logo
logo
شرکت حامی آلیاژ آسیا (فولاد حامیران)
02163511
02162846000

انواع فولاد عملیات حرارتی

انواع فولاد عملیات حرارتی

عملیات حرارتی یعنی گرم کردن و سرد کردن فلزات با سرعت کنترل شده برای به دست آوردن بهبود در خواص مکانیکی انجام می شود که در ادامه با انواع فولاد عملیات حرارتی آشنا خواهید شد. هدف از فرآیند آن افزایش خواص مکانیکی مانند شکل پذیری، استحکام فولاد است. فرآیند عملیات حرارتی شامل سه مرحله است که ابتدا فولاد تا دمای خاصی گرم می شود و در آن دما برای مدت زمان مشخصی نگهداری می شود و در این مدت ریز ساختار فولاد را بسته به دما تغییر می دهند.

پس از آن فولاد با سرعت مشخص خنک می شود تا بهبود مطلوب در خواص آن حاصل شود. بطور کلی می توان گفت عملیات حرارتی عملیاتی است که شامل گرم کردن و خنک کردن فلز یا آلیاژ به منظور دستیابی به خواص مطلوب است.

فولادها گروهی از آلیاژهای هستند که بیشترین کاربرد را در صنعت دارند. یکی از دلایل اصلی کاربرد وسیع فولادها عبارت است از خواص کاملاً متنوعی که می توان به کمک روشهای مختلف عملیات حرارتی در آنها به وجود آورد. عملیات حرارتی باعث تغییر در ساختار های بلوری فولاد می شود که این کار منجربه بدست آوردن خواص مورد نیاز می شود.

ساختار های بلوری فولاد

آستنیت

به محلول جامد بین نشین کربن در آهن با شبکه بلوری مکعبی با وجوه مرکز دار را آستنیت می گویند.

کربن با وارد شدن در شبکه بلوری آهن آستنینتی، ناحیه تشکیل و پایداری آستنیت را در فولاد گسترش می دهد.

فریت به محلول جامد بین نشین کربن با شبکه بلوری مکعب مرکزدار گویند که ترکیب شیمیایی مربوط به تشکیل و پایداری فریت به وضوح مشخص است. دو نوع فضای بین نشینی وجود دارد که یکی هشت وجهی و دیگری چهار وجهی وجود دارد که اتم های کربن را در خود جای می دهند.

فریت دلتا

به محلول جامد بین نشینی کربن در آهن دلتا ، فریت دلتا می گویند.دمای معمولی جهت شروع عملیات حرارتی فولاد ها در ناحیه آستنیت و فریت در دلتا نیز در دماهای پایین تر به آستنیت تبدیل می شود.فریت دلتا در صنعت کاربرد چندانی ندارد.

سمنتیت ( کاربید آهن )

اگر مقدار کربن در فولاد بیشتر از حلالیت آن درآستنیت یا فریت  باشد، فاز جدید موسوم به کاربید آهن یا سمنتیت به وجود می آید. کاربید آهن فازی کاملا متفاوت از محلول های جامد فریت وآستنیت است.

مارتنزیت و دگرگونی مارتنزیتی

در آلیاژهای آهن – کربن و فولادها مارتنزیت از سرد کردن سریع آستنیت به وجود می آید. از آنجایی که دگرگونی آستنیت به مارتنزیت بدون نفوذ انجام میشود بستگی به ترکیب شیمیایی آلیاژ تا ۲ درصد کربن مارتنزیت دقیقاً همان ترکیب شیمیایی آستنیت اولیه را دارد. با توجه به اینکه دگرگونی مارتنزیتی بدون نفوذ یا جابه جایی انفرادی اتم ها بوده و بنابراین نیاز به فعالیت حرارتی ، ندارد می توان گفت که این دگرگونی از نوع برشی است و به کمک جابه جایی گروهی اتم ها انجام می شود.

از جمله مشخصه های دیگر دگرگونی مارتنزیتی خصوصیات شبکه بلوری و میکروساختار ریز و سوزنی شکل آن است. تشکیل مارتنزیت، مستلزم سریع سرد کردن و بنابراین متوقف کردن دگرگونی نفوذی است. البته شرایط دقیق سرد کردن که در یک فولاد مشخص منجر به تشکیل مارتنزیت می شود بستگی به درصد کربن عناصر آلیاژی و اندازه دانه های آستنیت دارد در قسمت پایانی این فصل بینیت که در گستره دمایی محدود بین پایین ترین دمای تشکیل پرلیت و بالاترین دمای تشکیل مارتنزیت به وجود می آید بررسی خواهد شد. بینیت محصول دگرگونی خاصی است که در آن هر دو مکانیزم نفوذی و برشی نقش دارند.

از آنجایی که در تشکیل مارتنزیت نفوذ نقشی ندارد مارتنزیت فازی ناپایدار است. اگر مارتنزیت تا دمایی حرارت داده شود که المان های کربن قدرت تحرک کافی جهت نفوذ پیدا کنند، از فضاهای خالی هشت وجهی خارج شده و تشکیل سمنتیت میدهند. در نتیجه شبکه بلوری مارتنزیت از حالت مکعب مستطیلی خارج شده و فازهای تعادلی موجود در نمودار تعادلی آهن کرین، یعنی سمتنیت و فریت به وجود می آیند.

سینتیک تشکیل مارتنزیت

در بیشتر فولادها تشکیل مارتنزیت از آستنیت در ضمن کاهش دما به طور پیوسته انجام می شود. این نوع دگرگونی ها که احتیاج به فعالیت حرارتی و جابه جایی انفرادی اتم ها ندارند به دگرگونی هایی است که توسط نفوذ اتم ها انجام می شوند و بنابراین نیاز به فعالیت حرارتی دارند.

مارتنزیت بشقابی

مارتنزیت بشقابی شکل در فولادهای پرکربن و همچنین آلیاژهای آهنی به وجود می آید. میکروساختار یاد شده از تیغه های درشت و سوزنی شکل مارتنزیت که اغلب توسط مقدار زیادی آستنیت باقیمانده احاطه شده اند، تشکیل شده است

مارتنزیت لایه ای شکل

یکی از مشخصه های مهم میکرو ساختار مارتنزیت لایه ای ،شکل موازی قرار گرفتن تعداد زیادی لایه مارتنزیتی در نواحی وسیعی از دانه های آستنیت اولیه است هر کدام از نواحی یاد شده که از یک سری صفحات موازی تشکیل شده تک به بسته مارتنزیت موسوم است.

با کاهش درصد کربن فولاد، تمایل به تشکیل بسته های مارتنزیت افزایش می یابد. همان گونه که از این شکل مشخص است، واحدهای منفرد تشکیل دهنده مارتنزیت لایه ای شکل بسیار ریزند ولی در عین حال سوزنی بودن مارتنزیت در میکرو ساختار کاملاً مشهود است. مطالعات نشان دارداند که با کاهش درصد کرین ابعاد لایه های مارتنزیت کاهش می یابد.

هدف از فرآیند عملیات حرارتی برای فولاد

نرم کردن فولاد برای ماشینکاری بهتر

سخت کردن فولاد برای اطمینان از مقاومت در برابر سایش و پارگی

اصلاح ریز ساختارها

رفع تنش های داخلی

کاهش شکنندگی

تغییر خواص الکتریکی و مغناطیسی

انواع فرآیند عملیات حرارتی برای فولاد

بطور کلی عملیات های حرارتی به دو دسته سطحی و حجمی تقسیم می شوند.

