روش های سخت کاری فلزات
سختکاری فرآیندی است که طی آن ساختار میکروسکوپی مواد (به ویژه فولاد و آلیاژهای آهنی) تغییر کرده و خواص مکانیکی آنها بهبود مییابد. در اغلب موارد، سختکاری شامل تغییرات در ساختار فازی فولاد است، که معمولاً با افزایش فاز مارتنزیت همراه است. این فرآیند شامل گرمکردن تا دمای خاص و سپس سرد کردن با سرعت کنترل شده یا سریع (کوئنچ) است. سختی سنجی شامل آزمون های مختلفی می باشد که اهمیت نتایج دقیق در این آزمونها، رعایت شرایط صحیح انجام آزمون و استفاده از تجهیزات دقیق و کالیبره شده برای تست سختی کاری فلزات ضروری است.
معرفی سختکاری کوئنچ-تمپرینگ
فرآیند کوئنچ در این روش، قطعه به دمایی بالاتر از نقطه بحرانی (Ac3 یا Ac1) گرم شده و سپس به سرعت در یک محیط خنککننده (آب، روغن یا گاز) سرد میشود. این فرآیند باعث تشکیل فاز مارتنزیت میشود که سختی بسیار بالایی دارد. این روش در مقاله سخت کاری فولاد mo40 به صورت تخصصی در رابطه با فولاد mo40 توضیح داده شده است. فرآیند تمپرینگ بعد از کوئنچ، قطعه به دمایی پایینتر از نقطه بحرانی گرم میشود تا تنشهای داخلی کاهش یافته و چقرمگی افزایش یابد. تمپرینگ خواص مکانیکی را متعادل میکند. مزایا- استحکام و سختی بالا.
- قابلیت تنظیم خواص مکانیکی.
- امکان ترک خوردگی در حین کوئنچ.
- ابزارهای برشی.
- قطعات خودرو.
معرفی سختکاری موضعی
سختکاری موضعی فرآیندی است که در آن تنها بخشی از یک قطعه به سختی مطلوب میرسد، در حالی که بقیه قسمتها ساختار اصلی خود را حفظ میکنند. این روش برای کاربردهایی استفاده میشود که در آنها نیاز به سختی در سطح یا قسمت خاصی از قطعه باشد، در حالی که باقی قسمتها باید چقرمگی یا انعطافپذیری خود را حفظ کنند. مزایای سختکاری موضعی- کنترل خواص مکانیکی: سختی بالا در ناحیهای خاص، در کنار چقرمگی در بقیه نواحی.
- صرفهجویی در زمان و هزینه: تنها بخش کوچکی از قطعه پردازش میشود.
- کاهش تغییر شکل قطعه: به دلیل گرمایش و سرمایش موضعی.
معرفی سختکاری القایی
در این روش، یک میدان مغناطیسی با فرکانس بالا در اطراف قطعه ایجاد میشود. جریان القا شده در سطح قطعه باعث گرم شدن سریع آن میگردد. سپس، با کوئنچ سریع، سطح قطعه سخت میشود. مزایا- سرعت بالا.
- عدم تماس فیزیکی با قطعه.
- کنترل دقیق عمق سختی.
- دندهها.
- شفتها.
- ابزارهای برشی.
معرفی سختکاری شعلهای
در فرآیند سختکاری شعلهای، با استفاده از شعله حاصل از سوخت گازهای قابل احتراق مانند گاز طبیعی، لایه نازکی از سطح قطعه فولادی تا دمای بحرانی گرم میشود. سپس، کل قطعه به سرعت خنک یا کوئنچ میگردد. معمولاً در این روش، تنها بخش خاصی از قطعه تحت تأثیر حرارت بالا قرار گرفته و سخت میشود، در حالی که سایر نقاط بدون تغییر باقی میمانند. مشابه دیگر روشهای سختکاری فولاد، در سختکاری شعلهای نیز فقط سطح بیرونی قطعه سخت و کریستالی شده و هسته فلز همچنان نرم میماند. این تکنیک باعث افزایش مقاومت قطعه در برابر خستگی و بهبود استحکام خمشی و پیچشی آن میشود. سختکاری شعلهای عمدتاً برای قطعات بزرگ به کار میرود، جایی که عملیات حرارتی حجمی سنتی از نظر فنی یا اقتصادی مناسب نباشد. این روش در تولید قطعاتی مانند غلتکها، قالبهای صنعتی بزرگ، چرخدندهها و لبههای تیز چاقو کاربرد دارد. در این روش، از یک شعله گاز (معمولاً اکسیاستیلن) برای گرم کردن موضعی قطعه استفاده میشود. پس از گرم شدن، قطعه سریعاً کوئنچ میشود. مزایا- تجهیزات ساده و قابل حمل.
- امکان سختکاری قطعات بزرگ.
- کنترل کمتر نسبت به روش القایی.
- تأثیر حرارتی بیشتر بر محیط اطراف.
- ریلها.
- قطعات بزرگ صنعتی.
معرفی سختکاری لیزری
لیزر با تمرکز بالا میتواند سطح قطعه را با دقت بسیار بالا گرم کند. با تنظیم پارامترهای لیزر، سختی مورد نظر در ناحیه خاصی از قطعه ایجاد میشود. مزایا- دقت بالا.
