عملیات حرارتی فولادها-دلایل عملیات حرارتی-مروری بر عملیات حرارتی فولادی

عملیات حرارتی چیست؟

گرم کردن و سرد کردن زمانبندی شده ی فلزات. سرامیک ها و آلیاژها را به منظور بدست آوردی خواص مکانیکی و فیزیکی مطلوب، عملیات حرارتی می نامند. عملیات حرارتی برای تغییر خواص فیزیکی، شیمیایی، مکانیکی و به ویژه متالورژیکی مواد استفاده می شود. عملیات حرارتی برای مواد غیر فلزی مانند شیشه ها و شیشه-سرامیک ها نیز بکار می رود.

دلایل عملیات حرارتی

1. تنش زدایی تنش های ناشی از عملیات و فرایندهای تولید
2. ریز کردن دانه بندی
3. افزایش مقاومت به سایش با ایجاد لایه سخت بر سطح. و در عین حال افزایش مقاومت به ضربه با به وجود آوری مرکز نرم تر در داخل قطعه
4. بهبود خواص فولاد به منظور اقتصادی کردن جایگزینی بعضی از انواع ارزان تر فولاد به جای انواع گران آن
5. افزایش جذب انرژی ضربه فولاد
6. بهبود خصوصیات برش در فولادهای ابزار
7. بهبود خواص الکتریکی
8. تغییر یا بهبود خواص مغناطیسی

عملیات حرارتی فولادها

فولاد از نظر خاص مناسبی که در عمل دارد، یکی از مهمترین مواد فلزی است.

یکی از دلایل عمده ای که می توان فولادهایی با خواص مختلف بدست آورد. همان تبدیل ساختمان کریستالی آهن از آلفا به گاما با تغییر درجه حرارت می باشد. این تبدیل مطابق با نمودار آهن-کربن می تواند در حد زیادی تحت تأثیر کربن قرار گیرد. برای مثال سختی و استحکام در فولادهای سریع سرد شده (آب داده شده) بستگی به میزان درصد کربن موجود در آنها دارد.

متداول ترین عملیات حرارتی فولادها

1. کربن دهی سطحی
2. بازپخت کامل (آنیلینگ)
3. آنیلینگ جهت کروی کردن سمنتیت
4. نرماله کردن (نرمالیزاسیون)
5. کوئنچ کردن
6. برگشت دادن (تمپر کردن)
7. تنش زدایی

متداول ترین عملیات حرارتی که معمولاً برای فولادها انجام می شود و ما به آن می پردازیم. به قرار زیر است:

آنیل: هدف دستیابی به یک ساختار متالورژیکی کاملاً همگن و پایدار. (معمولاً فریت و یا پرلیت) و عاری از تنش های پسماند و اثرات کارسرد و جدایش می باشد. قطعات آنیل شده معمولاً بیشترین انعطاف پذیری و کمترین استحکام را دارند. برای انجام آنیل معمولاً بعد از قرار دهی نمونه ها برای مدت زمان مشخص در دمای آستنیته، در محیط کورۀ خاموش خنک می شوند.

نرماله: در این عملیات حرارتی قطعات در محیط هوا خنک می شوند. به این ترتیب ساختار با دانه بندی ریز بدست خواهد آمد.

کوئنچ و تمپر: پس از سرد کردن سریع فولادها ز دمای آستنیت در یک محیط خنک کننده مانند روغن، آب نمک و … فرصت برای تشکیل ساختارهای پایدار داده نمی شود. و نهایتاً ساختارهای شبه ناپایدار یعنی مارتنزیت تشکیل می شود. اگرچه به علت حلالیت فوق اشباع کربن و همچنین دانسیتۀ زیاد عیوب کریستالی در شبکه بلوری مارتنزیت، استحکام بسیار زیاد است. اما انعطاف پذیری و مقاومت به ضربه آن کم است.

برای دستیابی به خواص مکانیکی بهینه معمولاً ساختارهای مارتنزیتی را در دمایی کمتر از 700 درجه سانتی گراد، حرارت می دهند. به این ترتیب با وجود کاهش کمی در استحکام و سختی، انعطاف پذیری به مقدار قابل ملاحظه ای زیاد می شود.