عملیات های حرارتی سطحی

کربن دهی

نیتروژن دهی

حرارت دهی سطحی موضعی

بور دهی

سخت کردن سطحی نوین

عملیات های حرارتی حجمی

آنیل کردن

نرماله کردن

سختکاری

تمپر

تنش گیری

 

کربن دهی(کربوراسیون)

کربن-دهی

زمانی که یک فولاد کم کربن در مواد کربن ده مانند ذغال قرار گرفته و در دمایی بالا نظیر ۹۲۵ درجه سانتیگراد حرارت داده شود کربن از ماده کربن ده آزاد شده و به داخل سطح فولاد نفوذ می کند. گرچه این عملیات نیاز به زمان دارد ولی در مدت چند ساعت سطح فولاد می تواند مقدار قابل ملاحظه ای جذب کند.

بدین ترتیب فولادی ساخته می شود که مغز آن را فولاد کم کربن و نرم سطح آن را فولاد پرکربن تشکیل می دهد. اگر این قطعه سخت شود در سطح مارتنزیت پرکربن تشکیل می شود و بنابراین از سختی زیادی برخوردار خواهد بود. در حالی که مغز آن که همان درصد کم کربن اولیه (0.15 درصد) را داراست از چقرمگی خوبی برخوردار است.

کربن دهی پودری (جامد)

در روش کربن دهی پودری، فولاد مورد نظر همراه با مواد کربن ده که اغلب ذغال چوب است، به نحوی بسته بندی می کنند که فاصله بین فولاد در حدود ۵۰ میلی متر باشد. سپس در بسته را به نحوی می بندند که هیچ گونه هوایی وارد یا خارج نشود.

برای این کار می توان از زیست استفاده کرد. این بسته را تا دمای کربن دهی که اغلب بین ۸۷۵ تا ۹۲۵ درجه سانتی گراد است حرارت داده و برای مدت زمان مشخصی در این دما نگه می دارند. فولاد را پس از کربن دهی سریع سرد نمی کنند زیرا امکان شکسته شدن آنها در ضمن سریع سرد شدن و یا عدم دستیابی به سختی مورد نیاز زیاد است. ین کار به دو دلیل انجام می شود.

1-  از آنجایی که دمای کربن دهی حدود 900 درجه سانتی گراد است و نسبتا بالاست گستره دمایی که فولاد در حین سریع سرد شدن از آن عبور می کند زیاد می شود و در نتیجه تنش های ایجاد شده در فولاد به ویژه تنش های حرارتی زیاد خواهند بود.

۲- فولاد برای مدت زمان طولانی در دمای بالایی بوده است بنابراین دانه ها نسبتاً درشت شده و در نتیجه احتمال شکننده شدن فولاد وجود دارد. سریع سرد شدن مستقیم از دمای کربن دهی باعث می شود که ساختار نهایی لایه کربن داده شده شامل مقدار زیادی آستنیت باقی مانده باشد در نتیجه سختی سطح در حد مورد نظر افزایش نمی باید.

حال برای جلوگیری از به وجود آمدن مشکلات ذکر شده در فولاد های کربن داده شده، مناسب ترین راه ها عبارت اند از سرد کردن فولاد از دمای کربن دهی در هوا و یا در بسته سمانتاسیون و سپس انجام یکی از فرآیندهای عملیات حرارتی زیر:

حرارت دادن فولاد کربن داده شده تا دمای سختکاری مناسب و نگه داشتن برای مدت زمان مشخص و سپس سریع سرد کردن در آب و یا روغن.

اغلب روغن محیط مناسب تری برای این منظور است. این روش شامل دو مرحله حرارت دادن و سرد کردن به صورت زیر است. در مرحله اول فولاد کربن داده شده را در دمایی در حدود ۸۵۰ درجه سانتیگراد آستنیته کرده و سپس در هوا سرد می کنند. این عملیات به منظور ریز کردن دانه های مغز فولاد است.

در مرحله دوم فولاد را دوباره حرارت داده و در دمایی در حدود ۷۶۰ درجه سانتیگراد آستنیته می کنند سپس نمونه را در روغن سریع سرد می کنند. هدف از این مرحله ریز کردن دانه های لایه سطحی کربن داده شده و سخت کردن همزمان آن است. گاهی از مواقع که فولاد مورد نظر دارای شکل هندسی پیچیده ای باشد و یا به دقت عمل بسیار زیادی نیاز باشد، در مرحله دوم نیز آنها را در هوا سرد کرده و پس از آن دوباره فولاد را در دمایی مناسب آستنیته کرده و سپس در روغن سریع سرد می کنند.

در حالتی که فولاد دارای شکل پیچیده ای نبوده و یا زمان کربن دهی نسبتاً کوتاه باشد، به نحوی که دانه های فولاد در ضمن عملیات فرصت رشد کردن نداشته باشند، می توان فولاد کربن داده شده را از دمای کربن دهی تا دمای مناسب برای سخت کردن سطح ۷۵۰ تا ۸۰۰ درجه سانتیگراد در کوره سرد کرد و سپس آن را از کوره خارج کرده و در روغن سریع سرد نمود.

این فرآیند را به ویژه در مورد فولادهای ریزدانه میتوان استفاده کرد. فولادهای کربنی ساده که برای سخت کردن سطحی آنها از روش کرین دهی استفاده می شود اغلب در حدود ۰/۲۰ درصد کربن دارند. این درصد کربن موجب می شود تا مغز قطعه کربن داده شده از چقرمگی و انعطاف پذیری خوبی برخوردار باشد در شرایطی که نیاز به استحکام بیشتر در مغز قطعه باشد میتوان از فولادی با میزان کربن بیشتر تا ۰/۳۰ درصد) استفاده کرد، گرچه توصیه می شود که تحت این شرایط از فولادهای آلیاژی استفاده شود.

فولادهایی که برای کربن دهی استفاده میشوند گاهی در حدود حداکثر ۱٫۴ درصد منگنز دارند. نقش منگنز پایداری سمنتیت و در نتیجه کمک به جذب کربن بیشتر در فولاد است. به علاوه، منگنز عمل سخت شده را نیز افزایش میدهد ولی از سوی دیگر تمایل فولاد به ترک برداشتن در ضمن سریع سرد شدن را نیز زیادتر میکند.

کربن دهی مایع

کربن دهی مایع در مخلوط نمکهای سیانید سدیم، کربنات سدیم و مقادیر متنابهی از کلرید سدیم و یا کلرید باریم انجام می شود. این مخلوط غنی از سیانید را در بوته هایی با پوشش شیمیایی آلومینیم کاری شده ذوب کرده و در دمایی بین ۸۷۰ تا ۹۵۰ درجه سانتیگراد نگه می دارند.

فولاد مورد نظر برای کربن دهی را در اسیدهای فلزی ریخته و یا توسط سیم های فلزی به طور معلق در مذاب فوق برای مدت زمانی در حدود ۵ دقیقه تا یک ساعت نگه میدارند. زمان کربن هی بستگی به عمق نفوذ مورد نظر دارد. پس از پایان عملیات اسید حاوی فولاد کربن داده شده را در آب و یا روغن فرو می برند.

کربن دهی مایع را معمولاً برای قطعات کوچک که نیاز به ضخامت لایه سطحی کمی داشته باشند، به کار میبرند. از آنجایی که ظرفیت حرارتی نمک مذاب بالا بوده و انتقال حرارت از مایع به فولاد سریع است این روش نسبت به کربن دهی پودری سریعتر و اقتصادی تر است.

