Guide des traitements thermiques des pièces métalliques usinées CNC

L'usinage CNC est une méthode de fabrication soustractive qui utilise des outils et la rotation pour créer des pièces à partir de blocs solides de matériau. Les pièces peuvent être usinées de différentes manières, ce qui fait de l'usinage CNC un processus de fabrication polyvalent qui peut être utilisé pour tout créer, du châssis d'automobile à l'équipement chirurgical.

Les traitements thermiques sont une technique qui a été développée pour rendre les métaux plus maniables pendant le processus de fabrication ou pour améliorer les caractéristiques du matériau une fois l'usinage terminé. L'application de chaleur et d'autres éléments aux pièces métalliques de manière stratégique permet la création de pièces avec une ductilité, une dureté, une ténacité et d'autres propriétés supérieures.

Voici quelques-uns des traitements thermiques les plus courants pour les pièces métalliques usinées CNC.

Recuit

Le processus de recuit consiste à chauffer les métaux à une température critique, qui varie selon l'alliage, à maintenir cette température pendant un certain temps, puis à refroidir lentement le métal à l'air pour créer la microstructure souhaitée dans le métal.

Le recuit est généralement appliqué aux alliages métalliques après le formage pour augmenter la ductilité du matériau, ce qui rend les métaux plus durs moins sujets à la fissuration ou à la fracture pendant le processus d'usinage.

Cémentation

La cémentation est une méthode de traitement thermique qui augmente la dureté de la couche extérieure d'acier au carbone ou allié sans durcir le matériau intérieur. Les métaux comme le fer et l'acier ont souvent une faible teneur en carbone, donc l'application d'une combinaison de chaleur et d'une substance riche en carbone à la surface donne à un alliage par ailleurs à faible teneur en carbone un extérieur durci à haute teneur en carbone. Cela rend la cémentation idéale pour les applications qui nécessitent de la flexibilité mais une couche externe durable et résistante à l'usure, telles que les arbres à cames de moteur.

Bien que les processus de durcissement améliorent considérablement la résistance des métaux, ils ont également tendance à augmenter la fragilité du matériau. Pour cette raison, la cémentation est généralement effectuée après l'usinage.

Soulager le stress

L'usinage CNC peut créer des contraintes dans le matériau de la pièce qui, si elles ne sont pas traitées, peuvent gravement compromettre la qualité globale de la pièce. Comme le recuit, la relaxation des contraintes consiste à chauffer les alliages métalliques à des températures élevées et à les refroidir lentement. Cependant, contrairement au recuit, ce traitement thermique est appliqué après le processus d'usinage pour éliminer les contraintes résiduelles. La relaxation des contraintes améliore les propriétés mécaniques d'une pièce sans modifier la structure ou la dureté du matériau.

Trempe et revenu

Également connue sous le nom de transformation martensitique, la trempe et le revenu est une méthode en deux parties spécifiquement conçue pour augmenter la dureté des pièces en acier.

Dans le processus de trempe, l'acier ou l'alliage d'acier est chauffé à une température élevée, ce qui fait que la structure cristalline du fer passe de la ferrite à l'austénite. Cela permet au métal d'absorber plus de carbone.

L'acier est ensuite rapidement refroidi pour "verrouiller" le changement de phase du fer, tandis que l'ajout de carbone donne une structure de réseau cristallin extrêmement solide appelée martensite, qui possède d'excellentes propriétés de dureté de surface.

La trempe, d'autre part, est le processus de chauffage des métaux à des températures élevées (bien que des températures bien inférieures à la température critique du matériau, par opposition au recuit) après la trempe du métal. Cela réduit la fragilité du matériau, tout en améliorant sa ténacité et en prolongeant la durée de vie de la pièce.

Durcissement par précipitation

Le durcissement par précipitation est utilisé pour augmenter la résistance des métaux malléables comme l'aluminium, les aciers inoxydables et les superalliages. Le processus est similaire à la trempe et au revenu et consiste à chauffer le métal à haute température, à le tremper, puis à le chauffer à une température plus basse pendant une période prolongée. Cela permet aux précipités dans l'alliage de se disperser et de réduire le mouvement de dislocation (irrégularité) dans la microstructure, augmentant considérablement la résistance et la dureté du métal.

Le durcissement par précipitation est couramment appliqué aux composants dans les applications aérospatiales où la réduction du poids sans sacrifier la résistance est essentielle - les pièces en aluminium durci par précipitation, par exemple, peuvent atteindre des résistances comparables à celles de l'acier inoxydable, mais à environ un tiers du poids.

Choisir le procédé de traitement thermique idéal

Les traitements thermiques peuvent apporter des améliorations incroyables aux propriétés matérielles des pièces métalliques. Cependant, il est important que les équipes produits fassent leurs recherches pour déterminer quel traitement thermique est le mieux adapté à une pièce donnée. Alors que la trempe et le revenu peuvent être idéaux pour créer des aciers à haute résistance, c'est un processus beaucoup moins utile pour traiter les alliages d'aluminium. Heureusement, il est plus simple de déterminer le processus de traitement qui vous convient le mieux avec l'aide d'un partenaire de fabrication de confiance.

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