اصول و مبانی عملیات حرارتی:

1. حرارت فولاد تا دمای آستنیتی
2. نگهداری فولاد در این دما برای تشکیل فاز آستنیت همگن (زمان هم دما سازی)
3. کاهش دمای فولاد با سرعتی مشخص بر اساس خواص مورد نظر
4. گرم کردن تا دمای بالا ولی کمتر از دمای بحرانی (در صورت لزوم)

تغییر فاز در فولادها به نگام گرم کردن

پیش از گرم کردن ساختار میکروسکوپی فولاد شامل فریت و پرلیت و کاربیدها است. با حرارت دهی تا نیل به دمای بحرانی تغییر فاز با جوانه زنی آستنیت آغاز می شود. با افزایش دما، فریت و سمانتیت درون آستنیت حل می شوند. پس از حل شدگی کاربیدها فاز آستنیت همگن حاصل می آید. فزایند آستنیتی شدگی در دمای بالا به سرعت انجام می پذیرد. برای فولاهای هیپریو تکتوئید و هیپویوتکتوئید با دما را بیشتر افزایش دهیم.

تغییر شکل آستنیت به هنگام سرد کردن

اگر فولاد با زمینه آستنیت همگن را به آرامی خنک کنیم فازهای فریت، پرلیت و سمانتیت تشکیل می شود. در صورت افزایش آهنگ خنک کاری به باینیت و مارتنزیت می رسیم.

در فولاد یوتکتوئیدی تغییر شکل آستنیت و پرلیت هنگامی است که دمای آستنیت کمتر از دمای بحرانی شود. و آهنگ خنک کاری آهسته باشد. در فولادهای هیپریوتکتوئیدی و هیپویوتکتوئیدی، بین دماهای بحرانی فوقانی و تحتانی، فریت یا سمانتیت تشکیل می شود.

اگر سرعت خنک کاری فولاد را یاد کنیم (بالاتر از خنک کاری بحرانی) مستقیماً فاز مارتنزیت تشکیل می شود. که سخت و مستحکم است.

عملیات نرماله کردن:

عملیات نرمالیزه یکی از انواع عملیات حرارتی است. عملیا نرمالیزه فولاد حرارت دهی در درجه حرارت های کمی (حدود 50 درجه سانتی گراد). بالاتر از خط Acm، و نگهداشت کافی در آن درجه حرارت برای تبدیل کامل به آستنیت. و سپس سرد کردن در خارج از کوره، یعنی در هوای تقریباً ساکن، تا دمای معمولی محیط است.

بعد از عملیات نرمالیزه، ساختار دانه ای ریز و یکنواخت با خواص معین خوبی حاصل می آید. بنابراین عملیات نرمالیزه می تواند عملیات حرارت اولیه ای با موقعیت معین برای عملیات حرارتی بعدی باشد. زیرا به کمک عملیات نرمالیزه تمام تغییراتی که در نتیجه عملیات قبلی بر روی فولاد در ساختار دانه ای. و در خواص معین ظاهر می گردد بر طرف می شود.

در عملیات نرمالیزه سرعت سرد شدگی تأثیر قابل توجهی روی درجه حرارت تبدیل آستنیت و ریزی پرلیت خواهد داشت. عموماً هر چقدر سرعت سرد شدگی بیشتر باشد. درجه حرارت تبدیل آستنیت پایینتر و پرلیت ریزتر خواهد بود.

بهتر است قطعات فولادی مورد ریختگری بعد از تولید نرمالیزه شوند. تا چنانچه احیاناً ساختاری با خواص مکانیکی نامناسب در آنها ایجاد شده بر طرف شود.

در مواردی برای حصول دانه های درشت، فولاد را در درجه حرارت عملیات نرمالیزه حرارت می دهند و سپس سرد می کنند. فولادی که این چنین حاصل می آید. دارای دانه های درشت می باشد و تا حدودی با تردی کمتر دارای قابلیت خوبی برای عملیات براده برداری است.

مهترین مزایای عملیات نرمالیزه

1. افزایش انعطاف پذیری
2. یکنواخت کردن ریز ساختار
3. ریز کردن دانه ها
4. افزایش قابلیت ماشینکاری
5. یکنواخت کردن بیشتر عناصر آلیاژی

محدوده دمایی نرماله کردن تنها ۵۰ درجه سانتی گراد بالاتر از دمای آستنیته پیشنهاد می شود. زیرا اگر بیشتر از آن باشد دانه های فولاد درشت می شود. و باعث افت خواص فولاد میشود. که بر خلاف هدف نرماله کردن است که هدف آن ریز کردن ساختار فولاد است.