کربن دهی گازی

کربن دهی گازی که نسبت به روش های پودری و مایع از قدمت کمتری برخوردار است، به عنوان اقتصادی ترین و سریعترین روش کربن دهی برای تولید انبوه شناخته شده است. تحت شرایطی که ضخامت لایه سطحی کربن داده شده نسبتاً کمی مورد نظر باشد این مزیت بسیار حائز اهمیت است.

به علاوه در این روش کربن سطح را بسیار دقیق تر و ساده تر از روش های دیگر می توان کنترل کرد. در کربن دهی گازی فولاد را در ۹۰۰ درجه سانتی گراد برای مدت ۳ تا ۴ ساعت در محیطی که شامل گازهایی باشد که بتواند در سطح فولاد تجزیه شده و تولید کربن اتمی کند حرارت می دهند.

نیتروژن دهی (نیتریتاسیون)

 

نیتروژن-دهی

نیتروژن دهی به وارد کردن نیتروژن اتمی در لایه سطحی فولاد می گویند که سختی سطح در این روش بستگی به نیترید فلزی تشکیل شده دارد. با این حال که امکان نیتروژن دهی برای بسیاری از فولادها وجود دارد تنها هنگامی میتوان سختی زیاد در سطح به دست آورد که فولاد مورد نظر از جنس فولادهای آلیاژی مخصوص شامل عناصر الیاژی نظیر آلومینیم، کرم مولیبدن و یا وانادیم باشد.

همچنین سخت کردن سطحی نیتروژنی را می توان با برخی از عناصر آلیاژی ترکیب کرده و تشکیل نیترید آلیاژی داد. مانند نیتریدهای کرم، نیترید آلومینیم و نیتریدهای دیگر به طور کلی عناصر گروه انتقالی آهن کرم ،منگنز وانادیم تنگستن، مولبیدن و تیتانیم با نیتروژن ترکیب شده و تشکیل نیترید می دهند در حقیقت سختی زیاد لایه سطحی فولادهای داده شده ناشی از وجود همین ذرات بسیار ریز و پراکنده نیتریدهای آلیاژی است.

کربن – نیتروژن دهی

کربن – نیتروژن دهی عملیات سخت کردن سطحی است که در آن نیتروژن و کربن هر دو جذب سطح فولاد می شوند و به این ترتیب نیتروژن جذب شده سختی سطح کربن داده شده را افزایش می دهد. گرچه در کربن دهی مایع نیز تقریباً همین عمل انجام می شود ولی واژه کرین – نیتروژن دهی معمولا به سخت کردن سطحی که در آن از محیط گازی استفاده شود گفته می شود.

عملیات کربن – نیتروژن دهی معمولاً در دمای ۸۰۰ تا ۸۷۵ درجه سانتیگراد و در محیطی از مخلوط منو اکسیدکربن و هیدروکربن شامل ۳ تا ۸ درصد آمونیاک انجام می شود. درصد کربن و نیتروژن جذب شده توسط فولاد را می توان با کنترل دما و غلظت آمونیاک تغییر داد.

این فرایند که شامل نفوذ همزمان نیتروژن و کربن به داخل فولاد است در گستره دمایی پایداری فاز فریت زیر دمای انجام می شود و لذا به نیتروژن کربن دهی فریتی نیز موسوم است. انجام این فرایند به هر دو صورت گازی و مایع امکانپذیر است.

از جمله مزایای مشترک این روشها، تشکیل لایه نازک تکفازی از کاربونیترید اپسیلن و یک ترکیب سه تایی از آهن – نیتروژن و کربن تشکیل شده در گستره دمایی ۲۵۰ تا ۵۹۰ درجه سانتیگراد است. لایه تشکیل شده دارای مقاومت به سایش و ضد پوسته شدن عالی بوده و هنگام تشکیل کمترین اعوجاج فولاد را به همراه دارد.

سخت کردن سطحی موضعی

سخت کردن سطحی به کمک عملیات حرارتی موضعی در این روش مغز و سطح فولاد دارای ترکیب شیمیایی یکسان بوده و تنها عملیات حرارتی سخت کردن است که در سطح متمرکز می.شود. از آنجایی که سطح باید کربن کافی جهت سخت شدن داشته باشد این عملیات معمولاً بر روی فولادهای کربنی که شامل ۰٫۳۵ تا ۰٫۵ درصد کربن داشته باشند اعمال می شود.

همچنین فولادهای کم آلیاژ که دارای حداکثر ۱ درصد کرم و در حدود 0.25 درصد مولیبدن و 0.5 درصد نیکل باشند را نیز از این روش سختی سطحی میکنند. در این روش تنش های فشاری حاصل از مارتنزیت شدن لایه سطحی استحکام خستگی قطعه را نیز افزایش می دهد.

عملیات سخت کردن سطح به کمک حرارت دادن موضعی به دو روش امکانپذیر است یکی سخت کردن شعله ای و دیگری سخت کردن القایی در ادامه بحث هر یک از این روشها به طور خلاصه بررسی می شوند.

سخت کردن شعله ای

 

حرارت-دهی-موضعی

در این روش سطح قطعه به کمک یک شعله گازی حرارت داده شده و پس از آستنیته شدن بلافاصله سریع سرد میشود شعله مورد نیاز در این روش را می توان از طریق مشغل اکسیژن و یک گاز قابل احتراق مانند استیلن، پروپان و یا گاز طبیعی تهیه نمود. قطعات کوچک و یا نواحی موضعی مانند لبه ابزارهای برش و یا انتهای آچارها را می توان به کمک شمله دستی حرارت داده و سپس تمام قطعه را در آب سریع سرد کرد برای سخت کردن قطعات بزرگ و یا سطوح زیاد می توان از دستگاههای خودکار که در آنها شعله و یک آب فشان تعبیه شده اند، استفاده کرد.

سخت کردن القایی

اصول این روش شبیه به سخت کردن شعله ای است به این صورت که تنها سطح قطعه آستنیته شده و سپس سریع سرد می شود اما در این روش حرارت دادن سطح به کمک یک سیم پیچ هادی که از آن جریان متناوب با فرکانس زیاد در محدود) ۲ تا ۵۰ کیلو هرتز) عبور می کند، انجام می شود. سختی و ضخامت پوسته آستنیته شده بستگی به فرکانس جریان دارد. هر چه فرکانس جریان بیشتر باشد، عمق نفوذ جریان و بنابراین ضخامت پوسته سخت شده کمتر خواهد بود.

بوردهی

بوردهی یک فرآیند نفوذ شیمیایی، حرارتی و ترمو شیمی برای سخت کردن سطح وسیعی از آلیاژهای آهنی و غیرآهنی است. این عملیات شامل حرارت دادن قطعه کاملاً تمیز شده در دمای ۷۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد به مدت ۱ تا ۱۲ ساعت در محیطی که قادر باشد اتم های عنصر بور را آزاد کنند.

در ضمن بوردهی با نفوذ و نهایتاً جذب اتمهای عنصر بود به داخل شبکه بلوری سطح قطعه، ترکیبات مختلف بین نشینی به وجود می آید که لایه ترکیبی حاصل ممکن است شامل یک و یا چندین فاز بوراید باشد مورفولوژی رشد و ترکیب شیمیایی لایه بوراید میتواند تحت تأثیر عناصر آلیاژی موجود در قطعه تغییر کند. به علاوه میکرو سختی لایه بوراید به شدت بستگی به ترکیب شیمیایی و ساختار آن و همچنین ترکیب شیمیایی آلیاژ پایه دارد.

