Warmtebehandeling voor CNC-bewerkte onderdelen: Sterkte, hardheid & prestaties verbeteren

Er zijn veel manieren om de eigenschappen van metalen en hun reactie op precisiebewerking te veranderen. Een van deze methoden is warmtebehandeling. Warmtebehandeling beïnvloedt veel verschillende aspecten van metalen, waaronder sterkte, hardheid, zwaartekracht, bewerkbaarheid, vormbaarheid, duktiliteit en elasticiteit. Het beïnvloedt ook de fysieke en mechanische eigenschappen van het metaal, waardoor het gebruik van het metaal verandert of de toekomstige bewerking van het metaal verandert. Deze veranderingen ontstaan door veranderingen in de microstructuur en soms chemische samenstelling van het materiaal.

Hier bestuderen we zorgvuldig de meest gebruikte warmtebehandelingen met betrekking tot metaallegeringen in CNC-bewerking en hoe deze warmtebehandelingen onderdelen in precisiebewerking beïnvloeden.

Wat is warmtebehandeling?

Veel standaard CNC-productiefaciliteiten gebruiken warmtebehandeling. Fabrikanten kunnen de sterkte, plasticiteit en corrosiebestendigheid van afgeronde componenten veranderen door te kiezen om warmtebehandelingsprocessen op te nemen.

Deze behandelingen omvatten het verwarmen van de metaallegering tot een (meestal) extreme temperatuur en vervolgens afkoelen onder gecontroleerde omstandigheden om de fysieke toestand of mechanische eigenschappen van het materiaal te veranderen. De temperatuur waartoe het materiaal wordt verhit, de tijd om deze temperatuur te handhaven, en de afkoelsnelheid beïnvloeden de eindige fysieke eigenschappen van de metaallegering zeer.

Deel van het ontwerp- en ingenieursproces is om te bepalen welke fysieke eigenschappen vereist zijn voor het onderdeel, en het beste metaal te selecteren om aan deze vereisten te voldoen. Warmtebehandeling van metaallegeringen voor of na bewerking kan cruciale fysieke eigenschappen aanzienlijk verbeteren. Warmtebehandeling verhoogt de hardheid, sterkte of bewerkbaarheid van het metaal.

Soorten warmtebehandeling

Anlopen

Anlopen is een warmtebehandelingsproces waarbij het materiaal wordt verhit tot een kritieke temperatuur en vervolgens langzaam afgekoeld. Het anloopsproces verandert de fysieke structuur van het materiaal, wat het zacht en meer duktil maakt.

Anlopen is een warmtebehandelingsmethode waarbij een metaal zoals aluminium, koper, staal, zilver, of messing wordt verhit tot een specifieke temperatuur en op die temperatuur voor een bepaalde tijd wordt gehouden om transformatie te ondergaan, en vervolgens luchtgekoeld. Dit proces verhoogt de duktiliteit van het metaal en verlaagt de hardheid, wat het metaal gemakkelijker te bewerken maakt. Koper, zilver, en messing kunnen snel of langzaam afgekoeld worden, terwijl ferrometalen zoals staal altijd geleidelijk moeten worden afgekoeld voor anlopen te laten plaatsvinden.

Anlopen wordt meestal uitgevoerd na alle metaallegeringen zijn gevormd en voor verdere bewerking om ze te verzachten en hun bewerkbaarheid te verbeteren, zodat harder materiaal niet gemakkelijk scheurt of breekt. Als geen andere warmtebehandeling gespecificeerd is, zullen de meeste CNC-bewerkte onderdelen materiaaleigenschappen in de aangelopen toestand hebben.

Anlassen

Anlassen verhit ook onderdelen bij een temperatuur lager dan anlopen, meestal na verharden van zachte staal (1045 en A36) en legeringsstaal (4140 en 4240). Anlassen kan gebruikt worden om de hardheid, duktiliteit en sterkte van metalen te veranderen, wat ze meestal gemakkelijker te bewerken maakt. Het metaal wordt verhit tot een temperatuur onder het kritieke punt omdat de lagere temperatuur broosheid vermindert terwijl hardheid behouden blijft.

Spanningsverlichting

Spanningsverlichting omvat het verwarmen van het onderdeel tot een hoge temperatuur (maar lager dan anlopen), en vervolgens het onderdeel langzaam afkoelen. Het wordt meestal gebruikt na CNC-bewerking om de resterende spanningen geproduceerd tijdens het productieproces te elimineren. Op deze manier kunnen onderdelen met meer consistente mechanische eigenschappen geproduceerd worden.

De eliminatie van spanning is een noodzakelijke voorwaarde om de interne spanning van het materiaal in het vorige productieproces te elimineren. Zonder spanningsverlichting zullen de onderdelen scheuren of tolerantie verliezen tijdens gebruik, wat uiteindelijk tot onderdeelschade leidt.

