سخت کاری فولاد، نوعی عملیات حرارتی که در آن، سطح رویی فولاد دچار تغییر شده و خواص مکانیکی، متالوژیکی، شیمیایی و فیزیکی فولاد دچار تغییراتی می شود و بهبود می یابد ولی بخش داخلی آن تغییر نمی کند در آخر می توان از قطعات به دست آمده در ساخت قطعات صنعتی استفاده کرد.
برا اطلاعات بیشتر درباره ی بحث کلی و اختصاصی سخت کاری فولاد با آهن ملل همراه باشید.
سخت کاری فولاد چیست؟
سخت کاری فولاد، همان برگشت دادن فولاد و استفاده از عملیات حرارتی است.
سخت کاری نوعی عملیات حرارتی که با استفاده از شرایط خاص کاری و محیطی سطح قطعه را سخت کرده در حالی که ترکیب شیمیایی داخل قطعه تغییر نمی کند.
در آخر قطعه ای حاصل می شود که سختی سطحی مطلوب در کنار چقرمه بودن دارد.
قطعات فولادی را می توان به نحوی روی آن ها عملیات حرارتی انجام داد که علاوه بر مقاومت به سایش، دارای استحکام دینامیکی خوبی باشند.
پس از انجام تمام مراحل مربوط به شکل دادن نظیر ماشین کاری و غیره، عملیات حرارتی انجام می شود، چون آخرین عملیاتی که باید در مرحله پایانی ساخت قطعه، انجام پذیرد.
گرم کردن و سرد کردن زمانبندی شدهٔ فلزات، سرامیک‌ها و آلیاژها را به منظور بدست آوردن خواص مکانیکی و فیزیکی مطلوب، عملیات حرارتی می‌گویند.
از عملیات حرارتی برای مواد غیرفلزی مانند شیشه‌ها وسرامیک‌ها نیز استفاده می شود.
سخت کاری سطحی چیست؟
سخت کاری سطحی همان سخت کاری فولاد است که نوعی عملیات حرارتی که در آن با استفاده از شرایط خاص کاری و محیطی سطح قطعه را سخت کرده در حالی که ترکیب شیمیایی داخل قطعه تغییر نمی کند.
مراحل سخت کاری فلزات
سه مرحله عمده دارد که عبارت اند از:
- در مرحله ی اول قطعه آلیاژ موردنظر حرارت داده می شود. ابتدا قطعه را به آرامی تا دمای ۷۰۰-۶۰۰ درجه سانتی گراد می رسانند. با این کار قطعه دچار تنش نمی شود.
سپس قطعه مورد نظر را تا دمایی بالاتر از دمای بحرانی انتقالی به سرعت گرم می کنند. با سریع گرم کردن قطعات، ساختاری به صورت دانه ریز به دست می آید.
- در مرحله ی دوم، به ازای هر اینچ ضخامت در قطعه، قطعه گرم شده را یک ساعت در این دما نگه می دارند.
برای خنک شدن سریع قطعه گرم شده، به جای خنک شدن در محیط های باز که به آرامی خنک شود؛
توسط غوطه ور شدن در آب یا مایع دیگر نظیر نیتروژن مایع، هوا، آب نمک، حمام نمک یا غوطه ور شدن در روغن به سرعت خنک می شود.
- در این مرحله، عملیات سخت کاری با آب صورت می پذیرد. به طور معمول فولادهای آلیاژ بالا توسط هوا، و فولادهای آلیاژ پایین با غوطه ور شدن در روغن سخت کاری می شوند.
آیا سرعت خنک کردن (کوئنچ کردن) فولاد، اهمیت دارد؟
بله. در مرحله ی گرم کردن عناصر موجود در آلیاژ به حالت محلول جامد تغییر شکل می دهند و سرد کردن ناگهانی در ماده تنش ایجاد می کند.
بنابراین تاکید می شود سرعت خنک کردن بیش از حد بالا نباشد تا از میزان تنش های پس مانده کاسته شود و ترک خوردگی در سطح سخت کاری شده رخ ندهد.
وقتی که کوئینچ کردن توسط غوطه وری در مایعات (مرحله دوم) انجام می شود.
باید توجه داشت که غوطه وری به صورت کامل و با سرعت انجام شود چون در غیر این صورت لایه ای روی سطح کار ایجاد می شود که مانع از سخت کاری فولاد می شود.