روشهای نوین سخت کردن سطحی

این روشها که نسبت به فرآیندهای مطرح شده در بخشهای قبلی از قدمت تاریخی بسیار کمتری برخوردارند برای سخت کردن سطحی به صورت موضعی و یا گاهی کلی استفاده می شوند. در این روش ها، بسته به نوع فرآیند ممکن است ترکیب شیمیایی سطح عوض شده و یا اینکه تغییر نکند از جمله روشهای نوین عملیات حرارتی سخت کردن سطحی عبارت اند از

سخت کردن به کمک لیزر

سخت کردن توسط پرتوی الکترونی

القا یا کاشت یونی

عملیات حرارتی سطحی به کمک لیزر

این فرآیند به طور گسترده ای برای سخت کردن موضعی قطعات فولادی و یا چدنی ماشین آلات استفاده می شود حرارت تولید شده توسط جذب نور لیزر برای آستنیته کردن موضعی سطح استفاده شده و به نحوی کنترل می شود که از ذوب شدن سطح مورد برخورد جلوگیری شود.

با هدایت حرارت به سمت مغز، فولاد سرد شدن سریع خود به خود انجام شده و ناحیه مورد نظر به مارتنزیت تبدیل می شود برای اختلاف گذاشتن بین این فرآیند و فرآیند ذوب سطحی توسط لیزر، این روش را گاهی به سخت کردن استحاله ای توسط لیزر معرفی می کنند. در این روش هیچگونه تغییر ترکیب شیمیایی سطح وجود نداشته و مشابه با فرآیندهای سخت کردن سطحی شعله ای و القایی از این فرآیند به طور گسترده و مؤثر میتوان برای سخت کردن سطحی موضعی آلیاژهای آهنی استفاده کرد.

حتی در فولادها با سختی پذیری کم سخت کردن استحاله ای توسط لیزر یک پوسته نازک متشکل از مارتنزیت بسیار ظریف در ناحیه حرارتی سطح ایجاد می کند. این پوسته از سختی زیاد و مقاومت سایشی خوب برخوردار است به علاوه امکان تاب برداشتن قطعه در ضمن تشکیل این پوسته بسیار کم است روش لیزر از این جهت با فرایندهای شعله ای و القایی متفاوت است که تجهیزات لیزر را میتوان در فاصله مشخصی از قطعه مستقر کرد. ضخامت پوسته مارتنزیت شده توسط لیزر معمولاً در گستره ۲۵۰ تا ۷۵۰ میکرون برای فولادها و در حدود ۱۰۰۰ میکرون برای چدنهاست.

امکان کم تاب برداشتن سختی زیاد سطح مقاومت به سایش و بهبود خواص خستگی موجب شده است که این فرایند روش بسیار مناسبی برای سخت کردن سطحی موضعی قطعات ماشین آلات نظیر میل لنگ و میل بادامک باشد.

سخت کردن با پرتوی الکترونی

فرآیند پرتوی الکترونی مانند عملیات لیزری نیز برای سخت کردن سطحی فولادها استفاده می شود. در این فرآیند یک پرتو متمرکز شده ای از الکترون ها با سرعت زیاد به عنوان منبع حرارتی جهت گرم کردن موضعی نواحی مورد نظر قطعات فولادی استفاده می شود. الکترونهای آزاد شده از یک تفنگ الکترونی شتاب داده شده و مستقیم بر روی سطح قطعه برخورد داده می شوند.

برای تولید یک پرتوی الکترونی نیاز به یک خلا زیاد در محفظه است. این خلا برای جلوگیری از اکسایش المان ساطع کننده الکترون و جلوگیری از پراکنده شدن الکترون ها در ضمن حرکت نیاز است. مشابه با سخت کردن لیزری، در این فرآیند نیز نیازی به سرد کردن سریع فولاد نیست. اما ابعاد قطعه باید در حدی باشد که سریع سرد شدن خودبه خود سطح امکانپذیر باشد گفته شده که برای این منظور وزنی در حدود ۸ برابر ناحیه ای که قرار است سخت شود در زیر و اطراف ناحیه گرم شده نیاز است.

 عملیات حرارتی سطحی به روش کاشت یون

عملیات کاشت یون برای اصلاح ترکیب شیمیایی سطح است که در آن یون ها با انرژی بسیار زیاد به داخل سطح فولاد فرستاده می شوند. گفته شده است که برای این منظور تقریباً یون های هر نوع ماده ای را می توان استفاده کرد اما یون های نیتروژن را به طور گسترده ای برای بهبود مقاومت به خوردگی و بهبود خواص تریبولوژیکی فولادها و آلیاژهای دیگر به کار میبرند.

گرچه در هر دو فرآینده کاشت یون نیتروژن و نیتروژندهی پلاسمایی، میزان نیتروژن سطح قطعه افزایش می یابد ولی تفاوتهای اساسی بین این دو فرایند و چگونگی اصلاح ترکیب شیمیایی سطح وجود دارد. تفاوت اساسی در این رابطه این است که برخلاف نیتروژن دهی پلاسمایی کاشت بود و می توان در دمای اتاق انجام داد.

عملیات های حرارتی حجمی

آنیل (بازپخت)  عملیات حرارتی

 

آنیل

آنیلینگ از انواع فرآیند عملیات حرارتی می باشد که برای تبدیل فولاد سخت به فولاد نرم برای ماشینکاری بکار می رود. فرآیند بازپخت بیشتر برای فولاد با کربن بالا یا فولاد آلیاژی استفاده می شود تا آنها را نرم کند. در این فرآیند، فولاد را تا دمای تبلور مجدد آن بالا می‌بریم و سپس آن را در دمای خاصی که به عنوان زمان غوطه ور کردن شناخته می‌شود، نگه می‌داریم و سپس فولاد را به آرامی خنک می‌کنیم.

این شامل حرارت دادن فولاد تا دمای مناسب بسته به درصد کربن در فولاد است که در زیر آورده شده است. در واقع به هر نوع عملیات حرارتی برای تشکیل ساختارهای تعادلی، سرد کردن ساختار و خواص نهایی است. حرارتی که منجر به تشکیل ساختاری بجز مارتنزیت و با سختی کم و انعطاف پذیری زیاد شود اطلاق می شود. از آنجایی که این مفهوم بسیار کلی است عملیات حرارتی آنیل به یک سری فرایندهای مشخص تر و دقیق تر تقسیم می شود. از جمله آنیل کامل و آنیل هم دما.

آنیل کامل

آنیل کامل عبارت از حرارت دادن فولاد و سپس سرد کردن ،آهسته معمولا در کوره است. به طور کلی در عملیات تیل کامل، فولادهای هیویو تکنویید را در ناحیه تکفازی آستنیت و فولادهای هایبریو تکتویید را در ناحیه دوفازی آستنیت – سمیت حرارت می دهند. علت آستنیته کردن فولادهای ها بپریوتکنوپید در ناحیه دوفازی آستنیت – سمنتیت این است که سمننیت پروپوتکتوبید در این فولاد به صورت کروی و مجتمع شده در آید.

