Tratamiento térmico para piezas mecanizadas CNC

Hay muchas formas de cambiar las propiedades de los metales y su respuesta al mecanizado de precisión . Uno de estos métodos es el tratamiento térmico. El tratamiento térmico afecta muchos aspectos diferentes de los metales, incluida la resistencia, la dureza, la tenacidad, la trabajabilidad, la formabilidad, la ductilidad y la elasticidad. También afecta las propiedades físicas y mecánicas del metal, cambiando así el uso del metal o cambiando el trabajo futuro del metal. Estos cambios ocurren debido a cambios en la microestructura y, a veces, en la composición química del material

Aquí, estudiamos cuidadosamente los tratamientos térmicos relacionados con las aleaciones metálicas más utilizados en el mecanizado CNC y cómo estos tratamientos térmicos afectan a las piezas en el mecanizado de precisión.

¿Qué es el tratamiento térmico?

Muchas instalaciones de producción CNC estándar utilizan tratamiento térmico. Los fabricantes pueden cambiar la fuerza, la plasticidad y la resistencia a la corrosión de los componentes terminados al elegir incluir procesos de tratamiento térmico.

Estos tratamientos implican calentar la aleación de metal a una temperatura (normalmente) extrema y luego enfriarla en condiciones controladas para cambiar el estado físico o las propiedades mecánicas del material. La temperatura a la que se calienta el material, el tiempo para mantener esta temperatura y la velocidad de enfriamiento afectan en gran medida las propiedades físicas finales de la aleación metálica.

Parte del proceso de diseño e ingeniería es determinar qué propiedades físicas se requieren para la pieza y seleccionar el mejor metal para cumplir con estos requisitos. El tratamiento térmico de las aleaciones metálicas antes o después del procesamiento puede mejorar en gran medida las propiedades físicas clave. El tratamiento térmico aumenta la dureza, la resistencia o la trabajabilidad del metal.

Tipos de tratamiento térmico

Recocido

El recocido es un proceso de tratamiento térmico a través del cual el material se calienta a una temperatura crítica y luego se enfría lentamente. El proceso de recocido cambia la estructura física del material, haciéndolo más suave y dúctil.

El recocido es un método de tratamiento térmico en el que un metal como aluminio, cobre, acero, plata o latón se calienta a una temperatura específica y se mantiene a esa temperatura durante un período de tiempo para sufrir una transformación y luego se enfría con aire. Este proceso aumenta la ductilidad del metal y reduce la dureza, lo que facilita su procesamiento. El cobre, la plata y el latón se pueden enfriar rápida o lentamente, mientras que los metales ferrosos como el acero siempre deben enfriarse gradualmente para que se produzca el recocido.

El recocido generalmente se lleva a cabo después de que se forman todas las aleaciones metálicas y antes del procesamiento adicional para ablandarlas y mejorar su trabajabilidad, de modo que los materiales más duros no se agrieten o rompan fácilmente. Si no se especifica ningún otro tratamiento térmico, la mayoría de las piezas mecanizadas por CNC tendrán propiedades materiales en estado recocido.

Templado

El templado también calienta las piezas a una temperatura más baja que el recocido, normalmente después de templar el acero dulce (1045 y A36) y el acero aleado (4140 y 4240). El templado se puede usar para cambiar la dureza, la ductilidad y la resistencia de los metales, lo que generalmente los hace más fáciles de procesar. El metal se calentará a una temperatura por debajo del punto crítico porque la temperatura más baja reduce la fragilidad y mantiene la dureza.

Aliviar el estrés

El alivio de tensión implica calentar la pieza a una temperatura alta (pero más baja que el recocido) y luego enfriar lentamente la pieza. Suele utilizarse después del mecanizado CNC para eliminar la tensión residual generada durante el proceso de fabricación. De esta forma, se pueden producir piezas con propiedades mecánicas más uniformes.

La eliminación de tensiones es una condición necesaria para eliminar las tensiones internas del material en el proceso de fabricación anterior. Si no hay liberación de tensión, las piezas se agrietarán o perderán tolerancia durante el uso, lo que eventualmente provocará daños en las piezas.

