المعالجات الحرارية للأجزاء المصنعة باستخدام الحاسب الآلي

تعرف على كيفية تطبيق المعالجات الحرارية على العديد من السبائك المعدنية لتحسين الخصائص الفيزيائية الرئيسية بشكل كبير مثل الصلابة والقوة والتشغيل الآلي.

مقدمة
يمكن تطبيق المعالجات الحرارية على العديد من السبائك المعدنية لتحسين الخصائص الفيزيائية الرئيسية بشكل كبير (على سبيل المثال الصلابة أو القوة أو قابلية التشغيل الآلي).تحدث هذه التغييرات بسبب التعديلات على البنية المجهرية ، وأحيانًا التركيب الكيميائي للمادة.

تتضمن هذه المعالجات تسخين السبائك المعدنية إلى درجات حرارة قصوى (عادة) ، تليها خطوة تبريد تحت ظروف خاضعة للرقابة.تؤثر درجة حرارة المادة التي يتم تسخينها عليها والوقت الذي يتم الاحتفاظ بها عند درجة الحرارة هذه ومعدل التبريد بشكل كبير على الخواص الفيزيائية النهائية للسبائك المعدنية.

في هذه المقالة ، راجعنا المعالجات الحرارية ذات الصلة بالسبائك المعدنية الأكثر استخدامًا في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي.من خلال وصف تأثير هذه العمليات على خصائص الجزء الأخير ، ستساعدك هذه المقالة في اختيار المادة المناسبة لتطبيقاتك.

متى يتم تطبيق المعالجات الحرارية
يمكن تطبيق المعالجات الحرارية على السبائك المعدنية طوال عملية التصنيع.بالنسبة للأجزاء المصنعة باستخدام الحاسب الآلي ، يتم تطبيق المعالجات الحرارية عادةً إما:

قبل التصنيع باستخدام الحاسب الآلي: عندما يُطلب الحصول على درجة معيارية من سبيكة معدنية متوفرة بسهولة ، فإن مزود خدمة CNC سوف يقوم بتجهيز الأجزاء مباشرة من مادة المخزون تلك.غالبًا ما يكون هذا هو الخيار الأفضل لتقليل المهل الزمنية.

بعد التصنيع باستخدام الحاسب الآلي: بعض المعالجات الحرارية تزيد بشكل كبير من صلابة المادة أو تستخدم كخطوة نهائية بعد التشكيل.في هذه الحالات ، يتم تطبيق المعالجة الحرارية بعد التصنيع باستخدام الحاسب الآلي ، حيث أن الصلابة العالية تقلل من إمكانية تشكيل المواد.على سبيل المثال ، هذه ممارسة قياسية عند استخدام الأجزاء الفولاذية لأداة التصنيع باستخدام الحاسب الآلي.

المعالجات الحرارية الشائعة لمواد CNC
التلدين وتخفيف الضغط والتلطيف
يشمل التلدين والتلطيف وتخفيف الضغط تسخين السبيكة المعدنية إلى درجة حرارة عالية والتبريد اللاحق للمادة بمعدل بطيء ، عادة في الهواء أو في الفرن.وهي تختلف في درجة حرارة المادة التي يتم تسخينها وترتيبها في عملية التصنيع.

في التلدين ، يسخن المعدن إلى درجة حرارة عالية جدًا ثم يبرد ببطء لتحقيق البنية المجهرية المطلوبة.يتم تطبيق التلدين عادة على جميع السبائك المعدنية بعد التشكيل وقبل أي معالجة أخرى لتليينها وتحسين قدرتها على التشغيل الآلي.إذا لم يتم تحديد معالجة حرارية أخرى ، فإن معظم الأجزاء المصنعة باستخدام الحاسب الآلي سيكون لها خصائص المواد للحالة الملدنة.

يتضمن تخفيف الإجهاد تسخين الجزء إلى درجة حرارة عالية (ولكن أقل من التلدين) وعادة ما يتم استخدامه بعد التصنيع باستخدام الحاسب الآلي ، للتخلص من الضغوط المتبقية الناتجة عن عملية التصنيع.بهذه الطريقة يتم إنتاج أجزاء ذات خصائص ميكانيكية أكثر اتساقًا.

