Traitement thermique pour pièces usinées CNC

Il existe de nombreuses façons de modifier les propriétés des métaux et leur réponse à l'usinage de précision . L'une de ces méthodes est le traitement thermique. Le traitement thermique affecte de nombreux aspects différents des métaux, notamment la résistance, la dureté, la ténacité, la maniabilité, la formabilité, la ductilité et l'élasticité. Cela affecte également les propriétés physiques et mécaniques du métal, modifiant ainsi l'utilisation du métal ou modifiant le travail futur du métal. Ces changements sont dus à des modifications de la microstructure et parfois de la composition chimique du matériau

Ici, nous étudions attentivement les traitements thermiques liés aux alliages métalliques les plus couramment utilisés dans l'usinage CNC et comment ces traitements thermiques affectent les pièces dans l'usinage de précision.

Qu'est-ce que le traitement thermique ?

De nombreuses installations de production CNC standard utilisent un traitement thermique. Les fabricants peuvent modifier la résistance, la plasticité et la résistance à la corrosion des composants finis en choisissant d'inclure des processus de traitement thermique.

Ces traitements consistent à chauffer l'alliage métallique à une température (généralement) extrême, puis à le refroidir dans des conditions contrôlées pour modifier l'état physique ou les propriétés mécaniques du matériau. La température à laquelle le matériau est chauffé, le temps nécessaire pour maintenir cette température et la vitesse de refroidissement affectent grandement les propriétés physiques finales de l'alliage métallique.

Une partie du processus de conception et d'ingénierie consiste à déterminer les propriétés physiques requises pour la pièce et à sélectionner le meilleur métal pour répondre à ces exigences. Le traitement thermique des alliages métalliques avant ou après le traitement peut grandement améliorer les propriétés physiques clés. Le traitement thermique augmente la dureté, la résistance ou la maniabilité du métal.

Types de traitement thermique

Recuit

Le recuit est un processus de traitement thermique par lequel le matériau est chauffé à une température critique puis refroidi lentement. Le processus de recuit modifie la structure physique du matériau, le rendant plus souple et plus ductile.

Le recuit est une méthode de traitement thermique dans laquelle un métal tel que l'aluminium, le cuivre, l'acier, l'argent ou le laiton est chauffé à une température spécifique et maintenu à cette température pendant un certain temps pour subir une transformation, puis refroidi à l'air. Ce processus augmente la ductilité du métal et réduit la dureté, ce qui rend le métal plus facile à traiter. Le cuivre, l'argent et le laiton peuvent être refroidis rapidement ou lentement, tandis que les métaux ferreux comme l'acier doivent toujours être refroidis progressivement pour que le recuit se produise.

Le recuit est généralement effectué après la formation de tous les alliages métalliques et avant un traitement ultérieur pour les ramollir et améliorer leur maniabilité, de sorte que les matériaux plus durs ne soient pas facilement fissurés ou cassés. Si aucun autre traitement thermique n'est spécifié, la plupart des pièces usinées CNC auront des propriétés matérielles à l'état recuit.

Tempérer

Le revenu chauffe également les pièces à une température inférieure au recuit, généralement après la trempe de l'acier doux (1045 et A36) et de l'acier allié (4140 et 4240). La trempe peut être utilisée pour modifier la dureté, la ductilité et la résistance des métaux, ce qui les rend généralement plus faciles à traiter. Le métal sera chauffé à une température inférieure au point critique car la température plus basse réduit la fragilité tout en maintenant la dureté.

Soulagement du stress

Le soulagement des contraintes consiste à chauffer la pièce à une température élevée (mais inférieure au recuit), puis à refroidir lentement la pièce. Il est généralement utilisé après l'usinage CNC pour éliminer les contraintes résiduelles générées lors du processus de fabrication. De cette façon, des pièces avec des propriétés mécaniques plus cohérentes peuvent être produites.

L'élimination des contraintes est une condition nécessaire pour éliminer les contraintes internes du matériau lors du processus de fabrication précédent. S'il n'y a pas de soulagement des contraintes, les pièces se fissureront ou perdront leur tolérance pendant l'utilisation, ce qui finira par endommager les pièces.