Verharden

Verharden omvat het verwarmen van het metaal tot een zeer hoge temperatuur en vervolgens een snelle afkoelstap uitvoeren. Meestal wordt het materiaal in olie of water gedompeld of blootgesteld aan een stroom koude lucht. Echter, afhankelijk van de eindmechanische eigenschappen die het onderdeel vereist, worden soms polymeren of zouten gebruikt. Snelle afkoeling "vergrendelt" de microstructuurveranderingen die het materiaal ondergaat bij verwarmen, wat resulteert in zeer hoge hardheid van het onderdeel.

Onderdelen worden meestal verhard na CNC-bewerking als de laatste stap in het productieproces om hoge oppervlaktehardheid te bereiken. Het anlaasproces kan vervolgens gebruikt worden om de resulterende hardheid te controleren. Bijvoorbeeld, de hardheid van gereedschapsstaal A2 na verharden is 63-65 HRC, maar het kan aangelaten worden tot een hardheid tussen 42 en 62 HRC. Anlassen kan de broosheid van de onderdelen verminderen, waardoor de levensduur van de onderdelen verlengd wordt (de hardheid is 56-58 HRC voor beste resultaten).

Vlakverharding

Vlakverharding is een reeks warmtebehandelingen die kan resulteren in hoge oppervlaktehardheid van onderdelen terwijl de zachtheid binnenin het materiaal behouden blijft. Dit is meestal beter dan hardheid toevoegen aan het hele volume van het onderdeel (bijvoorbeeld door verharden), omdat harder onderdelen ook brozer zijn.

Vergassen is de meest voorkomende vlakverharding warmtebehandeling. Voor metalen met laag koolstofgehalte (zoals staal), moet additioneel koolstof in het oppervlak geïnjiceerd worden, en daarna het onderdeel verhard om het koolstof in de metaalmatrix te vergrendelen, wat de oppervlaktehardheid van het staal verhoogt op een manier vergelijkbaar met hoe anodiseren de oppervlaktehardheid van aluminiumlegeringen verhoogt.

Vlakverharding is een proces dat meestal als laatste stap gebruikt wordt nadat het onderdeel bewerkt is. Combineer hoge hitte met andere elementen en chemicaliën om een verharde buitenlaag te produceren. Omdat verharding metalen brozer maakt, is oppervlakteverharding nuttig voor toepassingen die flexibele metalen met duurzame slijtlagen vereisen.

Wanneer worden warmtebehandelingen toegepast?

De metaallegering kan door het hele productieproces warmtebehandeld worden. Voor CNC-bewerkte onderdelen worden de volgende warmtebehandelingen meestal gebruikt:

Vóór CNC-bewerking: Als vereist om een gestandaardiseerde graad van metaallegering te leveren, zal de CNC-dienstverlener de onderdelen direct van het voorraadmateriaal bewerken. Dit is meestal de beste optie om de levertijd te verminderen.

Na CNC-bewerking: Bepaalde warmtebehandelingen kunnen de hardheid van het materiaal aanzienlijk verhogen, of worden gebruikt als afwerkingsstap na vormgeving. In deze gevallen zal hoge hardheid de bewerkbaarheid van het materiaal verminderen, dus warmtebehandeling wordt na CNC-bewerking uitgevoerd. Bijvoorbeeld, dit is de standaardpraktijk bij CNC-bewerking van gereedschapsstaal onderdelen.

Hoe een warmtebehandeling in uw bestelling te specificeren

Bij het plaatsen van een CNC-bestelling, zijn er drie manieren om warmtebehandeling aan te vragen:

Referentie naar productiestandaarden geven:

Veel warmtebehandelingen zijn gestandaardiseerd en wijd gebruikt. Bijvoorbeeld, de T6-indicator in aluminiumlegeringen (6061-T6, 7075-T6, etc.) geeft aan dat het materiaal uithard is.

De vereiste hardheid specificeren:

Dit is een veelvoorkomende methode om warmtebehandeling en oppervlakteverharding van gereedschapsstalen te specificeren. Dit zal de fabrikant aangeven welke warmtebehandeling hij na CNC-bewerking moet uitvoeren. Bijvoorbeeld, voor D2 gereedschapsstaal is de hardheid meestal 56-58 HRC.

Warmtebehandelingscyclus specificeren:

Dit vereist geavanceerde metallurgische kennis. Als u begrijpt hoe verschillende warmtebehandelingen metalen beïnvloeden, kunt u het vereiste warmtebehandelingsproces specificeren zodat u de materiaaleigenschappen van de toepassing specifiek kunt wijzigen.