يؤدي التقسية أيضًا إلى تسخين الجزء عند درجة حرارة أقل من التلدين ، وعادةً ما يتم استخدامه بعد التبريد (انظر القسم التالي) من الفولاذ الخفيف (1045 و A36) وسبائك الفولاذ (4140 و 4240) لتقليل هشاشتها وتحسين أدائها الميكانيكي.

التبريد
تتضمن عملية التسقية تسخين المعدن إلى درجة حرارة عالية جدًا ، تليها خطوة تبريد سريعة ، عادةً عن طريق غمس المادة في الزيت أو الماء أو تعريضها لتيار من الهواء البارد.التبريد السريع "يحبس" التغييرات في البنية المجهرية التي تخضع لها المادة عند تسخينها ، مما ينتج عنه أجزاء ذات صلابة عالية جدًا.

عادةً ما يتم إخماد الأجزاء كخطوة أخيرة في عملية التصنيع بعد التصنيع باستخدام الحاسب الآلي (فكر في قيام الحدادين بغمس شفراتهم في الزيت) ، حيث أن الصلابة المتزايدة تجعل المواد أكثر صعوبة في الماكينة.

يتم إخماد فولاذ الأدوات بعد التصنيع باستخدام الحاسب الآلي لتحقيق خصائص صلابة السطح العالية جدًا.يمكن بعد ذلك استخدام عملية التقسية للتحكم في الصلابة الناتجة.على سبيل المثال ، تتميز أداة الصلب A2 بصلابة من 63-65 Rockwell C بعد التبريد ولكن يمكن تلطيفها إلى صلابة تتراوح بين 42 إلى 62 HRC.يطيل التقسية من عمر الخدمة للجزء ، لأنه يقلل من التقصف (يتم تحقيق أفضل النتائج لصلابة 56-58 HRC).

تصلب الترسيب (الشيخوخة)
تصلب الهطول أو الشيخوخة هما المصطلحان الشائعان لوصف نفس العملية.تصلب التساقط هو عملية من ثلاث خطوات: يتم أولاً تسخين المادة بدرجة حرارة عالية ، ثم إخمادها وتسخينها أخيرًا إلى درجة حرارة منخفضة لفترة طويلة من الزمن (قديمة).يؤدي هذا إلى ذوبان عناصر السبائك التي تظهر في البداية كجسيمات منفصلة ذات تركيبة مختلفة وتوزيعها بشكل موحد في المصفوفة المعدنية ، بطريقة مشابهة تتحلل فيها بلورات السكر في الماء عند تسخين المحلول.

بعد تصلب الترسيب ، تزداد قوة وصلابة السبائك المعدنية بشكل كبير.على سبيل المثال ، 7075 عبارة عن سبيكة ألومنيوم ، تُستخدم بشكل شائع في صناعة الطيران ، لتصنيع أجزاء من مقاومة الشد مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ ، مع وزن أقل من 3 أضعاف.

تصلب الغلاف والكربنة
تصلب العلبة عبارة عن مجموعة من المعالجات الحرارية التي ينتج عنها أجزاء ذات صلابة عالية على سطحها ، بينما تظل المواد التي تحتها الخطوط طرية.غالبًا ما يُفضل هذا على زيادة صلابة الجزء من خلال حجمه (على سبيل المثال ، عن طريق التبريد) ، حيث أن الأجزاء الأكثر صلابة تكون أيضًا أكثر هشاشة.

الكربنة هي المعالجة الحرارية الأكثر شيوعًا لتصلب الحالة.إنه ينطوي على تسخين الفولاذ الخفيف في بيئة غنية بالكربون والتبريد اللاحق للجزء لقفل الكربون في المصفوفة المعدنية.هذا يزيد من صلابة سطح الفولاذ بطريقة مماثلة التي تزيد فيها الأنودة من صلابة سطح سبائك الألومنيوم.