UA-77833942-1

سختکاری Hardening

عمليات حرارتي فولاد ها  Heat Treatment of Steels

عمليات حرارتي فرآيند گرم و سرد كردن يك فولاد براي دستيابي به خواص دلخواه است.

انواع مختلف فرآيندهاي عمليات حرارتي براي تغيير شرايط و خواص زير در فولادها استفاده مي شوند.

– بهبود چقرمگي                           – بهبود قابليت ماشين كاري

– افزايش سختي                            – خالص كردن ساختار دانه اي        

– افزايش چكشخواري                     – برداشتن تنش هاي باقي مانده

– بهبود مقاومت به سايش

كوئنچ كردن  Quenching

فرآيند سرد كردن خيلي سريع يا با يك نرخ كنترل شده آستنيت براي دستيابي به ريز ساختار مطلوب

سرد كردن سريع از شكل يافتن آستنيت به \\\\+ fe3 جلوگيري مي كند.

كوئنچ كردن آستنيت مارتنزيت را ايجاد مي كند، كه براي كاربردهاي يك ماده سخت مورد انتظار است ، استفاده مي شود.(براي مثال چاقوها، تيغ هاي ريش تراشي، ابزار جراحي، ابزارهاي برشي و غيره)

وقتي آستنيت+ فريت كوئنچ مي شود، تمام آستنيت كاملاً به مارتنزيت تبديل مي شود در حالي كه فريت بدون تغيير باقي مي ماند.

هنگامي كه آستنيت + سمنتيت كوئنچ مي شود، مجدداً تمام آستنيت به طور كامل به مارتنزيت تبديل مي شود در حالي كه سمنتيت بدون تغيير باقي مي ماند.

1- سخت كاري Hardening

سخت كاري فرآيند آستنيت سازي يك فولاد است در يك دماي توصيه شده، براي اطمينان از همگن شدن در آستنيت مدتي در آن دما نگه داشته مي شود و سپس با سرعتي كه به اندازه كافي سريع باشد براي جلوگيري از تبديل به هر محصول به جز مارتنزيت كوئنچ مي شود.

اين سرعت سرد كردن كه فقط يك ساختار كاملاً مارتنزيت ايجاد مي كند، سرعت سرد كردن بحراني است (CCR). بنابرين سرعت بايد به منظور اطمينان از تبديل تمام آستنيت به مارتنزيت زياد شود.

يك طبقه از مواد كوئنچ كه مي تواند استفاده شود:

– ميزان شدت: سود سوزآور %5، آب نمك % 10- 5 ، آب سرد ، آب گرم ، روغن معدني، روغن حيواني ، روغن گياهي

توجه: كوئنچ كردن در روغن ها ممكن است باعث توليد بينيت به جاي مارتنزيت شود.

فولاد هاي داراي كربن كمتر از 0.25 درصد وزني كربن نمي توانند با كوئنچ كردن سخت شوند چون دماغه نمودارTTT به محور دما خيلي نزديك است.این فولادها مناسب برای سختکاری سطحی از قبیل کربورایزینگ ویا کربونیترایدینگ میباشند.

شدت كوئنچ كردن  Rate of Quenching

مؤثر بودن كوئنچ اساساً با هم زدن افزايش مي يابد. تلاطم قطعه و يا ماده كوئنچ آهنگ انتقال حرارت بين ماده كوئنچ و سطح قطعه را افزايش مي دهد. شدت كوئنچ (H) نشانه اي از چگونگي تأثير يك ماده كوئنچ مشخص مي باشد. كه مستقيماً به تنش هاي گرمايي واقع در قطعه عمليات حرارتي شده وابسته است

تعدادي مقادير متداول H به شرح زير است:

2- تمپر كردن Tempering

فرآيند دوباره حرارت دادن فولاد كوئنچ شده (مارتنزيت) به منظور افزايش نرمي و چكش خواري.

فولاد تا بالاي A1 حرارت داده مي شود، سريعاً با سرعتي كه به اندازه كافي براي نرسيدن به دماغه (يا زانو) نمودار TTT براي تشكيل مارتنزيت سريع باشد، كوئنچ مي شود. و دوباره در دماي زير A1 براي دستيابي به سختي تمپر مطلوب حرارت داده مي شود. عناصر آلياژي عموماً سرعت تمپر را كاهش مي دهند

وقتي مارتنزيت بالاي 250 درجهC  تمپر مي شود، تمام مارتنزيت ناپديد مي شود و جاي آن را فريت مي گيرد و نهايتاً سمنتيت پراكنده مي شود.

توجه: اين ساختار جديد پرليت نمي باشد. اين ساختار مارتنزيت تمپر شده ناميده مي شود. براي دوباره بدست آوردن پرليت، بايد فولاد را دوباره آستنيت و به طور مناسب سرد كنيد. تا پرليت حاصل شود.

