هرآنچه که باید درباره تمپرینگ فولادها بدانیم

مارتنزیت یک فاز بسیار سخت در فولاد است. این فاز سختی بالای خود را مدیون محلول فوق اشباع کربن در شبکه آهنی و چگالی بالای عیوب کریستالی، به ویژه نابجایی ها، و مرزهای زاویه بالا و پایین است. با این حال، به جز در درصد کربن کم، فولادهای مارتنزیتی برای بسیاری از کاربردها چقرمگی کافی ندارند.

به همین دلیل نیاز به عملیات حرارتی جهت بالا بردن چقرمگی نیاز است. این عملیات تمپرینگ نام دارد. تمپرینگ فولادهای مارتنزیتی، با حرارت دادن به مدت معینی در دماهای زیر A1 (قبل از وارد شدن به منطقه آستنیتی)، برای تبادل مقداری از استحکام برای شکل پذیری بیشتر از طریق کاهش کربن فوق اشباع در ابتدا و جایگزینی آن با ساختارهای پایدارتر معرفی می شود. علاوه بر این، آستنیت  باقی مانده مرتبط با مارتنزیت در فولادهای حاوی بیش از 0.7 درصد وزنی کربن می تواند در طول فرآیند تمپر تجزیه شود.

جهت اطلاع از فروش فولاد کلیک نمایید.

در فولادهای کربنی حاوی درصد کمی از عناصر آلیاژی رایج، مراحل زیر را در حین تمپر کردن میتواند اتفاق بی افتد.

مراحل تمپرینگ

الف- مرحله 1 (20 تا 100 درجه سانتیگراد یا 70 تا 212 درجه فارنهایت). نفوذ کوتاه برد اتم های کربن به نابجایی ها و مرزهای صفحه مارتنزیت. تشکیل خوشه های کربن

ب – مرحله 2 (100 تا 200 درجه سانتیگراد یا 212 تا 390 درجه فارنهایت). رسوب کاربیدهای انتقالی به ویژه کاربید (Fe2.4C)

ج – مرحله 3 (200 تا 350 درجه سانتیگراد یا 390 تا 660 درجه فارنهایت). تبدیل آستنیت باقیمانده به فریت و سمنتیت

د –  مرحله 4 (250 تا 700 درجه سانتیگراد یا 480 تا 1290 درجه فارنهایت). تشکیل فریت و سمنتیت. کاربیدهای کروی در ماتریسی از دانه‌های فریت هم محور شامل فولاد هایی با قابلیت تمپر خوب هستند، یعنی برای مدت طولانی در دمای نزدیک به 700 درجه سانتیگراد (1290 درجه فارنهایت)

منحنی های تمپرینگ

در فولادهای آلیاژ شده با کروم، مولیبدن، وانادیم یا تنگستن، تشکیل کاربیدهای آلیاژی در محدوده دمایی 500 تا 700 درجه سانتی گراد (930 تا 1290 درجه فارنهایت) رخ می دهد. در مرحله 1، سختی کمی افزایش می یابد در حالی که در مرحله 2، 3، و 4 سختی کاهش می یابد. شکل زیر سختی برخی از فولادها را پس از تمپر کردن به مدت 2 ساعت در دماهای مختلف نشان می دهد.

منحنی های تمپرینگ برای برخی از فولادهای رایج. فولاد 42CrMo4 معادل AISI 4142 و C45 با AISI 1045 است.

Holloman و Jaffe در مطالعاتی نشان دادند که رابطه بین سختی و زمان و دمای تمپرینگ را می توان به صورت گرافیکی با رسم سختی به عنوان تابعی از پارامتر تمپرینگ P بیان کرد، که در آن:

در این عبارت T دما (بر حسب درجه کلوین)، k ثابت با مقدار حدود 20 و t زمان بر حسب ساعت است. پیش زمینه فیزیکی این بیان تجربی این واقعیت است که واکنش‌های مختلف تمپرینگ، فرآیندهای نفوذی هستند که از نظر حرارتی فعال می‌شوند. چقرمگی فولاد با کاهش سختی افزایش می یابد.

با این حال، زمانی که ناخالصی‌های خاصی مانند آرسنیک، فسفر، آنتیموان و قلع وجود داشته باشند، به دلیل تفکیک ناخالصی‌ها، ممکن است یک حداقل چقرمگی به نام «تردی تمپر» در محدوده دمایی 350 تا 600 درجه سانتی‌گراد (660 تا 1100 درجه فارنهایت) در مرزهای دانه رخ دهد. تردی تمپرینگ زمانی که قطعات برای مدت نسبتا طولانی در معرض دماهای در محدوده بحرانی قرار می گیرند و برای قطعاتی که در حین سرویس در معرض این دماها قرار می گیرند یا هنگام عملیات حرارتی قطعات بسیار عظیمی که نیاز به زمان طولانی برای گرم شدن و خنک شدن دارند، نگران کننده است.

جهت اطلاع از قیمت فولاد گرمکار 2344 کلیک نمایید.

برای آلیاژهای حساس، اگر قطعات کوچکی در طول عملیات حرارتی به مدت یک ساعت یا بیشتر در معرض این دماها قرار گیرند، سپس در دمای محیط استفاده شوند، جای نگرانی نیست. به عنوان مثال مهره ها و پیچ و مهره ها که از انواع فولادها ساخته شده اند، تا زمانی که در دماهای پایین تر مورد استفاده قرار گیرند، در این محدوده دما بدون هیچ مشکلی حرارت داده می شوند.

زمان رخ دادن تردی در دماهای تمپر متفاوت، رفتار منحنی C شکل را در نمودار زمان ثبت دما مشابه آنچه در نمودارهای تبدیل یافت می شود نشان می دهد (شکل زیر). زمان های طولانی در محدوده دمای بالا به دلیل نیروی محرکه ترمودینامیکی کم و در محدوده دمای پایین به نفوذ آهسته است. تردی تمپرینگ را می توان با گرم کردن مجدد فولاد در دمای بالای 600 درجه سانتیگراد (1110 درجه فارنهایت) و سپس خنک کردن سریع، به عنوان مثال، کوئنچ کردن در آب از بین برد.