کوئنچ کردن یکی از محبوب‌ترین روش‌ها برای تغییر خواص مکانیکی فلزات خاص استفاده از عمليات حرارتی است. تغییر مقاومت، سختی و استحکام یک فلز در حالی که ترکیب شیمیایی آن دست نخورده و بدون تغییر باقی می‌ماند، یک راه عالی برای متناسب کردن یک فلز با نیازهای صنعت است.
عملیات حرارتی با روش‌های مختلفی قابل انجام است که یکی از مهم ترین آن‌ها کوئنچ کردن است.
کوئنچ چیست؟
عملیاتی که در طی آن فولاد را به سرعت از دمای سخت کاری (آستنیته شدن) تا دمای محیط یا دمای خاص دیگری سرد می‌کنند، کوئنچ کردن یا آبدهی می‌گویند. این عملیات سریع ترین راه برای بازگشت دمای فلز به دمای اتاق بعد از عملیات حرارتی است. فرآیند خنک سازی می تواند با استفاده از دمای مایع یا اجباری صورت بگیرد که از آن با نام محیط یاد می‌شود.
در عملیات حرارتی فولادهای ابزار و قالب، کوئنچ کردن یکی از مهم‌ترین و حساس‌ترین عملیات به شمار می رود. سرعتی که برای سرد کردن فولادهای ابزار استفاده می‌کنند، به میزان عناصر آلیاژی ارتباط دارد. این سرعت سرد کردن را می‌توان با انتخاب محیط کوئنچ به کنترل در آورد.
نکات قابل توجه هنگام کوئنچ کردن
تا قبل از این که قطعه کار برای مدت کافی در دمای سخت‌کاری نمانده بود، آن را کوئنچ نکنید. پس از کامل شدن سیکل، بلافاصله عملیات تمپرینگ را آغاز کنید. قطعه کار نباید به مدت طولانی در دمای محیط نگه داشته شود و باید هر چه سریع تر تمپرینگ آن را انجام داد.
سعی کنید که این عملیات برای قطعات یک محموله تولیدی، یکسان اجرا شود و قطعات طویل و نازک را به صورت عمودی کوئنچینگ کنید تا خمش، کمانی شدن و پیچش آن‌ها به حداقل برسد.
محیط‌های کوئنچ کردن
فرآیند خنک سازی در کوئنچ در محیط‌های مختلفی صورت می‌گیرد که هرکدام ویژگی‌ها و شرایط مخصوص به خود را دارند. این محیط ها عبارت‌‌اند از :
- هوا
- روغن
- آب
- مواد پلیمری
هوا:
هوا یکی از متداول ترین محیط های خنک کننده است، هوای ساکن قدرت چندانی برای خنک سازی را ندارد. به همین دلیل کوره‌های سخت‌کاری در این فرآیند هوای اطراف قطعه را فشرده نموده و موجب افزایش فشار وارد بر فلز می‌شوند. رایج بودن این روش به دلیل مقرون به صرفه بودن آن است.
روغن:
روغن نسبت به هوای فشرده با سرعت بیشتری فلزات گرم شده را خاموش می‌کند. در این نوع قسمتی از فلز داغ را درون روغن کوئنچ قرار می‌دهند. روغن‌های مورد استفاده از آن جا که دارای قدرت خنک‌کنندگی و اشتعال مختلفی هستند با توجه به کاربردشان مورد استفاده قرار می‌گیرند.
نکات آبدهی با روغن
با توجه به این که فولاد داغ در روغن ممکن است خطر آتش سوزی داشته باشد، لازم است برای این کار از روغن با نقطه اشتعال لحظه های (Flash point) بالا استفاده شود. سرعت سرد شدن قطعه کار در روغن، آهسته تر از آب یا آب نمک است. بنابراین میزان تنش‌های پس ماند در قطعه کار نیز پایین‌تر خواهد بود.
آب:
بهتر است به جای آب خالص از آب نمک استفاده کنید، در سخت‌کاری با آب نمک فرآیند خنک سازی نسبت به روغن و هوا با سرعت بالاتری انجام می‌شود. نمک موجود در آب نمک از تشکیل حباب‌های هوا بر روی قطعه جلوگیری می‌کند، بنابراین سطح مقطع بیشتری توسط محلول پوشیده خواهد شد.
مواد پلیمری:
طی 50 سال اخیر بهره برداری و استفاده از محلول های پلیمری با افزایش چشم گیری همراه بوده است. افزودن پلیمرها به آب این امکان را فراهم می نماید تا شدت سردکنندگی آن تغییر کند.
در حالت کلی آب از شدت سردکنندگی بالایی برخوردار است که این شرایط برای برخی از فولادها مناسب نیست. محیط‌های روغنی نیز جایگزین مناسبی برای این دسته از فولادها نیستند چرا که علی رغم شدت سردکنندگی پایین از سختی کافی برخوردار نیستند و خطراتی همچون حریق را نیز به همراه دارند. با وجود شرایط بالا محیط‌های پلیمری برای برخی از قطعات می‌توانند بهترین گزینه باشند.
مزایای کوئنچ کردن در مواد پلیمری
- حذف خطر حریق و آتش سوزی
- مقرون به صرفه بودن نسبت به محلول روغن در آب
- حداقل افزایش دمای محلول به هنگام سرد نمودن
- حداقل آسیب به محیط زیست
