5 Dinge, die bei der Wärmebehandlung von Metall zu beachten sind

Warum sollte die Wärmebehandlung von Metall in die Spezifikationen für abgeschnittene Teile aufgenommen werden?

Wir haben an anderer Stelle darüber gesprochen, wie Wärmeausdehnung ein Faktor bei der Entscheidung sein kann, wie genau die Abmessungen eines Metallteils sein müssen.

Wenn nämlich selbst ein geringfügiger Toleranzunterschied aufgrund von Wärmeausdehnung die Leistung des Teils beeinträchtigen würde, ist es ratsam, die Angabe einer sehr engen Toleranz zu vermeiden, wenn das Risiko einer Schwankung der Umgebungstemperatur besteht. Und das bedeutet Abweichungen überall im Prozess, vom Zuschnitt und der Inspektion der Teile bis hin zur Montage und Endverwendung.

Aber was ist, wenn Sie Metalle absichtlich wärmebehandeln? als normaler Teil Ihres Herstellungsprozesses? Was müssen Sie also beachten, wenn Sie Spezifikationen für kleine, abgeschnittene Metallteile erstellen, wie wir sie hier bei Metal Cutting Corporation herstellen?

Warum Metalle hitzebehandeln?

Warum werden Metalle wärmebehandelt? Es gibt viele wichtige Gründe. Aber im Grunde beinhaltet das Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallen die kontrollierte Anwendung von Wärme, um die physikalischen – und manchmal chemischen – Eigenschaften des Materials zu verändern.

Obwohl wir Metalle im Rahmen unserer Dienstleistungen bei Metal Cutting nicht wärmebehandeln, sind wir uns der potenziellen dimensionsverändernden Auswirkungen bewusst . Aber bevor wir die unbeabsichtigten Auswirkungen auf die Abmessungen von Metallteilen untersuchen, lassen Sie uns einige Vorteile der Wärmebehandlung und des Glühens erörtern.

Wie man Metall wärmebehandelt, um unterschiedliche Ergebnisse zu erzielen

Je nach verwendetem Verfahren werden wärmebehandelte Metalle härter oder weicher, mehr oder weniger spröde, fester oder schwächer. Basierend auf den gewünschten Endergebnissen kann das Verfahren beinhalten:

• Mit mehreren Behandlungen
• Ändern der Temperatur, bei der das Metall wärmebehandelt wird
• Variieren der Dauer der Hitzeeinwirkung
• Steuerung, wie schnell oder langsam das Material abgekühlt wird

Die Art und Weise, wie Sie bei der Wärmebehandlung von Metall Wärme zuführen und entfernen, wirkt sich sowohl auf die Streckgrenze als auch auf die Härte des Endprodukts aus.

Warum Metalle wie Edelstahl hitzebehandeln?

Zum Beispiel wird rostfreier Stahl üblicherweise wärmebehandelt, um seine Härte zu erhöhen; auf der anderen Seite kann es auch spröder werden.

Umgekehrt kann rostfreier Stahl wärmebehandelt werden, um seine Duktilität zu erhöhen, was dazu beiträgt, die Rissbildung zu minimieren und die Bearbeitbarkeit zu verbessern. Dieser Prozess kann jedoch auch die Härte des Stahls verringern.

Um ein Metall mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten – wie z. B. Edelstahl mit hoher Zugfestigkeit, aber relativ geringer Sprödigkeit – können daher mehrere Behandlungen bei unterschiedlichen Temperaturen und unterschiedlich lange Zeiträume erforderlich sein.

Geglühtes vs. wärmebehandeltes Metall:nicht dasselbe

Wird oft synonym mit dem Begriff Wärmebehandlung verwendet , Tempern ist ein spezifisches Verfahren zum Erweichen von Metallen mit dem Ziel, ihre Duktilität zu erhöhen und ihre Sprödigkeit zu verringern.

Das Glühen kann auch verwendet werden, um die Homogenität von Metallen zu erhöhen und ihre Duktilität vor der weiteren Handhabung wiederherzustellen. Wenn zum Beispiel Edelstahl 316 bearbeitet wird, kann er unerwünschte magnetische Eigenschaften annehmen; Durch Glühen des Edelstahls kann dieser jedoch in seinen ursprünglichen nichtmagnetischen Zustand (oder sehr nahe daran) zurückversetzt werden.

Das Glühen wird mit speziellen Öfen durchgeführt, in denen die Bedingungen streng kontrolliert werden. Das Metall wird auf eine hohe Temperatur erhitzt – im Allgemeinen etwas über der Rekristallisationstemperatur.

Das Material wird mehrere Stunden bis mehrere Tage auf hoher Temperatur gehalten und dann abkühlen gelassen (im Fall von Stählen und anderen Eisenmetallen sehr langsam).

Wo Sie wärmebehandeln Metalle ist ein weiterer Faktor

Wenn Sie Metall wärmebehandeln, ist auch die Atmosphäre wichtig, in der der Prozess stattfindet, da sie sich auf die Materialoberfläche und -festigkeit auswirkt.

