تکنیک های کوئنچینگ

کوئنچینگ فولاد

کوئنچینگ فولاد (QUENCHING) به فرآیند سرد شدن سریع قطعات فلزی از دمای آستنیته یا محلول، معمولاً در محدوده 815 تا 870 درجه سانتیگراد (1500 تا 1600 درجه فارنهایت) برای فولاد اشاره دارد. فولادهای زنگ نزن و پر آلیاژ ممکن است برای به حداقل رساندن حضور کاربیدهای مرز دانه یا بهبود توزیع فریت کوئنچ شوند، اما اکثر فولادها از جمله فولادهای کم آلیاژ و ابزار، برای تولید مقادیر کنترل شده مارتنزیت در ریزساختار، کوئنچ می شوند.

سخت شدن موفقیت آمیز معمولاً به معنای دستیابی به ریزساختار، سختی، استحکام یا چقرمگی مورد نیاز و در عین حال به حداقل رساندن تنش پسماند، اعوجاج و احتمال ترک خوردن است.

انتخاب یک محیط کوئنچ (ارجاع به مقاله محیط های خنک کننده) کننده به سختی پذیری آلیاژ خاص، ضخامت بخش و شکل درگیر، و سرعت خنک سازی مورد نیاز برای دستیابی به ریزساختار مورد نظر بستگی دارد. رایج ترین محیط های کوئنچ کننده مایعات یا گازها هستند. کوئنچ کننده های مایع که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از:

• روغنی که ممکن است حاوی انواع مواد افزودنی باشد
• آب
• محلول های پلیمری آبی
• آبی که ممکن است حاوی نمک یا مواد افزودنی سوزاننده باشد

رایج ترین گازهای کوئنچ کننده گازهای بی اثر از جمله هلیوم، آرگون و نیتروژن هستند. گاهی اوقات از این کوئنچ ها پس از آستنیته کردن در خلاء استفاده می شود. توانایی یک کوئنچ در سخت شدن فولاد به ویژگی های خنک کننده محیط کوئنچ کننده بستگی دارد. اثر کوئنچینگ به ترکیب فولاد، نوع کوئنچ یا شرایط استفاده از کوئنچ بستگی دارد. طراحی سیستم کوئنچ و دقتی که سیستم با آن حفظ می شود نیز به موفقیت فرآیند کمک می کند.

جهت اطلاع از قیمت فولاد عملیات حرارتی کلیک نمایید.

 مبانی کوئنچ

اساساً، هدف از فرآیند کوئنچ سرد کردن فولاد از دمای آستنیته به سرعت کافی برای تشکیل فازهای ریزساختاری مورد نظر، گاهی بینیت اما اغلب مارتنزیت است. عملکرد اصلی کوئنچ کننده کنترل سرعت انتقال حرارت از سطح قطعه ای است که کوئنچ می شود.

سرعت استخراج گرما توسط یک محیط کوئنچ کننده و نحوه استفاده از آن به طور قابل توجهی بر عملکرد کوئنچ کننده تأثیر می گذارد. تغییرات در شیوه های کوئنچ کردن منجر به انتساب نام های خاص به برخی از تکنیک های کوئنچ شده است

تکنیک های کوئنچ

• کوئنچ کردن مستقیم
• کوئنچ زمان
• کوئنچ انتخابی
• کوئنچ با اسپری
• کوئنچ مه

کوئنچ مستقیم

به سرد کردن مستقیم از دمای آستنیته اشاره دارد و تا حد زیادی پرکاربردترین عمل است. اصطلاح کوئنچ کردن مستقیم برای متمایز کردن این نوع چرخه از روش‌های غیرمستقیم‌تر که ممکن است شامل کربوره سازی، خنک‌سازی آهسته، گرم کردن مجدد و به دنبال آن کوئنچ کردن باشد، استفاده می‌شود.

کوئنچ زمانی

هنگامی استفاده می شود که سرعت خنک سازی قطعه نیاز به تغییر ناگهانی در طول چرخه خنک کننده داشته باشد. تغییر در سرعت خنک‌سازی ممکن است شامل افزایش یا کاهش نرخ خنک‌کننده باشد، بسته به اینکه برای دستیابی به نتایج مطلوب مورد نیاز است.

روش معمول این است که دمای قطعه را با کوئنچ کردن در محیطی با خصوصیات انتقال حرارت بالا (مثلاً آب) کاهش دهید تا زمانی که قطعه زیر دماغه نمودار TTT خنک شود و سپس قطعه را به محیط دوم (مثلاً روغن) منتقل کنید تا در محدوده تشکیل مارتنزیت کندتر خنک شود. در برخی کاربردها، محیط دوم ممکن است هوا یا گاز بی اثر باشد. کوئنچ زمانی اغلب برای به حداقل رساندن اعوجاج، ترک خوردگی و تغییرات ابعادی استفاده می شود.

کوئنچ انتخابی

زمانی استفاده می شود که مطلوب باشد مناطق خاصی از یک قطعه نسبتاً تحت تأثیر محیط کوئنچ کننده قرار نگیرد. این کار را می توان با عایق بندی ناحیه ای که قرار است به آرامی خنک شود، انجام داد تا کوئنچ تنها با قسمت هایی از قسمتی که قرار است سریع خنک شود، تماس پیدا کند. کوئنچ با اسپری شامل هدایت جریان های پرفشار مایع کوئنچ کننده به قسمت هایی از قطعه کار است که در آن نرخ های خنک کننده بالاتر مورد نظر است.

سرعت خنک‌سازی سریع‌تر است، زیرا قطرات کوئنچ کننده‌ای که توسط اسپری با شدت بالا ایجاد می‌شوند، سطح قطعه را تحت تأثیر قرار می‌دهند و گرما را به طور مؤثری جذب می‌کنند. با این حال، پاشش کم فشار، در واقع یک جریان از نوع سیل، با کوئنچ کننده های پلیمری خاص ترجیح داده می شود.

 کوئنچ کردن مه

از مه ریز یا مه قطرات مایع در حامل گاز به عنوان عامل خنک کننده استفاده می کند. اگرچه شبیه به کوئنچ کردن اسپری است، اما کوئنچ کردن مه به دلیل محتوای نسبتاً کم جریان مایع ، نرخ خنک‌سازی پایین‌تری ایجاد می‌کند.

کوئنچ منقطع

به سرد شدن سریع فلز از دمای آستنیته تا نقطه ای بالاتر از Ms که در آن برای مدت زمان مشخصی نگه داشته می شود و به دنبال آن خنک شدن در هوا اطلاق می شود. سه نوع کوئنچ منقطع وجود دارد: آستمپرینگ، مارتمپرینگ و کوئنچ ایزوترمال. دمایی که در آن کوئنچ قطع می‌شود، مدت زمانی که فولاد در دما نگه داشته می‌شود و نرخ خنک‌سازی بسته به نوع فولاد و ضخامت قطعه کار می‌تواند متفاوت باشد. مقایسه چرخه کوئنچ مستقیم و قطع شده در شکل زیر نشان داده شده است.