يمكن تطبيق المعالجة الحرارية على العديد من السبائك المعدنية لتحسين الخصائص الفيزيائية الرئيسية بشكل كبير مثل الصلابة أو القوة أو القابلية للماكينة.ترجع هذه التغييرات إلى التغيرات في البنية المجهرية وأحيانًا بسبب التغيرات في التركيب الكيميائي للمادة.
تشمل هذه المعالجات تسخين السبيكة المعدنية (عادة) إلى درجات حرارة قصوى يتبعها التبريد في ظل ظروف خاضعة للرقابة.ستؤثر درجة الحرارة التي يتم تسخين المادة عندها ووقت الحفاظ على درجة الحرارة ومعدل التبريد بشكل كبير على الخصائص الفيزيائية النهائية للسبائك المعدنية.
في هذا البحث ، نستعرض المعالجة الحرارية المتعلقة بالسبائك المعدنية الأكثر استخدامًا في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي.من خلال وصف تأثير هذه العمليات على خصائص الجزء النهائي ، ستساعدك هذه المقالة في اختيار المادة المناسبة لتطبيقك.
متى سيتم إجراء المعالجة الحرارية
يمكن تطبيق المعالجة الحرارية على السبائك المعدنية طوال عملية التصنيع.بالنسبة للأجزاء المصنعة باستخدام الحاسب الآلي ، فإن المعالجة الحرارية قابلة للتطبيق بشكل عام على:
قبل التصنيع باستخدام الحاسب الآلي: عندما يكون مطلوبًا توفير سبائك معدنية جاهزة من الدرجة القياسية ، سيقوم مقدمو خدمة CNC بمعالجة الأجزاء مباشرة من مواد المخزون.عادة ما يكون هذا هو الخيار الأفضل لتقصير المهلة.
بعد التصنيع باستخدام الحاسب الآلي: بعض المعالجات الحرارية تزيد بشكل كبير من صلابة المادة ، أو تستخدم كخطوات إنهاء بعد التشكيل.في هذه الحالات ، يتم إجراء المعالجة الحرارية بعد التصنيع باستخدام الحاسب الآلي ، لأن الصلابة العالية تقلل من إمكانية تشكيل المادة.على سبيل المثال ، هذه هي الممارسة القياسية عند استخدام الأجزاء الفولاذية لأداة التصنيع باستخدام الحاسب الآلي.
المعالجة الحرارية الشائعة لمواد CNC: التلدين وتخفيف الضغط والتلطيف
يشمل التلدين والتلطيف وتخفيف الضغط تسخين السبيكة المعدنية إلى درجة حرارة عالية ثم تبريد المادة ببطء ، عادةً في الهواء أو في الفرن.وهي تختلف في درجة الحرارة التي يتم فيها تسخين المادة وترتيب عملية التصنيع.
أثناء التلدين ، يسخن المعدن إلى درجة حرارة عالية جدًا ثم يبرد ببطء للحصول على البنية المجهرية المرغوبة.يتم تطبيق التلدين عادة على جميع السبائك المعدنية بعد التشكيل وقبل أي معالجة أخرى لتليينها وتحسين قابليتها للتشغيل.إذا لم يتم تحديد معالجة حرارية أخرى ، فإن معظم الأجزاء المصنعة باستخدام الحاسب الآلي سيكون لها خصائص المواد في الحالة الصلبة.
يشمل تخفيف الإجهاد تسخين الأجزاء إلى درجة حرارة عالية (ولكن أقل من التلدين) ، والتي تستخدم عادة بعد التصنيع باستخدام الحاسب الآلي للقضاء على الإجهاد المتبقي الناتج في عملية التصنيع.يمكن أن ينتج هذا أجزاء ذات خصائص ميكانيكية أكثر اتساقًا.
يؤدي التقسية أيضًا إلى تسخين الأجزاء عند درجة حرارة أقل من درجة حرارة التلدين.يستخدم عادة بعد تبريد الفولاذ منخفض الكربون (1045 و A36) وسبائك الفولاذ (4140 و 4240) لتقليل هشاشته وتحسين خصائصه الميكانيكية.