هنگامی که قطعات بزرگ را سرد می کنند سطح آن سریع سرد می شود. ولی مغز و مرکز آن هنوز دمای بالایی دارد و هنگامی که مغز آن سرد می شود. و می خواهد از فاز γ به α تبدیل شود جسم تمایل به ازدیاد حجم پیدا می کند. ولی چون سطح آن کاملاً شکل می گیرد و قادر به این ازدیاد حجم نیست و باعث ایجاد تنش در داخل قطعه میشود. لذا عملیات نرماله کردن برای قطعات خیلی بزرگ پیشنهاد نمی شود.

از آنجایی که در نرماله کردن فولادهای هیپویوتکتویید گستره دمایی آستنیته کردن بالاتر از گستره دمایی مربوط به آنیل است. ساختار آستنیت و همچنین توزیع عناصر آلیاژی از یکنواختی بیشتری برخوردار خواهد بود. یکی دیگر از اهداف مهم نرماله کردن عبارت است از ریز کردن دانه های درشتی که اغلب به هنگام کارگرم. در دمای بالا و یا در ضمن ریختگری و انجماد حاصل می آیند. هنگامی که قطعه کارگرم یا مرود ریختگری با دانه های درشت در دمایی بین Ac1,Ac3 قرار بگیرد. دانه های جدید آستنیت جوانه می زنند و رشد می کنند. در صورتی که دمای آستنیته کردن به گستره دمایی نشان داده شده در شکل زیر محدود شود.

عملیات حرارتی فولادها

آستنیتی با ساختار همگن و دانه های ریز به وجود می آید. حرارت دهی در دماهای بالاتر از گستره دمایی یاد شده، ممکن است منجر به درشت شدگی دانه ها شود. بنابراین در عملیات نرماله کردن فولادهای هیپویوتکتویید، ابتدا آستنیتی با ساختار همگن و دانه های ریز به وجود آید. و سپس در اثر سرد شدن در هوا به فریت و پرلیت تبدیل می شود. از نظر خواص مکانیکی، میکروساختار حاصل از نرماله کردن می تواند در بعضی موارد به عنوان عملیات حرارتی نهایی منظور شود. در مواردی که هدف سخت کردن قطعاتی باشد که دارای دانه های درشت هستند. نرماله کردن بعنوان عملیات حرارتی اولیه جهت ریز کردن دانه ها استفاده می شود.

برای نرماله کردن فولادهای هایپریوتکتویید از گستره دمایی بین خط Acm و حدود 50 درجه سانتی گراد بالای آن استفاده می شود. انتخاب این گستره دمایی به منظور ریز کردن دانه های آستنیت، انحلال کاربیدهای رسوب شده. و همچنین شکسته شدن شبکه پیوسته کاربیدی. که احتمالاً در ضمن عملیات قبلی در مرز دانه های حاصل می آیند. از آنجایی که در نرماله کردن قطعات از دمایی بالاتر از Acm در هوا سرد می شوند. احتمال تشکیل مجدد شبکه پیوسته کاربید در مرز دانه های آستنیت وجود دارد.

در این صورت میکروساختار حاصل ممکن است تا حدودی فولا را ترد و شکننده کند. اگر قرار باشد که این فولاد سخت شود، در من آستنیته شدن مجدد (به منظور سخت کردن). شبکه پیوسته شکسته شده و ذرات مجتمع و کروی کاربید حاصل می شود.

از آنجایی که در نرماله کردن، قطعات در هوا سرد می شوند. میکروساختارهای مورد حاصل اختلاف قابل توجهی با میکروساختارهای حاصل از آنیل دارند. با توجه به اینکه در نرماله کردن فریت و پرلیت در دمایی کمتر و با آهنگی بیشتر از آنیل کردن تشکیل می شوند. اندازه دانه های فریت و سمنتیت و فاصله بین لایه ای پرلیت هر دو کاهش می یابند. بنابراین، در مقایسه با خواص حاصل از فرایند آنیل، استحکام و سختی افزایش می یابد و انعطاف پذیری تا حدودی کاهش می یابد.

