عملیات سطحی

مروری بر عملیات حرارتی فولادی

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. ن********ه کردن (ن********یزاسیون)
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.

ن********ه: 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 ن********ه کردن:

عملیات ن********یزه یکی از انواع عملیات حرارتی است. عملیا ن********یزه 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 ن********یزه، ساختار دانه ای ریز و یکنواخت با خواص معین خوبی حاصل می آید. بنابراین عملیات ن********یزه می تواند عملیات حرارت اولیه ای با موقعیت معین برای عملیات حرارتی بعدی باشد. زیرا به کمک عملیات ن********یزه 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 ن********یزه 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 ن********یزه 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 ن********یزه 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 ن********یزه

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

فولاد رسول دلاکان

با سالها تجربه ارزشمند و گرانبها در عرصه تأمین و توزیع انواع ورق آلیاژی و انواع فولاد آلیاژی با گواهینامه ها و آنالیزهای معتبر با ضمیمه نمودن آن به محصولاتش آنرا به مشتریان خویش ارائه داده است. که توانسته رضایتمندی آنان 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

متن کامل عملیات سطحی برای بهبود خواص فولاد را می توانید با کلیک بر روی عبارت ((خواص فولاد)) مشاهده نمایید.

عملیات سطحی برای بهبود خواص فولاد

در عملیات سطحی و پوشش ها نمی توانند از ابزارها و قالب هایی که دارای طراحی ضعیف هستند. به درستی عملیات حرارتی نشده اند. و یا جنس آنها مناسب نیست، محافظت نمایند و دیگر عیوب فولاد را بپوشانند.

پوشش های سطحی باید یک زیرکار صلب و محکم به عنوان تکیه گاه داشته باشند. همچنین باید نوع فولادی که به عنوان یک زیر کار (Substrate) انتخاب می شود، مناسب باشد. مثلاً اگر ابزار در معرض ضربه است و باید چقرمه باشد، باید از فولاد و هم روش عملیات یا پوششی سطحی با دقت انتخاب شوند. مزایای استفاده از یک ابزار خوب عبارتند از:

1. یک روند تولید طولانی و بدون وقفه
2. کاهش نگهداری و تعمیر ابزار و قالب
3. کاهش مصرف مواد روانکاو
4. افزایش عمر ابزار و کارآیی آن
5. تولید قطعات با کیفیت بالاتر

برای بهبود هرچه بیشتر توان کاری یک ابزار. مثلاً کاهش سایش در قالب ها، کاهش نیاز به مواد روانکاو و محافظت از سطزح ابزارها، لازم است. عملیات سطحی یا پوشش های سطحی (نظیر آبکاری کروم، نیتراسیون، یونی، نفوذ حرارتی و غیره). بر روی ابزارها و قالب ها اجرا گردد.

عملیات سطحی نباید بر روی قطعاتی که دارای عیوب ساختاری هستند و با دقت ساخته نشده اند، انجام شوند. زیرا این عملیات نمی تواند اینگونه عیوب و ضعفها را بر طرف کند. حتی ممکن است اجرای عملیات سطحی به تشدید عیوب در یک قطعه منجر شود. و به علاوه زمان و پول نیز به هدر خواهد رفت. عملیات سطحی باید بر روی ابزارهایی که از فولادهای مرغوب تولید شدند و شرایط ساخت بهینه ای داشته اند، انجام شود.

یک ریزساختار محکم

خواص فولاد مورد استفاده در یک قالب یا ابزار، که زیرساخت عملیات سطحی آن نیز محسوب می شود. در عمر کار آن بیشترین تأثیر را دارد. بنابراین برای اینکه یک زیرساخت، بتواند پایه ای مناسب برای اجرای عملیات یا پوشش های سطحی باشد، باید کیفیت های زیر را احراز کند:

1. دارای طراحی خوبی باشد، یعنی حتی المقدور عاری از فرمهای تنش زا باشد. تا در عملیات حرارتی یا به هنگام تولید دچار ترک و خرابی زودرس نشود.
2. از فولاد مناسبی تولیدی و سطح سختی آن نیز متناسب با نوع فولاد و کاربر ابزار باشد. تا بتواند خواص فیزیکی و متالورژیکی مورد انتظار را بر آورده کرده و حداکثر کارآیی را از خود نشان دهد.
3. به هنگام عملیات حرارتی، دقت و توجه کافی، به جنبه های مختلف این عملیات شده باشد. تا علاوه بر سختی، دیگر خواص فیزیکی و متالورژیکی مورد نیاز در آن ایجاد گردد.

بسیاری از ابزارها و قالب ها به دلیل وجود عیوب حاصل از طراحی نامناسب. عملیات حرارتی ضعیف و انتخاب فولاد نامناسب، به هنگام تولید خیلی زود از بین می روند. البته تجربه نشان داده است که علت اصلی این عیوب، عملیات حرارتی نامناسب بر روی فولاد بوده است. عدم توانایی در حفظ ترکیب شیمیایی سطح فولاد به هنگام گرم کردن، کوئنچ کردن فولاد در حالی که هنوز به قدر کافی گرم نشده است.

عملیات تمپرینگ ناکافی و گرم کردن بیش از حد فولاد برای سخت کاری از جمله این علل هستند. بنابراین بدون در نظرگیری اینکه عملیات سطحی می تواند بر کیفیت مقاومت سایشی فولاد بیفزاید. باید ابزار فولاد با دقت و حوصله و در شرایط بهینه عملیات حرارتی شود.

فولاد رسول دلاکان

با سالها تجربه ارزشمند و گرانبها در عرصه تأمین و توزیع انواع ورق آلیاژی و انواع فولاد آلیاژی با گواهینامه ها و آنالیزهای معتبر با ضمیمه نمودن آن به محصولاتش آنرا به مشتریان خویش ارائه داده است. که توانسته رضایتمندی آنان 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.