Usinage CNC - Plusieurs processus d'usinage courants de l'acier

Pour modifier les propriétés de l'acier et rendre l'acier plus facile à usiner, des traitements et processus supplémentaires sont généralement effectués avant la fin de l'usinage. Le durcissement du matériau avant l'usinage augmente le temps d'usinage et augmente l'usure de l'outil, mais l'acier peut être traité après l'usinage pour augmenter la résistance ou la dureté du produit fini. Voici 3 techniques de traitement courantes pour l'acier.

1. Traitement thermique

Le traitement thermique fait référence à plusieurs processus différents qui impliquent de manipuler la température de l'acier pour modifier ses propriétés matérielles.

Recuit, utilisé pour réduire la dureté et augmenter la ductilité, rendant l'acier plus facile à travailler. Le processus de recuit chauffe lentement l'acier à la température souhaitée pendant un certain temps. Le temps et la température requis dépendent de l'alliage spécifique et diminuent avec l'augmentation de la teneur en carbone. Enfin, l'acier est lentement refroidi dans un four ou entouré d'un matériau isolant.

Normalisation, qui soulage les contraintes internes de l'acier tout en maintenant une résistance et une dureté supérieures à celles de l'acier recuit. Pendant la normalisation, l'acier est chauffé à haute température puis refroidi à une température appropriée pour améliorer la dureté de l'acier.

La trempe, qui non seulement durcit l'acier et augmente sa résistance, mais le rend également plus cassant. Le processus de durcissement consiste à chauffer lentement l'acier, à le faire tremper à des températures élevées, puis à le refroidir rapidement en immergeant l'acier dans un liquide tel que de l'eau, de l'huile ou une solution de saumure.

La trempe, qui peut être utilisée pour soulager une partie de la fragilité qui accompagne le durcissement de l'acier. Le revenu de l'acier est presque identique à la normalisation :il est d'abord chauffé lentement à une température sélectionnée, puis l'acier est refroidi à l'air. La différence est que la trempe est effectuée à une température plus basse que les autres procédés, ce qui réduit la fragilité et la dureté de l'acier trempé.

2. Durcissement par précipitation

Le durcissement par précipitation augmente la limite d'élasticité de l'acier. La principale différence entre les aciers à durcissement par précipitation est qu'ils contiennent des éléments tels que le cuivre, l'aluminium, le phosphore ou le titane, qui non seulement augmentent la résistance de l'acier mais maintiennent également une ténacité suffisante, une classe d'aciers inoxydables à haute résistance, appelée PH aciers. Pour activer les propriétés de durcissement par précipitation, l'acier est d'abord mis en solution puis durci par vieillissement. Le processus de durcissement par vieillissement chauffe le matériau sur une longue période de temps, provoquant la précipitation des éléments ajoutés - formant des particules solides de différentes tailles - qui augmentent la résistance du matériau.

17-4PH (également connu sous le nom d'acier 630) est un exemple courant de nuance d'acier inoxydable à durcissement par précipitation. Cet alliage contient 17 % de chrome et 4 % de nickel et 4 % de cuivre, ce qui facilite le durcissement par précipitation. En raison de sa dureté, de sa solidité et de sa résistance élevée à la corrosion, le 17-4PH est utilisé dans les plates-formes d'héliport, les aubes de turbine et les barils de déchets nucléaires.

3. Travail à froid

Les changements peuvent également modifier les propriétés de l'acier sans appliquer beaucoup de chaleur. Par exemple, l'acier travaillé à froid est renforcé par le processus d'écrouissage. L'écrouissage se produit lorsqu'un métal subit une déformation plastique. Cela peut être fait intentionnellement en martelant, roulant ou étirant le métal. L'écrouissage peut également se produire involontairement pendant l'usinage si l'outil de coupe ou la pièce devient trop chaud. Le travail à froid améliore également l'usinabilité de l'acier. L'acier doux est très approprié pour le travail à froid.

Considérations relatives à la conception des structures en acier

Lors de la conception de pièces en acier, il est important de garder à l'esprit les propriétés uniques du matériau. Les fonctionnalités qui en font un bon ajustement pour votre application peuvent nécessiter des considérations supplémentaires de conception pour la fabrication (DFM).

L'usinage de l'acier prend plus de temps que d'autres matériaux plus tendres tels que l'aluminium ou le laiton en raison de la dureté du matériau, et vous pouvez protéger vos pièces et vos outils en réduisant les vitesses de broche et les vitesses d'avance.

Lors du choix de l'acier à utiliser, non seulement la dureté et la résistance, mais aussi les différences d'usinabilité doivent être prises en compte. Par exemple, l'acier inoxydable prend environ deux fois plus de temps à traiter que l'acier au carbone. Lors du choix de différentes nuances, il est également nécessaire de considérer quelles propriétés sont les plus importantes et quels alliages d'acier sont facilement disponibles. Les nuances courantes, telles que l'acier 304 ou l'acier inoxydable 316, sont disponibles dans une plus large gamme de tailles de stock et nécessitent moins de temps pour être trouvées et achetées.