نکته ای که باید در رابطه با سرد شدگی قطعات در هوا در ضمن نرماله کردن بدان توجه داشت. این است که، نقاط مختلف در داخل یک قطعه با آهنگ های متفاوت سرد می شوند. همچنین آهنگ های سرد شدن یاد شده، با تغییر ابعاد قطعه تغییر می کنند. بدین صورت که، هرچه قطعه حجیم تر باشد آهنگ سرد شدن قطعه و هچنین آهنگ های سرد شدن نقاط مختلف در داخل آن کمتر است.

این موضوع به مقدار حرارتی که باید از داخل قطعه به خارج هدایت شود مربوط می شود. در حقیقت هرچه قطعه حجیم تر باشد برای اینکه دمای قسمت مرکزی آن افت کند به زمان بیشتری نیاز است. از اثر ابعاد قطعه بر روی آهنگ سرد شدن، دو نتیجه مهم استنتاج می شود. اول، در مقاطع خیلی بزرگ آهنگ سرد شدن سطح قطعه ممکن است به طور قابل ملاحظه ای بیشتر از ناحیه داخلی باشد.

عملیات حرارتی فولادها

و در نتیجه باعث ایجاد تنش در آن شود. دوم اینکه در قطعات خیلی کوچک، به خصوص در مورد فولادهای آلیاژی سرد شدن در هوا. ممکن است منجر به تشکیل بینیت و یا حتی مارتنزیت به جای مخلوط فریت و پرلیت شود. با توجه به این نکته توصیه می شود که عملیات نرماله کردن بر روی فولادهای آلیاژی اعمال نشود.

از جمله پارامترهای مهم که بر روی خواص مکانیکی فولادهای نرماله و مورد آنیل کاری اثر می گذارد، درصد کربن فولاد است. هرچه درصد کربن بیشتر باشد (تا حد یوتکتویید) پرلیت بیشتری تشکیل می شود. و در نتیجه استحکام و سختی فولاد زیادتر و انعطاف پذیری آن کمتر می شود.

عملیات آنیلینگ (بازپخت)

آنیل کردن (Annealing) در علم مواد، به فرایندی می گویند که موجب تغییر خواص ماده مانند سختی و شکل پذیری آن می شود. این فرایند شامل گرم کردن ماده تا دمایی مناسب. نگه داری در آن دما در زمان مشخص و کافی و سپس سرد کردن آن با سرعت مناسب تا دمای محیط می باشد. کلمه آنیل (بازپخت) مفهوم گسترده ای داشته و هم در بخش فلزات و آلیاژهای آهنی و هم غیر آهنی کاربرد دارد. این عملیات عموماً برای نرم کردن مواد فلزی انجام می شود. و در نتیجه آن خواصی مانند قابلیت ماشین کاری، خواص الکتریکی. قابلیت کار سرد و پایداری ابعاد آن و ساختار آلیاژ تغییر قابل توجه می کند.

عملیات حرارتی فولادها

انواع فرایندهای آنیل کردن:

انواع آنیل کردن انواع مختلی دارد که هدف و نتیجه آنها متفاوت است. هر گاه عنوان خاصی برای آن ذکر نشود، منظور بازپخت کامل است. که در آن آلیاژ آهنی تا بالاتر از دمای استحاله گرم میشود و سپس به آرامی در داخل کوره سرد می گردد. و کاملاً نرم می شود. سیکل این عملیات با توجه به ترکیب و مشخصات آلیاژ متفاوت بوده و برای هر فولاد سیکل مشخصی وجود دارد.

آنیل کامل:

آنیل کامل عبارتست از حرارت دهی فولاد در گستره دمایی و سپس سرد کردن آهسته، معمولاً در کوره است. تحت شرایط فوق آهنگ سرد شدن در حدود 0.02 درجه سانتی گراد بر ثانیه است. گستره دمایی آستنیته کردن برای آنیل کامل، تابع درصد کربن فولاد است.

علت آستنیته کردن فولادهای هایپر یوتکتویید در ناحیه دوفازی آستنیت-سمنتیت. این است که سمنتیت پرویوتکتویید در این فولاد به صورت کروی و مجتمع شده در آید. اگر چنین فولادی حرارت دهی شود. در ضمن آهسته سرد شدن سمنتیت پرویوتکتویید به صورت شبکه پیوسته در مرز دانه های آستنیت رسوب می کند. و در نتیجه منجر به ترد و شکننده شدن فولاد می شود.