Extinction

La trempe consiste à chauffer le métal à très haute température puis à effectuer une étape de refroidissement rapide. Habituellement, le matériau est immergé dans de l'huile ou de l'eau ou exposé à un courant d'air froid. Cependant, selon les propriétés mécaniques finales requises par la pièce, des polymères ou des sels sont parfois utilisés. Le refroidissement rapide "serre" les changements microstructuraux que le matériau subit lorsqu'il est chauffé, ce qui entraîne une très grande dureté de la pièce.

Les pièces sont généralement trempées après l'usinage CNC comme dernière étape du processus de fabrication pour obtenir une dureté de surface élevée. Le processus de revenu peut ensuite être utilisé pour contrôler la dureté résultante. Par exemple, la dureté de l'acier à outils A2 après trempe est de 63-65 HRC, mais il peut être revenu à une dureté comprise entre 42 et 62 HRC. La trempe peut réduire la fragilité des pièces, prolongeant ainsi la durée de vie des pièces (la dureté est de 56-58 HRC pour de meilleurs résultats).

Cémentation

La cémentation est une série de traitements thermiques qui peuvent entraîner une dureté de surface élevée des pièces tout en maintenant la douceur à l'intérieur du matériau. C'est généralement mieux que d'ajouter de la dureté à tout le volume de la pièce (par exemple par trempe), car les pièces plus dures sont également plus fragiles.

La carburation est le traitement thermique de cémentation le plus courant. Pour les métaux à faible teneur en carbone (comme l'acier), du carbone supplémentaire doit être injecté dans la surface, puis la pièce est trempée pour verrouiller le carbone dans la matrice métallique, ce qui augmente la dureté de surface de l'acier d'une manière similaire à la façon dont l'anodisation augmente la dureté de surface des alliages d'aluminium .

La cémentation est un processus généralement utilisé comme dernière étape après l'usinage de la pièce. Combinez une chaleur élevée avec d'autres éléments et produits chimiques pour produire une couche extérieure durcie. Étant donné que la trempe rend les métaux plus fragiles, la trempe de surface est utile pour les applications qui nécessitent des métaux flexibles avec des couches d'usure durables.

Quand les traitements thermiques sont-ils appliqués  ?

L'alliage métallique peut être traité thermiquement tout au long du processus de fabrication. Pour les pièces d'usinage CNC, les traitements thermiques suivants sont généralement utilisés :

Avant l'usinage CNC : S'il est nécessaire de fournir une qualité standardisée d'alliage métallique, le fournisseur de services CNC traitera directement les pièces à partir du matériau de stock. C'est généralement la meilleure option pour réduire les délais de livraison.

Après l'usinage CNC : Certains traitements thermiques peuvent augmenter significativement la dureté du matériau, ou servir d'étape de finition après formage. Dans ces cas, une dureté élevée réduira l'usinabilité du matériau, de sorte que le traitement thermique est effectué après l'usinage CNC. Par exemple, c'est la pratique courante lors de l'usinage CNC de pièces en acier à outils.

Comment spécifier un traitement thermique dans votre commande

Lors de la passation d'une commande CNC, il existe trois façons de demander un traitement thermique :

Donnez une référence aux normes de fabrication :

De nombreux traitements thermiques ont été standardisés et largement utilisés. Par exemple, l'indicateur T6 dans les alliages d'aluminium (6061-T6, 7075-T6, etc.) indique que le matériau a été durci par précipitation.

Spécifiez la dureté requise :

Il s'agit d'une méthode courante pour spécifier le traitement thermique et le durcissement superficiel des aciers à outils. Cela indiquera au fabricant quel traitement thermique il doit effectuer après l'usinage CNC. Par exemple, pour l'acier à outils D2, la dureté est généralement de 56-58 HRC.

Spécifiez le cycle de traitement thermique :

Cela nécessite des connaissances métallurgiques avancées. Si vous comprenez comment différents traitements thermiques affectent les métaux, vous pouvez spécifier le processus de traitement thermique requis afin de pouvoir modifier spécifiquement les propriétés du matériau de l'application.