آنیل هم دما

آنیل هم دما در ضمن مراحل ساخت قطعات فولادی نیز استفاده می شود. اگر یک شمش ریخته گری یا نورد شده از جنس فولاد آلیاژی سخت شونده در هوا را از ناحیه آستنیت تا دمای اتاق در هوا سرد کنند احتمال تشکیل ترک های سطحی بر روی آن زیاد است. این پدیده به هنگام مارتنزیت شدن مغز قطعه و در نتیجه اعمال تنش کششی ناشی از انبساط) بر روی سطح آن که قبلاً مارتنزیت و سخت شده است اتفاق می افتد.

از این رو به منظور جلوگیری از ایجاد ترکهای سطحی شمشهای گرم را در کوره های اتیل همدما در دمای ۷۰۰ درجه سانتیگراد نگه داشته تا دگرگونی آستنیت به پرلیت به طور کامل انجام شود. از این پس آهنگ سرد شدن اثر چندانی در ساختار و خواص نهایی ندارد. با این حال پس از پایان دگرگونی قطعات معمولاً در هوا سرد می شوند.

دمای بازپخت با درصد محتوای کربن

دمای مورد نیاز به سانتی گرادمقدار کربن موجود در فولاد %
875-925<0.12
840-9700.12-0.25
815-8400.25-0.50
780-8100.50-0.90
760-8100.90-1.3

هدف از فرآیند آنیلینگ

برای به دست آوردن نرمی

برای افزایش شکل پذیری.

برای کاهش یا حذف ناهمگونی ساختاری

برای بهبود ماشینکاری

برای رفع استرس های داخلی

برای اصلاح اندازه دانه

نرماله کردن

نرماله-کردن

نرماله کردن یکی دیگر از انواع روش های عملیات حرارتی است که میکروساختار حاصل همانند آنیل کردن شامل پرلیت، مخلوطی از پرلیت و فریت و یا مخلوطی از پرلیت و سمنتیت است. لیکن، تفاوت های مهمی بین نرماله کردن و آنیل کردن وجود دارد. در نرمانه کردن، دمای آستنیته کردن برای فولادهای هیپویو تکتویید کمی بالاتر از دمای مربوط به آنیل کردن است در حالی که برای فولادهای هایپریوتکتویید از دمای پایین تر استفاده می شود.

در این فرآیند فولاد پس از گرم شدن بالاتر از دمای بحرانی خود گرم می شود و سپس بخش فولادی را در دمای اتاق باقی می گذارد که به آرامی در هوا خنک می شود. نرماله سازی با حرارت دادن مواد 40 تا 50 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای بحرانی آن انجام می شود سپس در دمای حدود 15 دقیقه نگه داشته می شود و سپس سرد است به آرامی نرمال سازی روی قطعات جنگ سرد انجام می شود تا تنش های داخلی حذف شود و مواد سبز رنگ شوند.

هدف از فرآیند نرماله کردن

برای افزایش چقرمگی یک فلز

برای رفع استرس های داخلی

برای اصلاح اندازه دانه

تفاوت بین فرآیند بازپخت و نرماله

همانطور که در بالا در مورد فرآیند بازپخت و نرمال کردن صحبت کردیم، روش‌های این فرآیند تقریباً یکسان است، اما تنها تفاوت این است که در طی فرآیند آنیل، خنک‌ سازی در داخل کوره یا کوره انجام می‌شود، به این معنی که مواد پس از اتمام خنک‌ سازی خارج می‌شوند. در حالی که در فرآیند عادی سازی خنک سازی در خارج از کوره یا کوره انجام می شود، یعنی مواد از کوره یا کوره خارج می شود و سپس خنک سازی در دمای اتاق از طریق هوای اتمسفر انجام می شود.

سختکاری

فرآیند سختکاری برای افزایش سختی فولاد یا هر نوع فلز استفاده می شود. در این فرآیند ابتدا فولاد را بالاتر از دمای بحرانی خود گرم می کنند که دما به 10 تا 38 درجه بالاتر از دمای بحرانی برسد که در آن ساختار تغییر می کند و پس از آن در این دمای ثابت خاص آن را در یک زمان خاص نگه دارید و سپس با روش کوئنچ پس از جدا سازی قطعه فولادی را جدا کنید.

قسمت فولادی آن به سرعت در روغن، آب یا آب نمک خنک می شود. سخت شدن فرآیند عملیات حرارتی حرارت دادن فولاد به دمای بالاتر از حد بحرانی و نگه داشتن آن در آن دما برای مدت زمان مشخص و بسیار مهم است که مواد را مستقیماً در محل تولد آب روغن یا پلیمر فرو ببرید همانطور که از نام آن پیداست برای افزایش سختی بسته به شرایط استفاده می شود. دمای حرارت و سرعت چاپ خواص مکانیکی مانند استحکام و چقرمگی و کشسانی متفاوت است.

تمپر کردن

تمپر

فرآیند تمپر کردن همیشه پس از فرآیند سخت شدن انجام می شود زیرا پس از فرآیند سخت شدن، فولاد شکننده می شود و ممکن است ترک بخورد. بنابراین معمولاً فلز پس از سخت شدن مجدداً تا دمای مناسب زیر نقطه بحرانی پایین تر گرم می شود تا چقرمگی و شکل پذیری آن بهبود یابد اما این کار به قیمت سختی و استحکام انجام می شود.

این کار به منظور مناسب تر ساختن فولاد برای نیازهای خدماتی انجام می شود. تمپر کردن برای آزاد کردن تنش های داخلی ناشی از سرد شدن سریع در سخت شدن انجام می شود. موارد استفاده در تمپر فولاد تا دمایی کمتر از دمای سخت شدن تکرار می شود و به آرامی سرد می شود.

تنش گیری

بعضی از فرآیندهای عملیات حرارتی و با مکانیکی در فولاد ایجاد تنش های داخلی می کنند که می تواند مخرب بوده و بر عملکرد این قطعات تأثیر نامطلوب گذاره تنش های داخلی حاصل ممکن است منجر به تاب برداشتن ترک خوردن و یا انهدام قطعات در تنش هایی به مراتب کمتر از سطح تنش طراحی شده برای آنها شود. از جمله منابع تنش های داخلی عبارت اند از:

1- یکنواخت سرد نشدن نقاط مختلف قطعه در ضمن کاهش دما از ناحیه آستنیت این پدیده به ویژه در رابطه با قطعات حجیم مشاهده می شود به طوری که حتی ممکن است چنین قطعاتی در هوا سرد شوند و تنش های داخلی در آنها به وجود آید.

بدین صورت که سطح قطعه ای که در هوا سرد میشود قبل از ناحیه مرکزی به قربت و سمنتیت تبدیل می شود. بنابراین هنگام تغییر فاز ناحیه مرکزی افزایش حجم یا انبساط ناشی از تشکیل فریت لایه های سطحی که تغییر فاز داده و سرد شدهاند را تحت تنش کششی قرار میدهد. در صورتی که این تنش از حد تسلیم نمونه کمتر باشد به صورت تنشهای داخلی در قطعه باقی می ماند.

از سوی دیگر، و در صورتی که این تنش بیشتر از حد تسلیم باشد باعث تغییر شکل مومسان و یا حتی شکستن قطعه می شود. در عملیات سریع سرد کردن جهت حصول مارتنزیت، پدیدهای مشابه ولی در مقیاس وسیعتر وجود دارد، به طوری که ممکن است در رابطه با مقاطع کوچک نیز منجر به ایجاد تنشهای داخلی و یا حتی شکستن قطعه شود. این مسئله یکی از دلایل اصلی انبار کردن فولادها جهت افزایش سختی پذیری آنها و در نتیجه به دست آوردن مارتنزیت در آهنگهای سرد شدن آهسته است به فصل ششم مراجعه شود.