در عملیات آنیل کامل، هدف از آستنیته کردن فولادهای هایپر یوتکتویید در ناحیه دوفازی آستنیت-سمنتیت. عبارت است از شکستن شبکه پیوسته کاربید یاد شده و تبدیل آن به ذرات ریز و کروی شکل مجزا از یکدیگر است. نیروی محرکه در این عملیات عبارت است از کاهش انرژی فصل مشترک ناشی از کروی شدن ذرات کاربید. و در نتیجه کاهش مقدار فصل مشترک آستنیت-کاربید است.

آنیل ایزو ترمال:

این عملیات شامل حرارت دادن فولاد در دو دمای مختلف است. ابتدا عملیات آستنیته کردن که در همان گستره دمایی مربوط به آنیل کامل انجام می شود. و سپس سرد کردن سریع تا دمای دگرگونی و نگه داشتن برای مدت زمان کافی جهت انجام دگرگونی. پس از پایان دگرگونی، فولاد را با هر آهنگ سرد شدن دلخواهی می توان سرد کرد.

زمان لازم برای آنیل همدما در مقایسه با آنیل کامل به مراتب کمتر است. در حالی که سختی نهایی کمی بیشتر خواهد بود. همانند آنیل کامل، میکروساختار حاصل از آنیل همدما در فولادهای هیپویوتکتویید، یوتکتویید و هایپر یوتکتویید به ترتیب عبارت است از فریت-پرلیت،پرلیت و پرلیت-سمنتیت است. ولی پرلیت حاصل نسبتاً ظریفتر و درصد فریت و سمنتیت پرویوتکتویید تا حدودی کمتر است.

از جمله موارد عمده کاربرد آنیل همدما در رابطه با فولادهای آلیاژی است که دارای سختی پذیری بالایی اند. در صورتی که بر روی این فولادها عملیات حرارتی آنیل کامل انجام شود. به علت سختی پذیری زیاد، ساختار نهایی حاصل به جای پرلیت خشن، ممکن است. پرلیت ظریف و یا حتی مخلوط پرلیت ظریف و بینیت بالایی باشد.

آنیل اسفرودایز:

تعادلی ترین ساختار در بین ساختارهای تعادلی ایجاد زمینه ای از فریت. همراه با کره های ریز سمنتیت در آن است این ساختار دارای بالاترین خواص می باشد.

برای آلیاژهای غیر آهنی با ترکیب و ساختار مربوط به خود، عملیات بازپخت برای اهداف زیر انجام می شود.

1. حذف کامل یا جزیی اثراث کار سرد (احتمال رخ دادن تبلور مجدد)
2. آمیخته شدن کامل رسوبات به صورت ذرات درشت
3. رسوب ذرات از محلول جامد

عملیات بازپخت خود به چند دسته تقسیم می شود:

1. نرمالیزاسیون Normalizing

در این عملیات، آلیاژهای آهنی تا بالاتر از دمای استحاله Ac3 گرم شده و بعد در هوای آزاد سرد می شود. ساختار و خواص فولادهای کم کربن در این عملیات. مشابه عملیات بازپخت کامل (Full Annealing) بوده اما نکته قابل ذکر اینکه نتیجه عملیات نرمالیزاسیون و بازپخت برای همه آلیاژهای آهنی یکسان نمی باشد.

2. آنیل فرایند

که به آن آنیل میانی نیز می گویند موجب نگهداری و حفظ شکل پذیرفته قطعه کار سرد شده می شود. تا حین کار ترک نخورد. قطعه تا دمای آستنیته شدگی گرم می شود و تا زمانی که تنش ها در آن کاهش یابند نگهداری می شود. و سپس در کوره خنک می شود. در ادامه قطعه برای کار سرد بعدی آماده است.

3. بازپخت کامل

با آنیل کامل خاصیت شکل پذیری ماده افزایش می یابد و ساختار یکنواختی با خواص دینامیکی خوب حاصل می شود.

