Leitfaden für Wärmebehandlungen für CNC-bearbeitete Metallteile

Die CNC-Bearbeitung ist eine subtraktive Fertigungsmethode, bei der Werkzeuge und Rotation verwendet werden, um Teile aus massiven Materialblöcken herzustellen. Teile können auf verschiedene Weise bearbeitet werden, was die CNC-Bearbeitung zu einem vielseitigen Herstellungsverfahren macht, mit dem alles hergestellt werden kann, vom Automobilchassis bis hin zu chirurgischen Geräten.

Wärmebehandlungen sind eine Technik, die entwickelt wurde, um Metalle während des Herstellungsprozesses besser bearbeitbar zu machen oder um die Materialeigenschaften nach Abschluss der Bearbeitung zu verbessern. Die strategische Anwendung von Wärme und anderen Elementen auf Metallteile ermöglicht die Herstellung von Teilen mit überlegener Duktilität, Härte, Zähigkeit und anderen Eigenschaften.

Hier sind einige der häufigsten Wärmebehandlungen für CNC-bearbeitete Metallteile.

Glühen

Der Glühprozess umfasst das Erhitzen von Metallen auf eine kritische Temperatur, die je nach Legierung variiert, das Halten dieser Temperatur für einen bestimmten Zeitraum und das anschließende langsame Abkühlen des Metalls an der Luft, um die gewünschte Mikrostruktur innerhalb des Metalls zu erzeugen.

Metalllegierungen werden typischerweise nach dem Formen geglüht, um die Duktilität des Materials zu erhöhen, wodurch härtere Metalle weniger anfällig für Risse oder Brüche während des Bearbeitungsprozesses sind.

Einsatzhärtung

Einsatzhärten ist eine Wärmebehandlungsmethode, die die Härte der Außenschicht aus Kohlenstoff- oder legiertem Stahl erhöht, ohne das Innenmaterial zu härten. Metalle wie Eisen und Stahl haben oft einen niedrigen Kohlenstoffgehalt, so dass eine Kombination aus Hitze und einer kohlenstoffreichen Substanz auf die Oberfläche aufgebracht wird, um einer ansonsten kohlenstoffarmen Legierung ein kohlenstoffreiches, gehärtetes Äußeres zu verleihen. Dies macht das Einsatzhärten ideal für Anwendungen, die Flexibilität, aber eine dauerhafte, verschleißfeste Außenschicht erfordern, wie z. B. Motornockenwellen.

Während Härteprozesse die Festigkeit von Metallen enorm verbessern, neigen sie auch dazu, die Sprödigkeit des Materials zu erhöhen. Aus diesem Grund wird das Einsatzhärten typischerweise nach der Bearbeitung durchgeführt.

Stressabbau

Die CNC-Bearbeitung kann Spannungen im Teilematerial erzeugen, die, wenn sie unbehandelt bleiben, die Gesamtqualität des Teils stark beeinträchtigen können. Wie beim Glühen werden auch beim Spannungsarmglühen Metalllegierungen auf hohe Temperaturen erhitzt und langsam abgekühlt. Im Gegensatz zum Glühen wird diese Wärmebehandlung jedoch nach dem Bearbeitungsprozess angewendet, um Restspannungen zu entfernen. Spannungsarmglühen verbessert die mechanischen Eigenschaften eines Teils, ohne die Struktur oder Härte des Materials zu verändern.

Abschrecken und Anlassen

Auch bekannt als Martensitumwandlung, Abschrecken und Anlassen ist ein zweiteiliges Verfahren, das speziell entwickelt wurde, um die Härte von Stahlteilen zu erhöhen.

Beim Abschreckprozess wird der Stahl oder die Stahllegierung auf eine hohe Temperatur erhitzt, wodurch sich die Kristallstruktur des Eisens von Ferrit zu Austenit ändert. Dadurch kann das Metall mehr Kohlenstoff aufnehmen.

Der Stahl wird dann schnell abgekühlt, um die Eisenphasenänderung „einzuschließen“, während die Zugabe von Kohlenstoff zu einer extrem starken Kristallgitterstruktur namens Martensit führt, die hervorragende Oberflächenhärteeigenschaften aufweist.

Anlassen hingegen ist der Prozess des Erhitzens von Metallen auf hohe Temperaturen (obwohl Temperaturen, die im Gegensatz zum Glühen viel niedriger sind als die kritische Temperatur des Materials), nachdem das Metall abgeschreckt wurde. Dies verringert die Sprödigkeit des Materials, verbessert gleichzeitig seine Zähigkeit und verlängert die Lebensdauer des Teils.

Ausscheidungshärtung

Ausscheidungshärtung wird verwendet, um die Festigkeit von schmiedbaren Metallen wie Aluminium, rostfreien Stählen und Superlegierungen zu erhöhen. Der Prozess ähnelt dem Abschrecken und Anlassen und beinhaltet das Erhitzen von Metall auf eine hohe Temperatur, das Abschrecken und das anschließende Erhitzen auf eine niedrigere Temperatur für einen längeren Zeitraum. Dadurch können sich Ausscheidungen in der Legierung verteilen und Versetzungsbewegungen (Unregelmäßigkeiten) innerhalb der Mikrostruktur reduzieren, wodurch die Festigkeit und Härte des Metalls drastisch erhöht wird.

Ausscheidungshärtung wird üblicherweise bei Komponenten in Luft- und Raumfahrtanwendungen angewendet, bei denen eine Gewichtsreduzierung ohne Einbußen bei der Festigkeit entscheidend ist – Teile aus ausscheidungsgehärtetem Aluminium können beispielsweise eine Festigkeit erreichen, die mit Edelstahl vergleichbar ist, jedoch bei etwa einem Drittel des Gewichts. P>

Auswahl des idealen Wärmebehandlungsverfahrens

Wärmebehandlungen können die Materialeigenschaften von Metallteilen unglaublich verbessern. Es ist jedoch wichtig, dass Produktteams ihre Nachforschungen anstellen, um festzustellen, welche Wärmebehandlung für ein bestimmtes Teil am besten geeignet ist. Während das Abschrecken und Anlassen ideal für die Herstellung hochfester Stähle sein kann, ist es ein weitaus weniger nützliches Verfahren zur Behandlung von Aluminiumlegierungen. Glücklicherweise wird die Bestimmung des für Sie richtigen Behandlungsverfahrens mit Hilfe eines vertrauenswürdigen Herstellungspartners einfacher.

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