Wenn Sie beispielsweise Wolfram in einer normalen Atmosphäre wärmebehandeln, führt dies zu einer Oxidation, die die Oberflächenbeschaffenheit porös macht. Wenn Sie jedoch in einer kontrollierten Umgebung arbeiten – wie z. B. einem Vakuum oder einer geschlossenen Stickstoff-, Argon- oder Wasserstoffatmosphäre – können Sie das Metall ohne Oxidation wärmebehandeln.

Kohlenstoffarmer Stahl kann in einer kohlenstoffreichen Umgebung geglüht werden, um den Stahl mit einer kohlenstoffreichen Oberflächenschicht zu einsatzhärten, die eine gute Ermüdungs- und Verschleißfestigkeit aufweist. Diese Technik wird verwendet, um die Härte und Haltbarkeit von Produkten wie Drahtfedern und Schmiedestücken aus Kohlenstoffstahl zu verbessern.

Wenn jedoch „Aufkohlung“ nicht erwünscht ist, sollte das Glühen in einer kohlenstoffarmen oder kohlenstofffreien Umgebung durchgeführt werden.

Wie die Legierungszusammensetzung die Metallwärmebehandlung beeinflussen kann

Manchmal ist es entscheidend, die richtige „Formel“ sowohl für die Zusammensetzung einer Legierung als auch für das Verfahren zur Wärmebehandlung von Metall zu finden, um die gewünschten Endeigenschaften zu erreichen. Ein gutes Beispiel ist das Formgedächtnis einer Nickel-Titan-Legierung – auch bekannt als NiTi oder Nitinol .

Dieses „federnde“ Material wurde zuerst im Volksmund verwendet, um Brillengestelle herzustellen, die sich biegen und scheinbar auf magische Weise in ihre ursprüngliche Form zurückkehren können. Heute wird NiTi weithin für medizinische Geräteschläuche wie Katheterführungsdrähte, Stents und mikrochirurgische Nadeln verwendet.

(Mehr über NiTi und andere Schlauchmaterialien erfahren Sie in unserem Whitepaper Schläuche für medizinische Geräte im 21. Jahrhundert:Wer braucht das? )

Die Formgedächtniseigenschaft von NiTi hängt von der Wärmebehandlung ab. Dadurch kann sich NiTi bei einer Temperatur verformen und dann seine ursprüngliche, unverformte Form wiedererlangen, wenn es über seine sogenannte Umwandlungstemperatur erhitzt wird.

NiTi ist jedoch notorisch schwierig herzustellen, sowohl aufgrund der hohen Reaktivität von Titan als auch aufgrund der Tatsache, dass selbst geringfügige Variationen in der Zusammensetzung die Umwandlungstemperatur beeinflussen können.

Wenn sich beispielsweise die Titanatome mit Sauerstoff oder Kohlenstoff verbinden, kann die NiTi-Kristallstruktur Titan verlieren, wodurch die Umwandlungstemperatur gesenkt wird. Wenn zu wenig Nickel vorhanden ist und das Material zu lange gealtert wird, wird die Umwandlungstemperatur erhöht.

Wärmebehandeltes Metall im Voraus angeben

Unabhängig davon, welches Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallen verwendet wird, ist es von entscheidender Bedeutung, das Verfahren in den Spezifikationen für Ihre abgeschnittenen Metallteile anzugeben. Es ist bemerkenswert, wie die Wärmebehandlung von Metall bestimmte Abmessungen sorgfältig bearbeiteter Teile verändern kann und keine Auswirkungen auf andere Parameter hat.

Wenn Sie beispielsweise eine Geradheitsspezifikation haben, müssen Sie berücksichtigen, ob sich die Wärmebehandlung und die daraus resultierende Ausdehnung des Metalls auf die Abmessungen Ihrer geschnittenen Teile auswirken und letztendlich, wie gut sie funktionieren – und wenn ja, können Sie müssen Sie Ihre Toleranzen entsprechend anpassen.

Wärmebehandeltes Metall kann sogar Verpackungen beschädigen

Darüber hinaus ist es wichtig sicherzustellen, dass wärmebehandelte Metallteile ordnungsgemäß verpackt werden, um ein Verziehen oder Beschädigen der zuvor geschnittenen Teile während des Transports zu vermeiden.

Zum Beispiel möchten wir bei Metal Cutting immer wissen, ob die von uns geschnittenen Teile dann zur Wärmebehandlung oder zum Glühen an Dritte gesendet werden. Da Teile durch das Tempern biegsamer gemacht werden, kann eine unzureichende Verpackung dazu führen, dass sich getemperte Teile verziehen, wenn sie neu verpackt und an Sie gesendet (oder zur weiteren Verarbeitung an uns zurückgeschickt) werden.

Teile wie Stangen können sich verbiegen, wenn sie sich ausdehnen und nach der Wärmebehandlung von Metall nicht richtig verpackt werden. Andere Teile können anfangen, aneinander zu reiben und Kratzer in ihrer Oberfläche zu bekommen, wenn die Verpackung die wärmebehandelten Metallteile nicht mehr sicher hält.

Noch ein Grund für gründliche Spezifikationen

Das Fazit ist, dass bei wärmebehandeltem Metall die Methoden und Auswirkungen berücksichtigt und mit Ihren Fertigungspartnern geteilt werden müssen, wenn Sie die Spezifikationen für Ihre Anforderungen an Kleinteile erstellen. Es hilft, die Herstellbarkeit zu optimieren und die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.

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