4. تنش گیری

کوئنچ کردن:

روش اجرای سیکل های عملیات حرارتی و چگونگی نیل دمای فولاد به دمای آستنیته کردن، یک کار تجربی است. با توجه به تنوع تکنیک های عملیات حرارتی و تجهیزات مصرفی در کارگاه ها و تفاوت هایی که در ابعاد. فرم و جرم قطعه کار وجود دارد. نمی توان یک دستورالعمل مشخص برای اجرای سیکل عملیات حرارتی تدوین نمود. مسئولین کارگاه عملیات حرارتی باید دستورالعمل های کلی مورد ارائه. از طرف شرکت های فولادسازی را با قابلیت ها و محدودیت های تجهیزاتشان تلفیق کرده و یک روش اجرایی برای هر قطعه ای طرح کنند.

عملیات حرارتی فولادها

در این مورد باید نکات زیر را با دقت مورد توجه قرار داد:

زمان حرارت دهی قطعه کار باید به اندازه کافی طولانی باشد. تا بتوان اطمینان یافت که همه نقاط آن به دمای سختکاری می رسیدند و عناصر آلیاژی و کاربایدها در زمینه فولاد حل شدند.

در صورتی که حرارت اعمالی به قطعه کار، بیش از حد دمایی مطلوب باشد. و یا قطعه کار برای مدت طولانی تری در این دما نگهداری شود، دانه های فولاد بیش از حد رشد می کنند. و ممکن است پس از کوئنچ مقداری آستنیت در ساخت فولاد باقی بماند.

اگر دمای قطعه کار تا حد قابل توجهی پایینتر از حد دمای مطلوب برای سخت کاری باشد، سخت شدن اتفاق نمی افتد. در صورتی که دمای قطعه کار بالاتر بوده، ولی هنوز هم از دمای مطلوب سخت کاری پایین تر باشد. سختی قطعه کار به طور غیر یکنواخت می شود. به طوری که سطح آن سخت می باشد و داخل قطعه کاملاً سخت نخواهد شد. در این شرایط ممکن است پس از کوئنچ، قطعه کار ترک بخورد.

کوئنچ کردن (Quenching) عبارت است سرد کردن سریع فولاد از دمای سخت کاری (آستنیته شدن). تا دمای محیط یا دمای خاص دیگری، کوئنچ کردن را می توان به روش های مختلفی انجام داد. مثلاً فرو بری در روغن برای فولادی که گرم است ، آب، آب نمک (Brine) هوای آرام و حمام نمک (Salt bath). این محیط خنک کننده بستگی به نوع فولاد دارد.

عملیات حرارتی فولادها

کوئنچ کردن فولادهای ابزار و قالب، بحرانی ترین مرحله در عملیات حرارتی آنها محسوب می شود. سختی و خواص فیزیکی فولاد در سیکل کوئنچ کردن به وجود می آید. سرعت سرد کردن فولادهای ابزار به هنگام کوئنچ به میزان عناصر آلیاژی مربوط است. و می توان این سرعت را با انتخاب محیط کوئنچ یعنی آب، روغن یا هوا کنترل کرد.

فولادهای سخت شونده در آب عناصر آلیاژی اندکی دارند (یا اصلاً ندارند) ولی میزان عناصر آلیاژی در فولادهای سخت شونده در روغن بیشتر است. فولادهای سخت شونده در هوا نیز جزو فولادهای پر آلیاژ محسوب می شوند.

چند نکته مفید در عملیات کوئنچ فولادهای ابزار و قالب، در زیر آورده شده است:

• تا قبل از این که قطعه کار برای مدت کافی در دمای سخت کاری نگه داشت بشود، آن را کوئنچ نکنید.
• پس از کامل شدن سیکل کوئنچ، بلافاصله عملیات تمپرینگ را آغاز کنید.
• سعی کنید که عملیات کوئنچ برای قطعات یک محموله تولیدی، یکسان اجرا شود. و قطعات طویل و نازک را به صورت عمودی کوئنچ کنید تا خمش، کمانی شدن و پیچش آنها به حداقل برسد.

کوئنچ کردن در آب

توصیه می شود به جای آب خالص، از آب نمک برای کوئنچ استفاده شود. دلیل این پیشنهاد این است که به هنگام کوئنچ قطعه فولادی خیلی داغ در آب بخار ایجادی. در مجاورت سطوع قطعه کار، یک مانع عایق ایجاد کرده و از انتقال حرارت مطلوب جلوگیری می کند. مخصوصاً در گوشه های تیز داخلی، رزوه ها، سوراخ های ته بسته و دیگر فرم های مشابه. در نتیجه بعضی نقاط در قطعه کار نرم باقی می مانند. (Soft Spots) و این کوئنچ اختلافی باعث ایجاد تنش در قطعه کار می شود و اعوجاج یا ترک را در آن به وجود خواهد آورد.

