Setiap ahli mesin CNC mengetahui rasa frustrasi pada bagian yang berubah dimensi setelah perlakuan panas. Lubang yang diukur dengan sempurna pada mesin menjadi oval. Permukaan datar melengkung menjadi piring dangkal. Toleransi kritis yang berada dalam mikron tiba-tiba melampaui batas yang dapat diterima. Akar penyebabnya terletak pada bagaimana perlakuan panas mengubah struktur internal logam. Di antara banyak proses perlakuan panas, anil dan pendinginan mewakili ujung spektrum yang berlawanan. Memahami pengaruhnya yang berbeda terhadap stabilitas dimensi membantu masinis memilih proses yang tepat dan memprediksi perubahan pasca perawatan.
Annealing adalah proses pemanasan dan pendinginan yang lambat dan terkontrol. Logam dipanaskan sampai suhu tertentu, ditahan di sana untuk memungkinkan rekristalisasi, dan kemudian didinginkan dengan sangat lambat, sering kali di dalam tungku itu sendiri. Pendinginan lambat ini memberikan waktu bagi atom untuk menyusun struktur keseimbangan yang bebas tekanan. Untuk baja, anil menghasilkan struktur mikro ferit dan perlit yang lunak dan ulet. Untuk aluminium, anil menghilangkan efek kerja dingin dan menghasilkan struktur butiran yang lembut dan terkristalisasi sepenuhnya. Karakteristik dimensi utama dari anil adalah distorsi minimal. Karena logam tidak pernah mengalami gradien termal tiba-tiba atau transformasi fasa yang melibatkan perubahan volume, bagian-bagian yang muncul dari anil memiliki dimensi yang pada dasarnya sama dengan saat semula. Tegangan sisa dari pemesinan sebelumnya atau pengerjaan dingin dihilangkan secara bertahap dan seragam.
Hal ini menjadikan anil pilihan yang lebih disukai untuk komponen yang telah dikerjakan secara kasar hingga mendekati bentuk jaring dan memerlukan dimensi akhir agar tetap stabil. Komponen kompleks seperti dasar cetakan, pelat jig, dan rumah presisi sering kali mengalami pelepas tegangan antara pemotongan seadanya dan pemotongan akhir. Proses ini menghilangkan tekanan internal yang menyebabkan lengkungan selama pemesinan akhir. Contoh praktisnya adalah pelat aluminium besar yang dikantongi di salah satu sisinya. Tanpa anil, tekanan yang tidak seimbang dari pemesinan akan menyebabkan pelat melengkung. Anil pelepas stres pada suhu 350 derajat Fahrenheit selama beberapa jam, diikuti dengan pendinginan udara perlahan, mengembalikan stabilitas sebelum pemotongan akhir dilakukan.
Sebaliknya, quenching adalah proses pendinginan yang cepat. Logam dipanaskan sampai suhu austenitisasi dan kemudian dimasukkan ke dalam air, minyak, atau polimer. Pendinginan cepat ini memerangkap karbon dalam larutan padat jenuh yang disebut martensit dalam baja. Martensit mempunyai struktur kristal tetragonal berpusat badan yang volumenya lebih besar dibandingkan austenit aslinya. Pemuaian volume yang tiba-tiba terjadi secara tidak merata karena bagian-bagian yang berbeda mendingin dengan kecepatan yang berbeda-beda. Bagian yang lebih tipis mendingin lebih cepat, berubah lebih cepat, dan mengembang sementara bagian yang lebih tebal masih panas dan plastis. Ketidaksesuaian ini menciptakan tekanan internal yang parah dan seringkali menyebabkan distorsi yang terukur. Poros yang lurus dapat menjadi bengkok. Lubang yang bulat bisa menjadi oval. Pelat datar dapat membentuk bentuk piringan dengan ketebalan beberapa perseribu per inci.
Quenching juga menimbulkan tegangan sisa yang tetap terkunci pada bagian tersebut. Tekanan-tekanan ini tidak langsung menyebabkan distorsi ketika bagian tersebut masih utuh, namun segera setelah material dihilangkan melalui pemesinan berikutnya, keseimbangan bergeser dan bagian tersebut bergerak. Inilah sebabnya banyak toko melaporkan bahwa komponen baja yang diquench dan ditempa mengubah dimensi secara dramatis selama penggerindaan akhir atau pembubutan keras. Solusinya adalah dengan memasukkan langkah tempering atau menghilangkan stres segera setelah quenching. Tempering memanaskan kembali bagian yang dipadamkan ke suhu sedang, yang memungkinkan relaksasi stres tanpa kehilangan kekerasan. Bahkan dengan proses tempering, bagian yang diquenching tidak akan pernah stabil secara dimensional seperti bagian yang dianil. Perubahan volume mendasar dari transformasi martensit tidak dapat dibatalkan.
Untuk aplikasi yang menuntut kekerasan tinggi dan stabilitas dimensi, urutan yang terbukti adalah pengerjaan kasar, lalu quench dan temper, lalu mesin finishing. Langkah pemesinan akhir menghilangkan kulit yang terdistorsi dan menciptakan dimensi akhir dari material yang kini stabil. Namun, pendekatan ini memerlukan waktu pengaturan ekstra dan berisiko kehilangan konsentrisitas. Alternatifnya adalah dengan menggunakan austempering atau marquenching, yang merupakan proses pendinginan yang dimodifikasi yang mengurangi gradien termal. Proses khusus ini menghasilkan lebih sedikit distorsi namun lebih mahal dan memerlukan kontrol proses yang lebih ketat.
Pemilihan material juga penting. Baja perkakas pengerasan udara seperti A2 atau D2 mengalami distorsi yang jauh lebih sedikit selama pendinginan dibandingkan baja perkakas pengerasan air seperti W1. Untuk bagian penting, menentukan baja dengan distorsi rendah atau baja tahan karat pengerasan presipitasi seperti 17 4 PH dapat menghilangkan masalah. Pengerasan presipitasi menggunakan siklus pendinginan dan penuaan udara yang relatif lambat, menggabungkan kekuatan tinggi dengan stabilitas dimensi yang sangat baik.
Aturan praktis untuk bengkel CNC sangatlah mudah. Jika komponen memerlukan kekerasan tinggi di atas 45 HRC dan ketahanan aus, pendinginan diperlukan, namun rencanakan untuk menyelesaikan pemesinan setelah perlakuan panas. Jika bagian tersebut hanya memerlukan pelepas tegangan atau pelunakan agar pemesinan lebih mudah, anil adalah pilihan yang stabil. Jangan pernah memadamkan bagian yang sudah selesai hingga dimensi akhir. Distorsi akan selalu menghilangkannya. Untuk suku cadang yang berada di antara persyaratan ini, pertimbangkan pendekatan dua tahap: pengerjaan kasar, pendinginan dan temper, kemudian penyelesaian mesin dengan pembubutan atau penggilingan keras. Pengoperasian tambahan membutuhkan waktu tetapi menjamin stabilitas. Memahami perbedaan mendasar antara transformasi anil yang lambat dan damai dan transformasi quenching yang mengubah volume dan penuh kekerasan adalah langkah pertama menuju dimensi bagian yang dapat diprediksi dan diulang.