۲- ماشینکاری و کار سرد از جمله منابع دیگر ایجاد تنش در فولادهاست. همچنان که در بخش مربوط به بازیابی و تبلور مجدد توضیح داده شد عامل ایجاد تنش در این عملیات، افزایش معایب بلوری است. از طرفی عدم توزیع یکنواخت کار سرد انجام شده در نقاط مختلف نیز

میتواند منجر به ایجاد تنشهای داخلی شود. جوشکاری عملیات دیگری است که ممکن است باعث ایجاد تنشهای کششی در قطعه شود. در اینجا نیز ناحیه جوش که به حالت مذاب در آمده در ضمن انجماد منقبض میشود از آنجایی که فلز پایه سرد بوده و انعطاف پذیری نسبتاً کمی دارد در مقایسه با فلز ناحیه جوش که در دمای بالاتری قرار دارد در برابر تغییر شکل ناشی از انقباض ناحیه جوش مقاومت کرده و ناحیه جوش و تا حدودی نواحی مجاور آن را تحت تنش کششی قرار می دهد.

برای حذف یا کاهش تنشهای باقیمانده از عملیات ،قبلی قطعات مورد نظر را برای زمان مشخص در دمایی زیر دمای بحرانی Ac حرارت میدهند زمان حرارت دهی بستگی به ابعاد قطعه و دمای تنشگیری دارد. هرچه دمای تنشگیری بالاتر انتخاب شود، زمان لازم برای انجام کامل عملیات کمتر است. به منظور جلوگیری از ایجاد تنشهای حرارتی جدید و همچنین احتمال شکستن قطعه در ضمن عملیات حرارتی تنش گیری، معمولاً حرارت دادن به و یا سرد کردن از دمای تنشگیری باید خیلی آهسته انجام شود این موضوع به ویژه در رابطه با قطعات حجیم و تجهیزات بزرگ جوشکاری شده صادق است.

هدف از عملیات تنشگیری این نیست که تغییرات عمده ای در خواص مکانیکی قطعه نظیر آنچه در تبلور مجدد مورد نظر است ایجاد شود بلکه رفع تنش فقط توسط مکانیزم بازیابی انجام می شود. عملیات بازیابی تقریباً همزمان با حرارت دادن و گرم کردن قطعه شروع می شود. در یک دمای ثابت نرخ بازیابی ابتدا زیاد و سپس با گذشت زمان کاهش می یابد.

از طرف دیگر از آنجایی که در تبلور مجدد نیاز به جوانه زنی است این عملیات خیلی بنابراین امکان بر طرف کردن تنشهای باقیمانده بدون تغییر قابل ملاحظه ای در خواص مکانیکی قطعه وجود دارد. در حقیقت به کمک عملیات تنشگیری و زمان، به راحتی می توان اثرات زیان آور تنشهای کششی سطحی ناشی از کار سرد را کاملاً آهسته شروع می شود و انتخاب صحیح دما صحیح برطرف کرد، در حالی که استحکام و سختی قطعه همچنان بدون تغییر باقی بماند.

در بسیاری از کاربردهای صنعتی نیاز به قطعاتی است که دارای سطحی سخت بوده و در عین حال از چقرمگی با مقاومت به ضربه خوبی نیز برخوردار باشند. از جمله مواردی که می توان در این رابطه به عنوان مثال به آنها اشاره کرد عبارت اند از میل سنگ میل بادامک چرخ دنده و قطعات مشابه این قطعات باید سطحی بسیار سخت و مقاوم در برابر سایش داشته و همچنین بسیار چقرمه و مقاوم در برابر ضربه های وارده در حین کار باشند. بسیاری از قطعات فولادی را میتوان به نحوی عملیات حرارتی کرد که در پایان دارای

مجموعه خواص بالا باشند یعنی در حالی که از مقاومت به سایش خوبی برخوردارند، دارای استحکام دینامیکی خوبی نیز باشند این نوع عملیات حرارتی که اصطلاحاً به سخت کردن . سطحی موسوم اند آخرین عملیاتی اند که باید در مرحله پایانی ساخت قطعه و پس از انجام تمام مراحل مربوط به شکل دهی نظیر ماشینکاری و غیره انجام شود. روشهای مختلف عملیات حرارتی که به کمک آنها میتوان سطح قطعات را سخت کرد

عمدتاً به دو دسته تقسیم می شوند. دسته اول عملیاتی که منجر به تغییر ترکیب شیمیایی سطح فولاد می شوند و به عملیات حرارتی – شیمیایی یا عملیات تر موشیمی موسوم اند، نظیر کربن دهی، نیتروژن دهی و کربن نیتروژن دهی .

دسته دوم روشهایی که بدون تغییر ترکیب شیمیایی سطح و فقط به کمک عملیات حرارتی که در لایه سطحی متمرکز شده و باعث سخت شدن سطح می شوند و به عملیات حرارتی موضعی موسوم اند، مانند سخت کردن شعله ای و سخت کردن القایی فرایندهای متعدد دیگری نیز وجود دارند که برای سخت کردن و یا اصلاح و بهبود شرایط سطحی فولادها و فلزات و آلیاژهای دیگر) به کار می روند.

عیوب در عملیات حرارتی فولادی

یکی از عوامل اصلی شکست فولاد صنعتی و ابزارهای فولادی، عملیات حرارتی غلط انجام شده بر روی آنهاست در حقیقت گفته می شود که بررسی و تحقیق در رابطه با علت شکست یک قطعه بهتر است که همیشه با مطالعه روش عملیات حرارتی آن قطعه شروع شود.

بررسی علت شکست ابزارها نشان داده است که در بیشتر از ۸۰ درصد از آنها، عملیات حرارتی غلط عامل اصلی شکست بوده و یا اینکه حداقل سهمی در شکست داشته است. یکی از بهترین راهها برای مشخص کردن علت شکست و احتمال دخالت عملیات حرارتی در آن مطالعه میکروساختار قطعه در محل شکست و نواحی اطراف آن است.

در بسیاری از موارد، دیده شده است که عملیات حرارتی غلط منجر به شکسته شدن قطعه نشده ولی معایب مهم دیگری مانند پوسته شدن کاهش و یا افزایش کربن سطح اکسایش سختی کم و یا سختی زیاد سختی نا یکنواخت و بالاخره دانه های درشت را به همراه داشته است. برای اینکه عملیات حرارتی به نحو صحیح انجام شود و احتمال شکسته شدن و یا معیوب شدن قطعه در ضمن عملیات حرارتی و یا پس از آن حذف شده و یا به حداقل ممکن کاهش باید باید به نکات زیر توجه داشت.

برای گرم کردن قطعات در روشهای مختلف عملیات حرارتی از گستره دمایی مناسب که توسط شرکت تولید کنند فولاد توصیه شده است استفاده شود. زمان و روش گرم کردن باید براساس نوع فولاد ابعاد و شکل قطعه، روش بارگیری و نوع کوره عملیات حرارتی انتخاب شود و حتی الامکان سعی شود از روش های توصیه شده و یا مشابه آن کمک گرفته شود.

۳- با توجه به نوع کوره عملیات حرارتی و با استفاده از روش یا روشهای مناسب، باید از تغییر ترکیب شیمیایی سطح در ضمن گرم کردن و نگهداری در دماهای بالا جلوگیری شود.