يطفئ
تتضمن عملية التسقية تسخين المعدن إلى درجة حرارة عالية جدًا ، يتبعه تبريد سريع ، وعادةً ما يتم ذلك بغمر المادة في الزيت أو الماء أو تعريضها لتيار هواء بارد.التبريد السريع "يقفل" تغيرات البنية المجهرية التي تحدث عند تسخين المادة ، مما ينتج عنه صلابة عالية للغاية للأجزاء.
عادةً ما يتم إخماد الأجزاء بعد التصنيع باستخدام الحاسب الآلي كخطوة أخيرة في عملية التصنيع (فكر في غمر الحدادة للشفرة في الزيت) ، لأن الزيادة في الصلابة تجعل معالجة المواد أكثر صعوبة.
يتم إخماد فولاذ الأدوات بعد التصنيع باستخدام الحاسب الآلي للحصول على خصائص صلابة عالية للغاية للسطح.يمكن بعد ذلك التحكم في الصلابة الناتجة باستخدام عملية التقسية.على سبيل المثال ، صلابة أداة الصلب A2 بعد التسقية هي 63-65 Rockwell C ، ولكن يمكن تلطيفها إلى صلابة بين 42-62 HRC.يمكن أن يطيل التقسية من عمر خدمة الأجزاء لأن التقسية يمكن أن تقلل الهشاشة (يمكن الحصول على أفضل النتائج عندما تكون الصلابة 56-58 HRC).
تصلب الترسيب (الشيخوخة)
تصلب الهطول أو الشيخوخة هما المصطلحان الشائعان لوصف نفس العملية.تصلب التساقط هو عملية من ثلاث خطوات: أولاً ، يتم تسخين المادة إلى درجة حرارة عالية ، ثم إخمادها ، ثم تسخينها في النهاية إلى درجة حرارة منخفضة (تقادم) لفترة طويلة.يؤدي هذا إلى انحلال وتوزيع منتظم لعناصر صناعة السبائك في البداية على شكل جزيئات منفصلة من تركيبات مختلفة في المصفوفة المعدنية ، تمامًا كما تذوب بلورات السكر في الماء عند تسخين المحلول.
بعد تصلب الترسيب ، تزداد قوة وصلابة السبيكة المعدنية بشكل حاد.على سبيل المثال ، 7075 عبارة عن سبيكة ألومنيوم ، تُستخدم عادةً في صناعة الطيران لتصنيع أجزاء ذات مقاومة شد مكافئة لتلك الموجودة في الفولاذ المقاوم للصدأ ، ووزنها أقل من 3 مرات.يوضح الجدول التالي تأثير تصلب الترسيب في الألومنيوم 7075:
لا يمكن معالجة جميع المعادن بالحرارة بهذه الطريقة ، ولكن تعتبر المواد المتوافقة بمثابة سبائك فائقة ومناسبة للتطبيقات عالية الأداء.يتم تلخيص سبائك تصلب الترسيب الأكثر شيوعًا المستخدمة في CNC على النحو التالي:
تصلب العلبة والكربنة
تصلب العلبة عبارة عن سلسلة من المعالجة الحرارية ، والتي يمكن أن تجعل سطح الأجزاء يتمتع بصلابة عالية بينما تظل مادة البطانة ناعمة.هذا أفضل بشكل عام من زيادة صلابة الجزء على كامل الحجم (على سبيل المثال ، عن طريق التبريد) لأن الجزء الأصعب هو أيضًا أكثر هشاشة.
الكربنة هي المعالجة الحرارية الأكثر شيوعًا لتصلب الحالة.إنها تنطوي على تسخين الفولاذ منخفض الكربون في بيئة غنية بالكربون ثم تبريد الأجزاء لقفل الكربون في المصفوفة المعدنية.يؤدي هذا إلى زيادة صلابة سطح الفولاذ ، تمامًا كما يزيد الأنودة من صلابة سطح سبائك الألومنيوم.