- حداقل تغییر شکل قطعه.
- مناسب برای قطعات پیچیده.
- قطعات الکترونیکی.
- ابزارهای پزشکی.
معرفی سختکاری با پرتو الکترونی
در این روش، از یک پرتو الکترونی با انرژی بالا برای گرم کردن سطح استفاده میشود. این روش معمولاً در محیط خلأ انجام میشود و امکان کنترل بسیار دقیقی روی سختکاری فراهم میکند. مزایا- دقت بالا.
- عمق نفوذ قابل تنظیم.
- هزینه بالا.
- نیاز به تجهیزات پیچیده.
- قطعات حساس هوافضا.
- کاربردهای نظامی.
معرفی سختکاری نیتروژندهی (Nitriding)
سختکاری نیتراته (نیتروژندهی) فرآیندی است که طی آن سطح فولاد یا آلیاژهای خاص با نیتروژن اتمی واکنش داده و یک لایه نیتریدی سخت در سطح ایجاد میشود. این فرآیند در دمای پایین (معمولاً 500-600 درجه سانتیگراد) و در محیطی شامل آمونیاک یا پلاسمای نیتروژن انجام میشود. مکانیزم نیتروژن در سطح فولاد نفوذ کرده و با عناصر آلیاژی مانند کروم، مولیبدن یا وانادیوم واکنش داده و نیتریدهای سخت تشکیل میدهد. این لایه بسیار سخت و مقاوم به سایش است. کاربردها- قطعات توربین، میللنگ، دندهها، و شفتها.
- کاربردهایی که مقاومت به خستگی و خوردگی سطحی بالا مورد نیاز است.
- سختی سطحی بسیار بالا.
- افزایش مقاومت به سایش و خوردگی.
- حفظ ابعاد اصلی قطعه (تغییر شکل بسیار کم).
- زمانبر بودن فرآیند (چندین ساعت).
- نیاز به آلیاژهای خاص با عناصر آلیاژی مناسب.
معرفی سختکاری سمانتاسیون (Carburizing)
سختکاری سمانته (کربندهی) فرآیندی است که در آن قطعات فولادی کمکربن در معرض محیط غنی از کربن قرار گرفته و سطح آنها به کربن آغشته میشود. این فرآیند معمولاً در دمای 900-950 درجه سانتیگراد انجام میشود. پس از آن، قطعه کوئنچ میشود تا لایه کربندار سخت شود. مکانیزم کربن به سطح فولاد نفوذ کرده و باعث تشکیل فاز مارتنزیت سخت در سطح پس از کوئنچ میشود، در حالی که مغز فولاد همچنان چقرمه باقی میماند. کاربردها- ساخت چرخدندهها، میللنگها، زنجیرها و ابزارهای صنعتی.
- قطعاتی که نیاز به سختی سطحی و چقرمگی داخلی دارند.
- سختی سطحی بالا.
- بهبود مقاومت به سایش.
- قابلیت استفاده برای فولادهای ارزانقیمت کمکربن.
- نیاز به کنترل دقیق فرآیند.
- تغییر شکل احتمالی قطعات در حین کوئنچ.
معرفی سختکاری هاردکروم (Hard Chrome Plating)
سختکاری هاردکروم فرآیندی است که در آن یک لایه نازک از کروم سخت و مقاوم به خوردگی بر سطح قطعه نشانده میشود. این فرآیند با استفاده از الکترولیز در محلول کرومیک اسید انجام میشود. ویژگیها- ضخامت لایه کروم معمولاً بین 2 تا 250 میکرون است.
- لایه کروم مقاومت به سایش و خوردگی سطحی بسیار بالایی ایجاد میکند.
- قطعاتی که تحت تنش مکانیکی بالا هستند، مانند شفتها، سیلندرهای هیدرولیکی، و قالبهای تزریق.
- قطعاتی که در محیطهای خورنده قرار دارند، مانند تجهیزات دریایی.
- مقاومت به سایش و خوردگی بسیار بالا.
- سطح صاف و پرداخت شده.
- مناسب برای قطعات پیچیده.
- هزینه بالا.
- ضخامت لایه محدود.
- ایجاد ترکهای ریز در لایه کروم در برخی شرایط.
مقایسه کلی انواع سخت کاری فلزات
|
روش |
مکانیزم | دمای عملیات | ویژگی اصلی |
کاربرد اصلی |
|
سختکاری القایی |
گرمایش القایی + کوئنچ | 800-1000°C | سختی سطحی با دقت بالا |
شفتها، دندهها |
|
سختکاری نیتراته |
نفوذ نیتروژن | 500-600°C | مقاومت به خوردگی و سایش |
میللنگها، توربینها |
|
سختکاری سمانته |
نفوذ کربن + کوئنچ | 900-950°C | سختی سطحی و چقرمگی مغزی |
چرخدندهها، زنجیرها |
|
سختکاری هاردکروم |
رسوب لایه کروم | دمای محیط | مقاومت به خوردگی و سایش |
شفتهای هیدرولیک، قالبها |