سرعتی که برای سرد کردن فولادها در نظر گرفته می شود به میزان عناصر آلیاژی که در آن ها استفاده شده است بستگی دارد.
باید به این نکته توجه کنیم که قطعه کوئینچ شده نباید برای زمان طولانی در دمای محیط نگه داشته شود و باید سریع به مرحله تمپرینگ فرستاده شود.
نکات کوئنچ در روغن
برای انجام این عملیات برای کاهش احتمال آتش سوزی لازم است از روغنی استفاده شود که نقطه اشتعال بالاتری دارد.
در این عملیات میزان تنش های پسماند کمتر است چون سرعت سرد شدن قطعه فولاد در روغن پایین تر از سردشدن با آب و سایر مواد است.
در طول تمام مدت سرد شدن قطعات، باید روغن درون مخزن را هم زد تا تمام قسمت های قطعه فولادی به طور یکسان حرارت خود را از دست بدهند و سرد شوند.
دمای بین ۳۲ تا ۵۴۰ سانتی گراد بهترین دما برای روغن کوینچ است.
عمق سخت کاری در فولادهایی که با روغن کوئینچ (خنک) می شوند بالاتر از آن هایی است که با آب کوئینچ می شوند.
مزیت این روش این است که قطعات فولادی که توسط هوا کوئینچ می شوند، معمولا مغز قطعه فولاد هم چقرمه نمی ماند و سخت کاری می شود.
نکات کوئنچ در آب
در این روش هنگام استفاده از آب خالص یک لایه سد بخار روی قطعه فولادی ایجاد می شود که باعث عدم سخت شدن بعضی از نقاط به طور مطلوب خواهد شد.
ولی در هنگام استفاده از آب نمک کریستال های نمک روی قطعه رسوب کرده سپس منفجر می شوند و همین امر باعث عدم تشکیل سد بخار خواهد شد و قطعه فولادی مورد نظر به طور یکنواخت سرد می شود.
بنابراین بهتر است از آب نمک به جای آب خالی استفاده شود.
نکته:
- عملیات سخت کاری فولاد باید آخرین مرحله باشد و مراحلی نظیر ماشین کاری و غیره قبلاً انجام شده باشد.
- تاب برداشتن فولاد در حین عملیات سخت کاری فولاد امری اجتناب ناپذیر است.
این امر بیشتر در مواقعی رخ می دهد که قطعات با سرعت خیلی بیشتر از حد نیاز گرم یا سرد شوند یا قطعات را خیلی بیشتر از دمای بحرانی انتقالی گرم کنند.
قطعه را باید به طور نامناسب درون محیط کوئینچ (خنک شدن) وارد کنند و غیره.
بهتر است قطعاتی که طویل و نازک هستند را در مرحله کوئینچ کردن به صورت عمودی سرد کنید تا احتمال و میزان کمانی شدن، خمش و پیچش آن ها به حداقل میزان ممکن برسد.
عملیات سخت کاری القایی
این روش یک نوع عملیات سخت کاری سطوح است که در آن یک بخش فلز القا میگردد .
در عملیات سخت کاری القایی به وسیله ی یک میدان مغناطیسی و ایجاد یک جریان الکتریکی منجر به گرم شدن فلز می شودو سپس بلافاصله خنک می شود؛ که در لایه بیرونی تغییراتی ایجاد می کند که سختی و شکنندگی بخش را افزایش می دهد.
در این عملیات ویژگی های هسته اصلی فلز حفظ می شود.
آیا می دانید چرا از میدان مغناطیسی برای گرم کردن فلز به وسیله جریان الکتریکی استفاده می شود؟
چون حرارت دادن فلز به روش هدایت گرمایی باعث گرم شدن کل مجموعه آن شده بنابراین هسته اصلی دچار تغییرات می شود و عملیات القایی به درستی صورت نمی پذیرد.
سخت شدن قطعات مکانیکی
بسیاری از قطعات مکانیکی مثل شفت، چرخ دنده ها، فنر ها و غیره برای سخت شدن از روش زیر استفاده می کنند.
یک منبع الکتریکی با فرکانس بالا با راندن یک جریان متناوب زیاد از طریق یک سیم پیچ صورت می گردد.
در نتیجه گذر جریان از طریق این سیم پیچ باعث ایجاد میدان مغناطیسی بسیار شدید می شود، که این عملیات باعث سخت شدن قطعه ی مکانیکی می شود.