Extinción

El enfriamiento implica calentar el metal a una temperatura muy alta y luego realizar un paso de enfriamiento rápido. Por lo general, el material se sumerge en aceite o agua o se expone a una corriente de aire frío. Sin embargo, dependiendo de las propiedades mecánicas finales requeridas por la pieza, a veces se utilizan polímeros o sales. El enfriamiento rápido "bloquea" los cambios microestructurales que sufre el material cuando se calienta, lo que da como resultado una dureza muy alta de la pieza.

Las piezas generalmente se templan después del mecanizado CNC como último paso en el proceso de fabricación para lograr una alta dureza superficial. El proceso de templado se puede utilizar para controlar la dureza resultante. Por ejemplo, la dureza del acero para herramientas A2 después del templado es de 63-65 HRC, pero se puede templar a una dureza de entre 42 y 62 HRC. El templado puede reducir la fragilidad de las piezas, lo que prolonga la vida útil de las piezas (la dureza es de 56-58 HRC para obtener los mejores resultados).

Endurecimiento de la superficie

El endurecimiento superficial es una serie de tratamientos térmicos que pueden resultar en una alta dureza superficial de las piezas mientras se mantiene la suavidad en el interior del material. Esto suele ser mejor que añadir dureza a todo el volumen de la pieza (por ejemplo, templando), porque las piezas más duras también son más frágiles.

La cementación es el tratamiento térmico de cementación más común. Para metales con bajo contenido de carbono (como el acero), se debe inyectar carbono adicional en la superficie y luego la pieza se templa para bloquear el carbono en la matriz metálica, lo que aumenta la dureza de la superficie del acero de manera similar a la forma en que el anodizado aumenta la dureza de la superficie de las aleaciones de aluminio.

El endurecimiento superficial es un proceso que generalmente se usa como último paso después de que la pieza ha sido maquinada. Combine altas temperaturas con otros elementos y productos químicos para producir una capa exterior endurecida. Debido a que el endurecimiento hace que los metales sean más frágiles, el endurecimiento superficial es útil para aplicaciones que requieren metales flexibles con capas de desgaste duraderas.

Cuándo se aplican los tratamientos térmicos ?

La aleación de metal se puede tratar térmicamente durante todo el proceso de fabricación. Para piezas de mecanizado CNC, se suelen utilizar los siguientes tratamientos térmicos:

Antes del mecanizado CNC: Si se requiere proporcionar un grado estandarizado de aleación de metal, el proveedor de servicios de CNC procesará directamente las piezas del material en stock. Esta suele ser la mejor opción para reducir el tiempo de entrega.

Después del mecanizado CNC: Ciertos tratamientos térmicos pueden aumentar significativamente la dureza del material o usarse como un paso de acabado después de la formación. En estos casos, la alta dureza reducirá la maquinabilidad del material, por lo que el tratamiento térmico se realiza después del mecanizado CNC. Por ejemplo, esta es la práctica estándar cuando se mecanizan con CNC piezas de acero para herramientas.

Cómo especificar un tratamiento térmico en su pedido

Al realizar un pedido de CNC, hay tres formas de solicitar un tratamiento térmico:

Dé una referencia a los estándares de fabricación:

Muchos tratamientos térmicos han sido estandarizados y ampliamente utilizados. Por ejemplo, el indicador T6 en aleaciones de aluminio (6061-T6, 7075-T6, etc.) indica que el material ha sido endurecido por precipitación.

Especifique la dureza requerida:

Este es un método común para especificar el tratamiento térmico y el endurecimiento superficial de los aceros para herramientas. Esto le indicará al fabricante qué tratamiento térmico debe realizar después del mecanizado CNC. Por ejemplo, para el acero para herramientas D2, la dureza suele ser de 56-58 HRC.

Especifique el ciclo de tratamiento térmico:

Esto requiere conocimientos metalúrgicos avanzados. Si comprende cómo los diferentes tratamientos térmicos afectan a los metales, puede especificar el proceso de tratamiento térmico requerido para que pueda modificar específicamente las propiedades del material de la aplicación.