Xử lý nhiệt có thể được áp dụng cho nhiều hợp kim kim loại để cải thiện đáng kể các tính chất vật lý chính như độ cứng, độ bền hoặc khả năng gia công.Những thay đổi này là do thay đổi cấu trúc vi mô và đôi khi do thay đổi thành phần hóa học của vật liệu.
Các phương pháp xử lý này bao gồm làm nóng hợp kim kim loại đến (thường là) nhiệt độ cực cao, sau đó làm nguội trong các điều kiện được kiểm soát.Nhiệt độ vật liệu được nung nóng, thời gian duy trì nhiệt độ và tốc độ nguội sẽ ảnh hưởng lớn đến các tính chất vật lý cuối cùng của hợp kim kim loại.
Trong bài báo này, chúng tôi xem xét xử lý nhiệt liên quan đến các hợp kim kim loại được sử dụng phổ biến nhất trong gia công CNC.Bằng cách mô tả tác động của các quá trình này đến các thuộc tính của phần cuối cùng, bài viết này sẽ giúp bạn chọn vật liệu phù hợp cho ứng dụng của mình.
Khi nào thì xử lý nhiệt
Xử lý nhiệt có thể được áp dụng cho các hợp kim kim loại trong suốt quá trình sản xuất.Đối với các bộ phận được gia công bằng máy CNC, xử lý nhiệt thường được áp dụng cho:
Trước khi gia công CNC: khi yêu cầu cung cấp các hợp kim kim loại tiêu chuẩn đã được làm sẵn, các nhà cung cấp dịch vụ CNC sẽ trực tiếp gia công các bộ phận từ vật liệu tồn kho.Đây thường là sự lựa chọn tốt nhất để rút ngắn thời gian dẫn.
Sau khi gia công CNC: một số xử lý nhiệt làm tăng đáng kể độ cứng của vật liệu, hoặc được sử dụng như các bước hoàn thiện sau khi tạo hình.Trong những trường hợp này, nhiệt luyện được thực hiện sau khi gia công CNC, vì độ cứng cao làm giảm khả năng gia công của vật liệu.Ví dụ, đây là thực hành tiêu chuẩn khi gia công CNC các chi tiết thép của công cụ.
Xử lý nhiệt phổ biến của vật liệu CNC: ủ, giảm căng thẳng và tôi
Ủ, ủ và giảm căng thẳng đều liên quan đến việc nung hợp kim kim loại đến nhiệt độ cao và sau đó làm nguội từ từ vật liệu, thường là trong không khí hoặc trong lò nướng.Chúng khác nhau về nhiệt độ tại đó vật liệu được nung nóng và thứ tự của quá trình sản xuất.
Trong quá trình ủ, kim loại được nung nóng đến nhiệt độ rất cao và sau đó làm nguội từ từ để có được cấu trúc vi mô mong muốn.Ủ thường được áp dụng cho tất cả các hợp kim kim loại sau khi tạo hình và trước bất kỳ quá trình xử lý nào để làm mềm chúng và cải thiện khả năng làm việc của chúng.Nếu không có quy định xử lý nhiệt nào khác, hầu hết các bộ phận được gia công bằng máy CNC sẽ có đặc tính vật liệu ở trạng thái ủ.
Giảm căng thẳng bao gồm làm nóng các bộ phận đến nhiệt độ cao (nhưng thấp hơn nhiệt độ ủ), thường được sử dụng sau khi gia công CNC để loại bỏ ứng suất dư sinh ra trong quá trình sản xuất.Điều này có thể tạo ra các bộ phận có các đặc tính cơ học phù hợp hơn.
Ủ cũng làm nóng các bộ phận ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ ủ.Nó thường được sử dụng sau khi tôi luyện thép cacbon thấp (1045 và A36) và thép hợp kim (4140 và 4240) để giảm độ giòn và cải thiện tính chất cơ học của nó.
dập tắt
Làm nguội liên quan đến việc nung nóng kim loại đến nhiệt độ rất cao, sau đó là làm nguội nhanh, thường bằng cách nhúng vật liệu vào dầu hoặc nước hoặc để vật liệu đó tiếp xúc với luồng không khí lạnh.Làm mát nhanh chóng "khóa" những thay đổi cấu trúc vi mô xảy ra khi vật liệu bị nung nóng, dẫn đến độ cứng cực cao của các bộ phận.
Các bộ phận thường được làm nguội sau khi gia công CNC như là bước cuối cùng của quá trình sản xuất (hãy nghĩ đến việc thợ rèn nhúng lưỡi dao vào dầu), vì sự gia tăng độ cứng làm cho vật liệu khó gia công hơn.
Thép công cụ được tôi luyện sau khi gia công CNC để có được đặc tính độ cứng bề mặt cực cao.Độ cứng kết quả sau đó có thể được kiểm soát bằng cách sử dụng quá trình tôi luyện.Ví dụ, độ cứng của thép công cụ A2 sau khi tôi nguội là 63-65 Rockwell C, nhưng nó có thể được tôi luyện đến độ cứng từ 42-62 HRC.Quá trình ủ có thể kéo dài tuổi thọ của các bộ phận vì quá trình ủ có thể làm giảm độ giòn (kết quả tốt nhất có thể đạt được khi độ cứng là 56-58 HRC).
Kết tủa đông cứng (lão hóa)
Kết tủa đông cứng hoặc lão hóa là hai thuật ngữ thường được sử dụng để mô tả cùng một quá trình.Làm cứng kết tủa là một quá trình gồm ba bước: đầu tiên, vật liệu được nung đến nhiệt độ cao, sau đó được làm nguội, và cuối cùng được nung ở nhiệt độ thấp (già hóa) trong một thời gian dài.Điều này dẫn đến sự hòa tan và phân bố đồng đều của các nguyên tố hợp kim ban đầu ở dạng các hạt rời rạc của các thành phần khác nhau trong nền kim loại, giống như các tinh thể đường hòa tan trong nước khi dung dịch được đun nóng.
Sau khi kết tủa cứng lại, độ bền và độ cứng của hợp kim kim loại tăng mạnh.Ví dụ, 7075 là hợp kim nhôm, thường được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ để chế tạo các bộ phận có độ bền kéo tương đương với thép không gỉ, và trọng lượng của nó nhỏ hơn 3 lần.Bảng sau đây minh họa ảnh hưởng của sự đông cứng kết tủa trong nhôm 7075:
Không phải tất cả các kim loại đều có thể được xử lý nhiệt theo cách này, nhưng các vật liệu tương thích được coi là siêu hợp kim và thích hợp cho các ứng dụng hiệu suất rất cao.Các hợp kim làm cứng kết tủa phổ biến nhất được sử dụng trong CNC được tóm tắt như sau:
Làm cứng vỏ và thấm cacbon
Làm cứng vỏ máy là một loạt xử lý nhiệt, có thể làm cho bề mặt của các bộ phận có độ cứng cao trong khi vật liệu bên dưới vẫn mềm.Điều này thường tốt hơn so với việc tăng độ cứng của bộ phận trên toàn bộ thể tích (ví dụ: bằng cách làm nguội) vì bộ phận cứng hơn cũng giòn hơn.
Carburizing là trường hợp phổ biến nhất xử lý nhiệt làm cứng.Nó liên quan đến việc nung nóng thép cacbon thấp trong môi trường giàu cacbon và sau đó làm nguội các bộ phận để khóa cacbon trong ma trận kim loại.Điều này làm tăng độ cứng bề mặt của thép, cũng giống như quá trình anot hóa làm tăng độ cứng bề mặt của hợp kim nhôm.
