می شود، در حالی که مواد زیر آن نرم باقی می مانند.این اغلب بر افزایش سختی قطعه در سرتاسر حجم آن ترجیح داده می شود (مثلاً با کوئنچ)، زیرا قطعات سخت تر نیز شکننده تر هستند.

کربوریزاسیون رایج ترین عملیات حرارتی سخت شدن کیس است.این شامل حرارت دادن فولادهای ملایم در یک محیط غنی از کربن و متعاقب آن خاموش شدن قطعه برای قفل شدن کربن در زمینه فلزی است.این امر باعث افزایش سختی سطح فولادها می شود، به روشی مشابه که آندایزینگ باعث افزایش سختی سطح آلیاژهای آلومینیوم می شود.