مزایای عملیات القائی :
- مقاومت و سختی بالا
- فرایند بسیار سریع، در نتیجه تولید بیشتر
- دستیابی به عمق ۸ mm
- عدم ایجاد خرابی
سخت کاری فولاد فنر
بعد از پیچش فنر، سخت کاری با عملیات حرارتی فنر انجام می شود که به آرامی خنک شده و در نهایت در روغن کونچ می شود.
بعد از کربن دهی در سخت کاری فولاد عمل کونچ صورت می گیرد. این روش از نظر اقتصادی و مصرف انرژی مقرون به صرفه است.
اما عیب این روش این است که به علت دانه درشت شدن ساختار فولاد، از این روش فقط می توان برای اجزا تحت تنش پایین استفاده کرد.
روش اصولی انجام این عملیات این است که قطعه ابتدا باید گرم شود و بعد به کوره حمام نمک و بعد در روغن فرو برود که خاصیت فنریت خوبی به دست می آورد.
در نهایت در کوره تمیز با حرارت بین ۱۵۰ تا ۲۰۰ درجه به سختی موردنظر دست می یابد که باعث چقرمگی می شود که سختی و شکنندگی را پایین می آورد.
سخت کاری فولاد MO40
معرفی فولاد MO40
این فولاد به طور گسترده برای ساخت آن دسته از تجهیزات صنعتی که تحت فشار یا ضربه و حرارت بالا قرار دارند مانند تیر، ستون، چرخ دنده و غیره به کار می رود.
این فولاد جزو آلیاژهای کم کربن دسته بندی می گردد و دارای توان کششی و مقاومت بسیار بالایی می باشد.
همچنین بدلیل اینکه سختی این فولاد بسیار زیاد است، در پروژه هایی که مقاومت به سختی و توان کششی بالا مدنظر باشد، از این فولاد استفاده می شود.
جهت اطلاع بیشتر از این محصول می توایند به مقاله ی فولاد MO40 چیست؟ مراجعه نمایید.
سخت کاری فولاد MO40
سخت کاری این فولاد، در دمای ۸۶۰-۸۲۰ در آب یا روغن انجام می شود که نوع خاصی از عملیات حرارت پذیری می باشد.
سخت کاری باعث افزایش طول عمر فولاد، همچنین افزایش مقاومت فولاد در برابر ضربه، سایش، خوردگی و … می شود.
کاربرد این فولاد در صنایع مختلف مانند
- غلتک های صنایع سیمان
- دنده فرمان
- محور های خودرو
- پیچ های مقاوم
- ظروف تحت فشار
و … کاربرد دارد.
سخت کاری فولاد CK45
معرفی فولاد CK45
فولاد CK45 یک فولاد با کشش متوسط است که در شرایط نرمال یا نورد گرم تولید می شود.
این فولاد استحکام کششی ۵۷۰ تا ۷۰۰ مگاپاسکال و سختی برینل بین ۱۷۰ و ۲۱۰ دارد.
این نوع فولاد دارای قابلیت سختی پذیری پایینی می باشد. لازم است بدانید که فقط بخش هایی با ابعاد حدود ۶۰ میلیمتر مناسب برای تمپر کردن و سخت شدن می باشد.
فولاد CK45 دارای قابلیت جوش پذیری خوب، ماشینکاری خوب، استحکام و مقاومت دربرابر ضربه بسیار بالا در شرایط نرمال و یا گرم است.
جهت اطلاع بیشتر از این محصول می توایند به مقاله ی فولاد CK45 چیست؟ مراجعه نمایید.
سخت کاری فولاد CK45
این فولاد تا دمای بین ۸۲۰ – ۸۵۰ درجه سانتی گراد حرارت داده می شود.
لازم است قطعه را تا زمانی که دما یکنواخت است نگه دارید همچنین هر ۲۵ میلیمتر از قطعه را به مدت ده تا پانزده دقیقه خیس کنید.
این فولاد را در هوای آزاد و به آرامی خنک کنید.
باعرض سلام.مطالب ارائه شده بسیار کاربردی و کامل بودن. و همچنین به گونه ای نگارش و بیان شده بودن که قابل درک و فهم برای همه خوانندگان در هر سطحی از معلومات اولیه بود. از تمامی عزیزانی که در تهیه و نشر این مطلب زحمت کشیده بودن کمال تشکر و امتنان را دارم.
سلام و وقت بخیر
ممنون از شما بابت وقتی که گذاشتید و نظرتونو اعلام کردید 🙏