افزودن نمک (حداکثر 10% حجمی) به آب، فرایند کوئنچ فولاد را تسهیل می کند. زیرا کریستال های نمک که بر روی سطح قطعه کار رسوب می کنند، به شدت منفجر می شوند. این انفجار کریستال ها باعث به هم خوردگی شدید مایع می شود. و از ایجاد سد بخار در حوالی قطعه کار در حال کوئنچ جلوگیری خواهد کرد. تلاطم مایع همچنین باعث دور شدن پوسته های ناشی از عملیات حرارتی از سطح قطعه کار و ادامه یکنواخت عملیات کوئنچ می گردد. بنابراین استفاده از آب نمک باعث سرد شدن یکنواخت قطعه کار خواهد شد.

کوئنچ کردن در روغن:

رعایت نکات زیر می تواند در عملیات کوئنچ فولاد در روغن مفید باشد.

• با توجه به این که کوئنچ فولاد داغ در روغن ممکن است خطر آتش سوزی داشته باشد. لازم است برای این کار از روغن با نطقه اشتعال لحظه ای (Flash Point) بالا استفاده شود.
• سرعت سرد شدن قطعه کار به هنگام کوئنچ شدن در روغن، آهسته تر از آب یا آب نمک است. بنابراین میزان تنش های پس ماند در قطعه کار نیز پایینتر خواهد بود.
• روغن درون مخزن باید هم زده شود تا سرعت سرد شدن قطعه کار در آن یکنواخت باشد.

تمپر کردن (برگشت)

عملیات تمپر (برگشت) Tempering یا برگشت دهی عبارت است از. گرم کردن مجدد فولاد یا چدن سخت شده تا پایین تر از دمای استحاله یوتکتوئید (معمولاً کمتر از 700 درجه سانتی گراد). نگهداری در این دما به مدت مشخص و سپس آهسته سرد کردن تا دمای محیط.

تقریباً تمام قطعات که سخت می شوند در ضمن سرد شدگی به علت تنش های داخلی ایجادی نسبتاً ترد و دارای شکنندگی هستند. از این رو به ندرت فولادها پس از سرد کردن و در شرایط مارتنزیت شده استفاده می شوند. مگر در مواردی استثنایی نظیر هنگامی که به سختی زیادی نیاز باشد. و یا در مورد فولادهای کم کربن، معمولاً فولادها پس از سریع شدن و قبل از استفاده باید بازپخت شوند. بازپخت عبارت است از حرارت دادن فولاد سخت شده تا دمای معین. و نگه داشتن برای مدت زمان مشخص و سپس سرد کردن آهسته تا دمای اتاق.

کوئنچ کردن باعث ایجاد تنش های داخلی در قطعات و در نتیجه موجب ایجاد تردی و شکنندگی در آنها می شود. به همین علت به جز در مواردی که سختی بسیار بالایی مورد نیاز باشد. از فولادهای کوئنچ شده استفاده نمی شود. در این مرحله، می بایست فولاد قبل از استفاده تمپر شود. با انجام این عملیات روی آلیاژهای سخت شده، خواص مکانیکی آلیاژ تعدیل می شود.

سه مرحله کاملاً مجزا از یکدیگر را در رابطه با تغییر میکروساختار مارتنزیت در ضمن بازپخت وجود دارد که این سه مرحله عبارتند از:

1- مرحله اول

تشکیل کاربیدهای انتقالی نظیر کاربید اپسیلن و یا کاربید اتا و در نتیجه کاهش درصد کربن زمینه مارتنزیتی تا حدود 0.52 درصد.

2- مرحله دوم

تبدیل آستنیت باقی مانده به فریت و سمانتیت.

3-مرحله سوم

جایگزین شدن کاربیدهای انتقالی و مارتنزیت کم کربن توسط فریت و سمانتیت.

