سطح قطعات فلزی بایستی از سختی نسبتا بالایی برخوردار باشد؛ زیرا سطوح، بیشتر در معرض سایش و فرسایش قرار می گیرند. از این رو برای افزایش مقاومت سطوح قطعات فولادی، لازم است عملیاتی بر روی آن ها صورت گیرد که یکی از آن ها سخت کاری است. در این مطلب به بررسی سخت کاری سطحی و مزایای آن می پردازیم. با آهن ملل همراه باشید.
سخت کاری سطحی چیست؟
سخت کاری سطحی به فرآیندی می گویند که در آن سطح فلز، با تغییر ساختار کریستالی قطعه یا افزودن عناصر جدید با حرارت بالا انجام می شود. این فرآیند سبب افزایش سختی لایه خارجی فولاد می شود. فرآیند سخت کاری مقاطع فولادی، با دو روش انجام می شود که به شرح زیر است.
۱.سخت کاری عمقی: در این روش، قطعه به صورتی گرم می شود که سطح و هسته داخلی آن به یک اندازه سخت شوند. قطعاتی که به این روش سخت کاری، نیاز داشته باشند، در محیطی با کربن بالا، گرم می شوند تا کل قطعه، به طور یکنواخت سخت شود. البته استفاده از سختکاری عمقی ممکن است، کل توده فلزی را ترد و شکننده کند.
۲. سخت کاری سطحی: بسیاری از مشکلاتی که در سخت کاری عمیق به چشم می خورد، در سخت کاری سطحی، وجود ندارد.
روغن سخت کاری
روغن کوئینچ X45 یکی از روغن های مخصوص عملیات سخت کاری فلزات می باشد که به عنوان سیال خنک کننده در عملیات کوئنچینگ مورد استفاده قرار می گیرد. عملیات کوئینچینگ همان آبکاری است که پس از مرحله گرم کردن، انجام می شود. به این صورت که قطعه پس از حرارت، در دما و زمان مشخص، به طور ناگهانی وارد محیط خنک کننده می گردد. انجام عملیات روغن کاری شامل ویژگی هایی می باشد که به شرح زیر است.
- ایجاد خاصیت خنک کنندگی به طور کنترل شده
- به دست آوردن خاصیت توزیع دما به طور سریع و یکنواخت در سیال
سخت کاری شعله ای
این فرآیند حرارت دهی به گونه ای است که مقطع فولادی، با استفاده از شعله گاز طبیعی قابل احتراق، حرارت دهی می شود. سپس پس از آستنیته شدن، مقطع فولادی را به سرعت سرد می کنند. این عملیات، سبب می شود که مقطع فولادی از مقاومت، سختی و سایش خوبی برخوردار شود و هسته قطعه حرارت داده شده، ساختار اولیه خود را حفظ کند. به همین دلیل قطعه می تواند مقاومت خوبی در برابر ضربه داشته باشد. به علاوه، فرآیند سخت کاری شعله ای، استحکام خمشی، پیچشی و عمر قطعه را افزایش می دهد.
سخت کاری القایی
این فرآیند از بسیاری جهات، شبیه سخت شدن با شعله است؛ با این تفاوت که گرمایش توسط جریان الکتریکی با فرکانس بالا ایجاد می شود. عمق گرمایش به فرکانس، سرعت انتقال حرارت و طول چرخه گرمایش بستگی دارد.
مزایای سخت کاری سطحی
استفاده از سخت کاری سطحی، مزایای زیادی را به همراه دارد که شامل موارد زیر است.
- بهبود قابلیت جوشکاری فولاد
- بهبود مقاومت در برابر خستگی چرخ دنده ها
- امکان استفاده از فولاد برای کاربردهای سنگین
- ایجاد مقاومت در برابر شکست فوق العاده در یاتاقان ها
- افزایش دوام و عمر قطعات فولادی
- کاهش صدا و صرفه جویی در مصرف انرژی
- ایجاد تنش های پسماند فشاری در چرخ دنده ها
در ادامه به شرح و بررسی هریک می پردازیم.
۱.بهبود قابلیت جوشکاری فولاد: این روش سبب بهبود قابلیت جوشکاری فولاد می شود که اهمیت بسیار زیادی برای برخی از کاربردهای مهندسی دارد.
۲.بهبود مقاومت در برابر خستگی چرخ دنده ها: سخت کاری چرخ دندانه ها، باعث افزایش مقاومت خمشی و فشاری، کنترل سختی و مقاومت در برابر خستگی، می شود. همچنین سخت کاری به صرفه جویی در انرژی و کنترل هزینه کمک می کند.
۳.امکان استفاده از فولاد برای کاربردهای سنگین: برای کاربردهای سنگین از آلیاژهایی استفاده می شود که قابلیت ماشین کاری کمی دارند. برای افزایش قابلیت ماشینکاری، سختی و استحکام آن ها می توان از عملیات سختکاری استفاده کرد.
۴.ایجاد مقاومت در برابر شکست فوق العاده در یاتاقان ها: در صورتی که برای ساخت یاتاقان ها از عملیات سختکاری استفاده گردد، باعث افزایش مقاومت آن ها در برابر ضربه و جلوگیری از خرابی های فاجعه بار بلبرینگ می شود.
۵.افزایش دوام و عمر قطعات فولادی: در صورت اجرای عملیات سختکاری سطحی، سختی در سطح فلز حاصل می شود که باعث افزایش عمر خستگی قطعات و مقاومت آن ها در برابر سایش می شود.
۶.کاهش صدا و صرفه جویی در مصرف انرژی: اگر برای انجام فرآیند سخت کاری سطحی، از مواد مناسبی استفاده شود، باعث کاهش صدای تولید شده توسط جعبه دنده می شود و در زمان کار کردن توربین ها، انرژی نیز صرفه جویی می شود.
۷.ایجاد تنش های پسماند فشاری در چرخ دنده ها: سخت کاری سطحی چرخ دنده ها، سبب ایجاد تنشهای فشاری پسماند در سطح و عمق آن ها می شود. وجود تنش پسماند، تنش های خمشی را خنثی کرده و از ایجاد ترک جلوگیری می کند.
سوالات متداول سخت کاری سطحی
سخت کاری سطحی چیست؟
به فرآیندی که در آن سطح فلز با استفاده از یک لایه نازک از آلیاژ فلز روی تقویت می شود، سخت کاری سطحی می گویند.
مزایای سخت کاری سطحی فلزات چیست؟
مزایای سخت کاری سطحی فلزات شامل بهبود قابلیت جوشکاری فولاد، بهبود مقاومت در برابر خستگی چرخ دنده ها، امکان استفاده از فولاد برای کاربردهای سنگین، ایجاد مقاومت در برابر شکست و غیره می باشند.
