سخت کاری فولاد چیست؟
سخت کاری فولاد فرایندی می باشد که طی آن سطح فولاد دچار تغییرات شده و خواص های فیزیکی، شیمیایی، متالورژیکی و مکانیکی فولاد تغییر کرده و بهبود می یابد. سخت کاری فولاد ربطی به بخش داخلی و فولاد ندارد و تنها شامل سطح بیرونی فولاد می شود. همچنین از قطعات به دست آمده می توان در صنعت های بسیاری استفاده کرد. در ادامه این مطلب از آرتاویل ساخت قصد داریم که به شما بگوییم سخت کاری فولاد چیست؟ فرایند و نحوه انجام آن را هم مورد بررسی قرار دهیم.
سخت کاری فولاد چیست؟
انجام عملیات سخت کاری فولاد به این شیوه می باشد که آلیاژ مورد نظر را به قدری گرم می کنند تا دمای آن بالاتر از دمای بحرانی برسد، سپس آلیاژ را به سرعت سرد میکنند. این عمل گرم و سرد کردن آلیاژ تا زمانی اتفاق می افتد که فولاد دچار تغییر خواص مکانیکی شود. عملیات سخت کاری فولاد باعث می شود تا تغییرات بسیاری در فولاد ایجاد شود که در زیر برخی از تغییرات را برای شما نام برده ایم:
- بهبود خواص الکتریکی
- کم کردن تنش های بازمانده
- افزایش جذب انرژی
- بهبود خواص مغناطیسی
- ریز کردن دانه بندی قطعه فولادی
- افزایش چکش خواری
- مقاومت در برابر سایش با ایجاد یک لایه کریستاله
- مقاومت و سختی در برابر ضربه
- بهبود خصوصیات برش
در ادامه این مطلب اگر با فولاد SPK و مشخصات آشنا نیستید، پیشنهاد می کنم مطلب ” فولاد SPK چیست و چه کاربردی دارد؟ ” را مطالعه کنید.
روش های سخت کاری فلزات
در واقع فرایند سخت کاری فولاد برای آن فولاد هایی اتفاق می افتد که باید به سطح سختی بالاتری برسند تا بتوان از آن ها برای میل لنگ، صنعت، تولید قطعات صنعتی، چرخ دنده ها و … استفاده کرد. عملیات سخت کاری باعث می شود تا فولاد فشار زیادی را در کاربردهای مختلف تحمل کند و دیرتر از بقیه فولادها آسیب ببیند.
عملیات حرارتی سخت کاری فولاد
به طور کل عملیات حرارتی سخت کاری فولاد به دو روش زیر انجام می شود:
عملیات حرارتی شیمیایی: عملیات حرارتی ترکیب های شیمیایی موجود بر روی سطح فولاد را تغییر می دهد. مانند نیتریده کردن، کربو نیتریده کردن، کربوره کردن و نیترو کربوره کردن. که البته کربوره کردن یا همان کربن دهی از رایج ترین شیوه های عملیات حرارتی شیمیایی می باشد.
عملیات حرارتی موضعی: در این عملیات ترکیب شیمیایی بر روی سطح فولاد هیچ تغییری نمی کند و تنها عملیات حرارتی می تواند بر روی سطح بیرونی فولاد متمرکز شده و آن را سخت تر کند. البته عملیات حرارتی موضعی به دو دسته سخت کردن شعله ای و سخت کردن القایی تقسیم بندی می شود.
در ادامه اگر با فولاد نسوز آشنایی ندارید، پیشنهاد می کنم مطلب ” فولاد نسوز چیست و چه کاربردی دارد؟ ” را مطالعه کنید.
سخت کاری القایی
در روش سخت کاری القایی فولاد مورد نظر کاملا سریع در یک میدان مغناطیسی بزرگ می شود که گرمای این میدان مغناطیسی توسط یک جریان الکتریکی می باشد تا بتواند فولاد به دمای بحرانی انتقالی تبدیل شود.
سخت کاری شعله ای
سخت کاری شعله ای که توسط سوخت یک گاز قابل احتراق انجام می شود، باعث می شود تا یک لایه نازک از سطح فولاد را به دمای بحرانی برساند و سپس کل قطعه خنک شود. در واقع سخت کاری شعله ای بخشی از یک شئ یا قطعه توسط دمای بالا، به حرارت انتقالی می رسد و عملیات سخت کاری در همان نقطه ای که دچار دمای بالا شده است انجام می شود.
دمای سخت کاری فولاد
در فرایند سخت کاری فولاد میزان دما کاملاً بستگی به نوع فولاد و آلیاژ مورد نظر دارد؛ همچنین ابعاد قطعه و شکل قطعه ای که در عملیات سخت کاری فولاد قرار میگیرد هم کم بی تأثیر نیست. هرچه قطعه مورد نظر بزرگ باشد و شکل ساده ای داشته باشد، دمای مورد نیاز برای سخت کاری آن بالا خواهد بود و بالعکس اگر قطعه مورد نظر نازک تر اما با شکل پیچیده تر باشد، دمای پایین تری را نیاز دارد.
دمای بالا در سخت کاری فولاد باعث می شود تا فولاد حاصل دانه درشت شود و هرچه دما پایین تر باشد فولاد حاصله نرم تر می شود.
اگر از فولاد MO40 و کاربرد هایش آگاهی ندارید پیشنهاد می کنم مطلب ” فولاد MO40 چیست؟ ” را مطالعه کنید.
مراحل سخت کاری آهن
فلزات در سه مرحله عمده سخت کاری می شوند. این سه مرحله عبارتند از:
1- در مرحله اول آلیاژ مورد نظر را حرارت می دهند تا به دمای 600 700 درجه سانتی گراد برسد. گرمای بیش از اندازه در آلیاژ به این دلیل است که آلیاژ دچار تنش نشود.
2- در مرحله دوم هر اینچ ضخامت از قطعه آلیاژی که به دمای بحرانی انتقالی رسیده است را یک ساعت در همان دما نگه می دارند.
3- بعد از دو مراحل بالا حال نوبت به فرایند خنک کردن سریع آلیاژ می رسد. روش خنک کردن آلیاژ به این صورت می باشد که آلیاژ را در آب یا مایع های دیگری نظیر حمام نمک، هوا، نیتروژن، مایع و آب نمک غوطه ور می کنند تا به سرعت خنک شود. جالب است بدانید که برای فولادهای غیر آلیاژی فرایند سخت کاری با آب انجام می شود. معمولاً فولادهایی که آلیاژ پایین دارند را با غوطه ور کردن در روغن و فولادهای با آلیاژ بالا را توسط هوا سخت کاری می کنند.
نکات کوئنچ در روغن
به عمل سرد کردن ناگهانی آلیاژ، کوئنچ کردن می گویند. برای کوئنچ در روغن بهتر است از روغنی استفاده شود که اشتعال بالاتری نسبت به دیگر روغن ها دارد و این کار سبب می شود تا آتش سوزی کاهش یابد. سرد شدن فولاد در این حالت پایین تر از سرد شدن با آب می باشد، بنابراین میزان تنش های باقیمانده کمتر خواهد بود.
نکات کوئنچ در آب
در این حالت بهتر است که از آب نمک به جای آب خالی استفاده کرد. زیرا آب به تنهایی می تواند یک لایه سد بخار روی قطعات ایجاد کند و باعث عدم سختی فولاد شود. ولی هنگامی که از آب نمک استفاده شود، کریستال های نمک روی قطعه رسوب می کند و همین امر سبب می شود تا سد بخار تشکیل شود.