۴- با توجه به ترکیب شیمیایی شکل و ابعاد قطعه و همچنین خواص نهایی مورد نظر از تجهیزات و محیط سردکننده مناسب استفاده شود.

ترک خوردن فولاد

این پدیده میتواند در اثر عوامل مختلف باشد که مهمترین آنها عبارت اند از:

(الف) نرخ سرد شدن بسیار زیاد به عنوان مثال اگر فولادی که باید در روغن سخت شود را در آب سرد کنند، به احتمال بسیار زیاد ترک خواهد خورد روغنهایی که به عنوان محیط سردکننده استفاده می شوند، اغلب حاوی مقداری آب است. این امر می تواند منجر به ترک خوردن قطعات در ضمن سرد شدن شود در صورتی که قطعات فولادی در روغن آلوده به آب سرد شوند از آنجایی که آب در که مخزن روغن جمع می شود احتمال ترک برداشتن قسمت پایینی آنها که ابتدا وارد مخزن می شود وجود دارد.

ب) سرد کردن قطعه سریع سرد شده تا دمای اتاق قبل از اینکه باز پخت داده شود. این نکته در رابطه با قطعات کوچک و آنهایی که دارای شکل ساده اند ممکن است مشکل آفرین نباشد ولی قطعات حجیم و آنهایی که دارای شکلهای پیچیده اند نسبت به این امر بسیار حساس کند. این قطعات را اغلب قبل از سرد شدن تا کمتر از ۶۰ الی ۸۰ درجه سانتیگراد باز پخت خوب در عملیات حرارتی فولادها می دهند.

اگر امکان باز پخت بلافاصله پس از سریع سرد کردن ،نباشد، بهتر است که قطعات را حداقل با قرار دادن در آب جوش تنشگیری نمود تا اینکه احتمال ترک برداشتن آنها حذف شود.

ج) متوقف کردن عملیات سریع سردی در دمایی بالا و انتقال مستقیم قطعات به کوره بازپخت با سرد کردن پس از باز پخت میتواند دوباره ادامه یابد. این امر باعث می شود که میکروساختار دمایی نسبتا بالا تحت این شرایط، تشکیل مارتنزیت به طور موقت متوقف شده و در ایمن نهایی شامل مخلوطی از مارتنزیت باز پخت شده و مارتنزیت بازپخت نشده باشد.

شرایط ساختاری مزبور میتواند منجر به ایجاد تنشهای داخلی بسیار زیاد در قطعه شده و در نهایت منجر به ترک خوردن آن .شود خطر شکسته شدن قطعه در این مورد را میتوان با بازیخت مجدد آن بلافاصله پس از بازپخت و سرد شدن تا دمای اتاق کاهش داد. از آنجایی که باز پخت عملیات ثم خرجی است باز بخت دو مرحله ای برای تمامی ابزارهای فولادی توصیه می شود.

با کاهش کربن یا اکسایش شدید قطعه در ضمن حرارت دادن و قبل از سریع سرد کردن نیز می تواند منجر به ترک برداشتن قطعه شود روش هایی که به کمک آنها می توان از این امر جلوگیری کرد در بخش ۲۰۱۳ توضیح داده شده اند. نرخ زیاد گرم کردن، به خصوص در مورد قطعاتی که یک بار سخت شده اند و قرار است دوباره سخت شوند.

در صورتی که قطعه ای یک بار سخت شده باشد ولی به دلایلی نیاز به سخت شدن مجدد داشته باشد توصیه میشود که قبل از گرم کردن به منظور سخت کردن محدد قطعه کار به طور کامل آنیل شود. این امر به ویژه در مورد فولادهای ابزار تاکید می شود. این نوع فولادها باید پس از آنیل کامل تا ۵۰۰ درجه سانتیگراد به آهستگی سرد شوند.

و معایب ناشی از طراحی و شکل قطعه در مواردی که تغییرات ضخامت در قسمتهای مختلف قطعه زیاد باشد و یا اینکه زوایا و گوشه های تیز در قطعه وجود داشته باشد، امکان ایجاد تنشهای داخلی ناشی از آهنگهای مختلف سرد شدن در قسمتهای مختلف قطعه و در نتیجه شکسته شدن آن زیاد خواهد بود.

در شرایطی که وجود سوراخهایی که در قطعه وجود دارد باعث ترک خوردن و یا شکسته شدن آن شوند، توصیه میشود که به منظور جلوگیری از ورود منابع سرد کننده به داخل سوراخها، قبل از شروع عملیات حرارتی آنها را با موادی نظیر پنبه نسوز، گل رس و یا میله های آهنی که قابلیت سخت شدن (ندارند به طور کامل پر و مسدود کنند.

این امر در صورتی امکانپذیر است که سخت کردن سطوح داخلی این سوراخها مورد نظر نباشد ظاهر شکست در اغلب ،موارد عامل اصلی که منجر به ترک خوردن قطعه شده است را مشخص میکند. اگر سطوح ترک تمیز باشند به احتمال زیاد شکست بعد از عملیات حرارتی اصول و کاربرد عملیات حرارتی فولادها اتفاق افتاده و علت آن میتواند سختی بیش از حد و / یا بازپخت نامناسب باشد.

اگر قطعه در حمام نمک گرم شده و در محل شکست رسوبهایی از نمک دیده شود و یا قطعه در کوره موفلی گرم شده و در محل شکست اکسید فلزی مشاهده شود واضح است که قبل از سریع سرد شدن ترک در قطعه وجود داشته است در این ،حالت شکست به احتمال زیاد ناشی از نرخ زیاد گرم کردن و یا معایب داخلی در قطعه است ترکهایی که رنگی منطبق و یا معادل با رنگ مربوط به دمای باز پخت داشته باشند، پس از سریع سردی و قبل از باز پخت به وجود آمده اند

 مهمترین عوامل ایجاد عیوب فولاد عبارت اند از :

تغییر شکل و یا تاب برداشتن

الف) سریع گرم کردن و نرخ زیاد سرد شدن در ضمن سریع سردی به ویژه درگستره دمایی تشکیل مارتنزیت. ب) انتخاب دمای بسیار بالا برای آستنیته کردن این پارامتر به ویژه در حالتی که قطعه دارای شکل پیچیده ای باشد بسیار اهمیت دارد.

ج) بارگیری ناصحیح قطعات در کوره این امر در مورد کوره های حمام نمک که قطعات به صورت معلق در مذاب آویزان میشوند صادق نیست ولی در هنگام کار با کوره های دیگر باید بدان توجه زیادی شود.

د) طراحی ناصحیح قطعه به عنوان مثال، ترکیب قسمتهای ضخیم و نازک، تغییرات ناگهانی در مقطع عرضی برآمدگیهای نوک تیز سوراخها در قطعات سنگین و غیره به طور کلی هر چه یک قطعه با ابزار از نظر شکل منظمتر و ساده تر باشد به همان نسبت توزیع تنشها و تغییر بعدهای نسبی حاصل از آن یکنواخت تر بوده و احتمال تاب برداشتن و یا شکسته شدن در ضمن عملیات حرارتی کمتر خواهد بود استفاده از روشهای ناصحیح برای فرو بردن قطعات در محیط سرد کننده به طور کلی، شود هنگام وارد کردن قطعات با ابزارهای گرم در یک مایع سردکننده اصول زیر باید رعایت شود

قطعات تشکیل شده از مقاطع ضخیم و نازک باید ابتدا از طرف مقطع ضخیم وارد حمام سریع سردی شوند. قطعات طویل و نازک مانند سرمته ها، قلاویزها، برقوها و فنرها باید همیشه به طور عمودی و از سطح کوچکتر وارد محیط سرد کننده شوند.