و نیز می توان به تشکیل کاربیدهای آلیاژی و ایجاد سختی ثانویه به عنوان مرحله چهارم برگشت اشاره کرد. مهم ترین مسئله از دست دهی سختی در اثر برگشت دهی و تشکیل کاربیدهای ثانویه و رشد آنها است.

دما و زمان برگشت دهی به ترکیب شیمیایی فولاد و خواص مکانیکی و ابعاد قطعه بستگی دارد. گستره ی دمایی بازگشت به سه صورت پایین و متوسط و بالا می تواند باشد.

عملیات حرارتی فولادها

انتخاب دما و زمان عملیات تمپر کردن (برگشت):

انتخاب دما و زمان عملیات تمپر کردن بستگی به ترکیب شیمیایی فولاد، ابعاد قطعه و خواص مکانیکی مورد نیازز دارد. با حذف و یا کاهش تنش های داخلی توسط عملیات تمپر، چقرمگی شکست قطعه افزایش (کاهش شکنندگی). و سختی و استحکام قطعه که است تا حدی کاهش می یابد.

دمای برگشت فولادهایی که سخت هستند غالباً از 150 درجه سانتی گراد تجاوز نمی کند. سیکل عملیات برگشت از نظر دما و زمان مشابه عملیات بازپخت ناقص و بازپخت تنش گیری می باشد. ولی هدف و ساختار نهایی مورد حاصل از هر کدام متفاوت است.

ارتباط دما و زمان عملیات تمپر کردن (برگشت):

زمانی که در فرایند تمپر کردن به زمان اشاره نشود. منظور همان یک ساعت است. چهت نیل به سختی مورد نظر می توان زمان برگشت را تغییر داد.

تغییرات ریزساختار طی عملیات تپر کردن (برگشت):

زمانی که یک فولاد کوئنچ می شود ریزساختار شامل مارتنزیت ناپایدار است. دلایل این ناپایداری عبارتست از:

1. وجود کربن به صورت فوق اشباع در شبکه کریستالی bct مارتنزیت.
2. انرژی تنشی ناشی از وجود نابجایی ها و دو قلویی های بسیار زیاد
3. وچود آستنیت باقیمانده

در طی عملیات تمپر کردن، هر یک از این پارامترها خود نیروی محرکه ای برای تغییر ریزساختار می شوند. مثلاً: کربن فوق اشباع موجب تشکیل کاربید می شود. انرژی تنشی نیروی محرکه جهت بازیابی بوده و آستنیت باقی مانده برای تشکیل مخلوط فریت و سمنتیت در طی فرایند نیروی محرکه می باشد.

مراحل عملیات تمپر کردن (برگشت):

سه مرحله جداگانه در طی فرایند تمپر رخ می دهد که عبارتند از:

1. تشکیل کاربیدهای انتقالی مانند کاربید اپسیلن یا کاربید اتا و کاهش درصد کربن در زمینه مارتنزیتی
2. تبدیل آستنیت باقی مانده به فریت و سمنتیت
3. جایگزینی کاربیدهای انتقالی و مارتنزیت کم کربن توسط فریت و سمنتیت

عملیات حرارتی فولادها

افزایش درجه حرارت عملیات برگشت موجب کاهش سختی نهایی میشود. ولی نکته قابل توجه در این زمینه، سختی فولادهای پر کربنی است که در دمای پایین تمپر می شوند. سختی این فولادها پس از کوئنچ و تمپر تا حدی بیشتر از سختی ناشی از کوئنچ بوده. که این افزایش سختی را به تشکیل کاربیدهای انتقالی بسیار ریز در بین صفحات مارتنزیتی مربوط می دانند.

فولاد رسول دلاکان

با سالها تجربۀ ارزشمند و گرانبها در عرصه تأمین و توزیع انواع ورق آلیاژی و انواع فولاد آلیاژی. و با گواهینامه ها و آنالیزهای معتبری که ضمیمه محصولاتش به مشتریان خویش میها می کند. توانسته رضایتمندی مشتریان خویش را همواره فراهم آورد.

صنعتگر شریف و گرامی از اینکه ما را جهت خرید کالا (فولاد آلیاژی) مورد نیاز خویش. انتخاب می نمایید از شما سپاسگزاریم.

ارتباط با ما
02128423820 – 09122136675
واتس آپ: 09122136675 – فکس: 02128423820
اینستاگرام: fooladdalakan
ایمیل : fooladrasuldalakan@gmail.com