وقتي يك فولاد براي يك دوره زماني زياد (<24ساعت) در بين دماي 400 و 727 درجه c نگه داشته مي شود، كاربيد شكل گلوله اي مي گيرد كه كاربيد كروي شده ناميده مي شود.

شكل: فرايند كوئنچ و تمپر كردن براي يك فولاد ساده كربني

تأثير تمپر كردن روي خواص مكانيكي فولادها

* چقرمگي را بهبود مي بخشد

* چكش خواري را افزايش مي دهد

* سختي را كاهش مي دهد (فولاد را نرم مي كند)

3- مارتمپر كردن (ماركوئنچ كردن)

روش كوئنچ كردن كه اصولاً براي كاهش اعوجاج و ترك خوردگي فولادهاي عمليات حرارتي شده استفاده مي شود.

مراحل زير را شامل مي شود:

(1) آستنيت سازي فولاد در دماي مناسب

(2) كوئنچ كردن تا دمايي درست بالاي ms (معمولاً در يك روغن يا حمام نمك مذاب)

(3) نگهداري در مادهه كوئنچ براي دستيابي به دماي واحد در سرتاسر فولاد

(4) سرد كردن با يك سرعت متوسط از طريق ناحيه تبديل مارتنزيت

خواص خواص مكانيكي فولاد 1065 كه با تمپر و كوئنچ معمولي عمليات حرارتي شده است.

4- آستمپر كردن  Astempering

– يك عمليات حرارتي تك دما، طراحي شده طراحي شده براي ايجاد بينيت در فولاد هاي كربني ساده

– يك روش متناوب براي كوئنچ و تمپر كردن

* استحكام و چقرمگي را بهبود مي بخشد

* ترك خوردن و اعوجاج را كاهش مي دهد

* اما براي كامل شدن زمان زيادي مي برد

مراحل زير را شامل مي شود:

(1) آستنيت سازي فولاد در دماي مناسب

(2) كوئنچ تا دمايي درست بالاي ms

(3) نگهداشتن به صورت تك دما در ماده كوئنچ تا تبديل گاما به بينيت كامل شود

(4) سرد كردن تا دماي اتاق در هوا

خواص مكانيكي فولاد 1065 كه با آستمپر و كوئنچ معمولي عمليات حرارتي شده است.

5- شكل دهي آستنيتي

شكل دهي آستنيتي (همچنين به عنوان عمليات ترمومكانيكي كم دما (LTMT) نيز شناخته مي شود) شامل تغيير شكل آستنيت در دهانه نيمه پايدار بين منحني هاي فريت و بينيت نمودار TTT مي باشد. بعد از تغيير شكل، اين فولاد براي تشكيل مارتنزيت به سرعت سرد مي شود. اثر تركيبي تغيير شكل آستنيت و چگالي نابجايي زياد يك ريز ساختار مارتنزيت خيلي ظريف با استحكام تسليم بالا و چقرمگي بالا ارائه مي دهد.

عناصر آلياژي كه گسترش يك دماغه بينيت مجزا در نمودارهاي TTT را توسعه مي دهند، شامل كرم، موليبدن، نيكل، تنگستن و منگنز مي باشند.

6- ايزو فرم كردن

اين عمليات شبيه شكل دهي آستنيتي است، اما در اينجا تغيير شكل آستنيت در اين دما ادامه مي يابد، جايي كه آستنيت به فريت و كاربيد آهن تبديل مي شود. مارتنزيت تشكيل نمي شود. ريز ساختار فريت ظريف و كاربيدهاي كروي يك بهبود چقرمگي قابل ملاحضه اي را ارائه مي دهد.

عملیات حرارتی، فرایندی است که با هدف بهبود خواص مکانیکی مواد، بر روی قطعات انجام می‌شود. از این‌رو، برای بالابردن مقاومت در برابر سایش قطعات و افزایش استحکام آنها در حین عملکرد، معمولاً قطعات را مورد عملیات حرارتی سختکاری و تمپرینگ قرار می‌دهند.
در برخی مواقع، نتیجه عمل سختکاری و تمپرینگ، آن چیزی نیست که پیش‌بینی می‌شود و قطعات، خواصی پایین‌تر از آنچه که پس از عملیات حرارتی انتظار می‌رود، به‌دست می‌آورند. این موضوع می‌تواند علت‌های مختلفی داشته باشد که عمده علل آن عبارتند از:
نرسیدن مواد به دمای آستنیته در حین گرم کردن برای سختکاری
عدم نگهداری قطعات تا مدت زمان کافی برای انجام استحاله کامل آستنیته در دمای آستنیته کردن
کافی نبودن نرخ سرد شدن قطعات در حین کوئنچ کردن
تمپر بیش از حد قطعات در فرایند تمپرینگ .

در کارگاه عملیات حرارتی تک فرایند کربورایزینگ و کربو نیتریدینگ و سختکاری  بصورت گازی و توسط کوره چند منظوره (Multi purpose furnace ) ساخت کشور ژاپن انجام می شود.