قطعات نازک و تخت مانند دیسکها و تیغه فرزهای دیسکی باید همواره از طرف لبه وارد مخزن سریع سردی شوند.

قطعات استوانه ای شکل و نازک باید به نحوی وارد محیط سردکننده شوند که محور طولی آنها عمود بر سطح مایع باشد.

در هنگام سخت کردن قطعات بسیار طویل تخت و نازک مانند اره های نواری، دیسک اره ها، تیغه فرزهای دیسکی فنرهای ،تخت داسهای کشاورزی و قطعات مشابه دیگر حتی وقتی که تمام اصول بالا به خوبی رعایت شوند به راحتی نمی توان از تغییر شکل و تاب برداشتن آنها اصول و کاربرد عملیات حرارتی فولادها جلوگیری کرد. از این رو پیشنهاد می شود که این قطعات در دستگاهها یا نگهدارنده هایی با طرح مناسب سریع سرد شوند. بدین صورت که قطعه گرم شده در داخل گیره پیشگرم شده ای به طور محکم قرار گرفته و همراه با آن به داخل محیط سردکننده وارد شود.

نواحی پراکنده نرم

نواحی نرم بیشتر در قطعات ساخته شده از فولادهای کربنی ساده و یا کم آلیاژ دیده می شوند. برخی از معمولترین مواردی که میتواند منجر به تشکیل نواحی نرم شود عبارت اند از:

(الف) سریع سرد کردن در آبی که حاوی حبابهای هوا باشد همچنین حبابهای بخار تشکیل شده در ضمن وارد شدن قطعه داغ به داخل آب میتواند نواحی پراکنده نرم را به وجود آورد. در این شرایط، باید از افزایش دمای آب بیشتر از ۲۵ درجه سانتیگراد جلوگیری کرد برای کاهش اثرات حبابهای هوا و بخار آب داخل مخزن را به کمک پروانه و با پمپ به هم میزنند و یا اینکه قطعه کار را در داخل آن حرکت می دهند.

ب) آبهایی که توسط روغن صابون و یا ناخالصیهای مشابه دیگر آلوده شده باشند می توانند منجر به ایجاد نقاط پراکنده نرم بر روی سطح قطعه شوند.

ج) کافی نبودن آب برای حجم قطعاتی که در آن سریع سرد می شوند.

د) یکنواخت نبودن ترکیب شیمیایی یا میکروساختار مانند نوع فازها و اندازه دانه ها در قسمتهای مختلف قطعه ها وجود پوسته های اکسیدی و یا مواد دیگر مانند گریس ،روغن ماسه و مواد مشابه دیگر بر روی سطوح قطعه سختی کم پس از سریع سرد شدن اگر سختی فولاد پس از عملیات سخت کردن به اندازه کافی افزایش نیافته باشد، علت آن میتواند در اثر یک یا تعدادی از عوامل زیر باشد.

الف) دمای آستنیته کردن بسیار کم و زمان آستنیته کردن بسیار کوتاه باشد. حالت دوم می تواند ترک خوردن و یا شکسته شدن قطعه را نیز موجب شود. زیرا در زمان کوتاه مقاطع نازک میتوانند به راحتی آستنینه شوند در حالی که مقاطع ضخیم هنوز به دمای کافی نرسیده باشند. این امر باعث یکنواخت سخت نشدن قطعه و در نتیجه ایجاد تنشهای بسیار زیادی در آن خواهد شد.

ب) نرخ سرد کردن بسیار کم به عنوان مثال تحت شرایطی که قطعه شکل پیچیده ای داشته و نباید در آب سریع سرد شود و از سوی دیگر، به علت حجیم بودن آن، نرخ سرد شدن در روغن کافی نباشد.

ج) کاهش کربن سطح

د) حضور آستنیت باقیمانده بسیار زیاد ناشی از دمای آستنیته کردن بسیار بالا گرچه در اینجا تنها چهار نوع عمده از معایب عملیات حرارتی و آن هم فقط در ضمن سخت کردن بررسی شد ولی باید به این نکته توجه داشت که تعداد عیوبی که در ضمن عملیات حرارتی ممکن است بروز کنند به مراتب بیشتر است. در حقیقت در هر مورد، ابتدا باید عامل به وجود آورنده هر عیب با توجه به عملیات شامل حرارتی و یا غیر حرارتی) انجام شده بر روی قطعه مشخص شده و سپس با در نظر گرفتن آن در رفع عیب کوشیده و سعی در جلوگیری از معیوب شدن قطعات دیگر به عمل آید.

انواع گرید های فولاد عملیات حرارتی

فولاد های قابل عملیاتی زیادی تا بحال ساخته شده اند اما می توان چند مورد معروف از انها را معرفی کرد.

1- 1.7225 : جزء  فولاد های آلیاژی عملیات حرارتی می باشد که چقرمگی، استحکام، مقاومت در برابر ضربه و مقاومت خستگی خیلی خوبی دارد که از این فولاد در ساخت انواع قالب های پلاستیکی، قالب های فورج گرم و قالب های داغ مهر زنی، سگدست،اکسل، شاتون،میلنگ،شفت دنده، وسایل نقلیه همچون خودرو ها و هواپیما و سازه ها و صنعت هوا فضا استفاده می شود.

4- 1.6580 : جزو فولاد های عملیات حرارتی کم آلیاژ می باشد که چقرمگی خوبی دارد و توانایی بالا بردن استحکام با عملیات حرارتی بدون از دست دادن استحکام خستگی را دارا می باشد و در ساخت اجزا تحت تنش خیلی بالا در خودرو و ماشین ، شفت ها،محورها، میلنگ موتور، پیچ ها و اجزای تحت حرارت در نیروگاه های صنعتی استفاده می شود.

5- 1.6582 : فولاد کم آلیاژ قابل عملیات حرارتی است که به استحکام، سختی بالا معروف است و همچنین این قابلیت را دارد که استحکام آن را با عملیات حرارتی بالا برد در حالی که استحکام خستگی آن حفظ می شودو از آن برای ساخت قطعات هواپیما، چرخ دنده ها و شفت، قطعات مهندسی عمومی، چرخ دنده های سخت شده، میله ها و پیچ های اتصال، لوله های تفنگ استفاده می شود.

6- 1.1191 : جزء فولاد های کربن متوسط شناخته می شود که جوشکاری، ماشینکاری، استحکام و مقاومت در برابر ضربه خوبی دارد و سختی کمی دارد و از این آلیاژ در ساخت محورها، بولت ها، اتصالات،گیره­های هیدرولیک، پین­ها، رول ها، میخ ها، شفت ها، دوک ها، سوکت ها، چرخ دنده های سبک و مورد استفاده قرار می­گیرد

7- 1.1203 : جزء فولاد های فولاد ساده کربنی است که خواص آن با عملیات حرارتی بهبود داده شده و نیز از ماشینکاری خوبی برخودار است و از آن برای ساخت فنرها، محصولات سخت شده سطحی مانند شفت، بوش، میل لنگ، اجزاء سازه ای از فولاد با درجه خلوص بالا تحت بارگذاری در ماشین ها،خودرو  و موتور ها استفاده می شود.

.

مطالب مرتبط با فولادهای قابل عملیات حرارتی :

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

اسکرول به بالا