X
تبلیغات
وبلاگ خبری بچه های متالورژی 85 - عملیات حرارتی (تغییر فاز فولادها در عملیات حرارتی – عملیات حرارتی چدن – عملیات حرارتی آلومینیوم
وبلاگ دانشجویان مهندسی متالورژی دانشگاه یزد

                       عملیات حرارتی بر روی فولادها 

 

تغییر فازها در فولادها به هنگام گرم کردن

پیش از گرم کردن ساختار میکروسکوپی فولاد شامل فریت و پرلیت و کاربیدها است . با حرارت دادن تا رسیدن به دمای بحرانی تغییر فاز با جوانی زنی آستنیت آغاز می شود . با افزایش دما ، فریت و سمانتیت درون آستنیت حل می شوند . پس از حل شدن کار بیدها فاز آستنیت همگن به دست می آید . فرایند آستنینی شدن در دمای بالای  به سرعت انجام می گیرد . برای فولادهای هیپریوتکتوئید و هیپویوتکتوئید باید 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 فولادیوتکتوئیدی تغییر شکل آستنیت به 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 زیاد کنیم ( بالاتر از خنک کاری بحرانی ) مستقیماً فاز مارتنزیت تشکیل می شود که سخت و مستحکم است.

 

روش های عملیات حـرارتی

Eتابکاری ( Annealing ):گرم کردن تا فاز آستینی و قطع منبع حرارتی کوره به منظورخنک کاری آرام. اهداف:

                     ۱- کاهش سختی     

۲- آزاد کردن تنش های پسماند       

۳- بهبود قابلیت ماشینکاری   

                     ۴- آماده سازی برای سردکاری با حفظ چکش خواری

علت نرم شدن فولاد  خنک کاری آرام  پیدایش کار بیدهای کروی و پرلیت ورقه ای درشت ( تابکاری = نرم کننده )

با افزایش درصد کربن و عناصر آلیاژی می توان سختی را افزایش داد .

کاربردها :

۱-  بهبود ساختار دندریتی و ترکیب غیر یکنواخت فولادهای ریخته گری شده . همچنین همگن کردن ساختارهای حفره دار

۲-  بهبود ساختمان دانه ای اعوجاجی و طویل شده حاصل از سردکاری ، با تشکیل مجدد بلورها . ( آزادسازی تنش پسماند)

۳-    نرم کردن محصول و بهتر شدن خاصیت ماشینکاری به واسطه :

 الف) حضور ورقه های درشت پرلیت ( فولاد کربن متوسط ) تابکاری کامل

ب) کروی شدن سمانتیت ( فولاد پر کربن ) تابکاری کروی

E نرمال سازی : گرم کردن تا فاز آستنیتی و خنک کردن در هوای بدون جریان . اهداف نرمال سازی :

 

۱ -  ساختمان دانه درشت ناشی از نوردو آهنگری

۲-  تصحیح ساختمان شجری حاصل از ریخته گری و کاهش جدایش ذرات به وسیله همگن کردن ساختار میکروسکوپی

۳- بهبوده قابلیت ماشینکاری کم کربن

 

 

 

 

 

 

 

 

خواص فولاد پس از نرمال سازی :

به علت آهنگ سریع تر خنک کاری نسبت به تابکاری تغییر شکل آستنیت در دمای پایین تری صورت می گیرد و دانه های پرلیت ریزتر می شوند .

سختی و استحکام بالاتر نسبت به تابکاری به علت :

           ۱- مقدار بیشتر پرلیت

          ۲- کوچکی مجموعه های فازهای مجزای پرلیت و فریت                 

           ۳- کاهش فضای بین ورقه های پرلیت                      

 

  E کوئنچ : سرد کردن سریع فولاد از فاز آستنیتی با فرو بردن فولاد در حمام مایع . هدف از کوئنچ دستیابی به سختی ، استحکام و مقاومت در برابر سایش مناسب است ( که به علت تشکیل فاز نیمه پایدار مارتزیت است )

 

 Eتمپر : به علت تنش های داخلی ایجاد شده در ضمن خنک کاری سریع تقریباً تمام قطعات سخت شده ، ترد و شکننده اند . تمپر عبارت است از حرارت دادن فولاد سخت شده تا دمای زیر دمای Ae1 ، نگه داشتن برای مدت زمان مشخص و سپس سرد کردن آهسته تا دمای اتاق . در اثر تمپر تنش های داخلی کاهش یافته و یا حذف می شوند . بنابراین استحکام ضربه ای افزایش می یابد .

عملیات های اصلاحی

E کروی کردن : کروی کردن پرلیت در فولاد ها جهت دست یابی به انعطاف پذیری بالا و ماشینکاری مناسب . با این عملیات سمانتیت کروی – که آلیاژی فریتی پرلیتی یا پرلیتی است – در زمینه فریت در فولاد به وجود می آید که پایدار ترین فاز موجود در فولادهای ساده کربنی است .

E همگن کردن : سرد کردن غیر تعادلی حین انجماد و عدم نفوذ کامل عناصر آلیاژی باعث ایجاد ساختار غیر یکنواخت و دندویتی در قطعات ریختگی می شوند که خواص مکانیکی فولاد از جمله کار گرم و کار سرد را کاهش می دهد . پس با نگهداری فولاد در  تا  و خنک کردن آرام خواص مکانیکی فولاد را بهبود می بخشیم .

E بازیابی و تبلور مجدد : پس از انجام عملیات های مکانیکی ، به علت ایجاد عیوب کریستالی ، سختی افزایش و ضربه پذیری کاهش می یابد ( کار سختی )

E در اثر کار مکانیکی انرژی داخلی افزایش یافته  شکل دانه کشیده  از نظر ترمودینامیکی ناپایدار  پس با حرارت دادن قطعه تا دمای مشخص و نگهداری در این دما و خنک کاری آرام این مشکلات را از بین می بریم .

مقدار درجه حرارت و زمان در تبلور مجدد با هم رابطه عکس دارند .

 

نمودار زمان دما تغییر شکل ( TTT )

این نمودار نشان دهنده تغییر شکل آستنیت به فازهای مختلف با تغییرات دما و زمان است . مهمترین بخش نمودار دماغه آن است که منحنی را به دو بخش تقسیم می کند . خط بالائی دماغه آغاز تغییر شکل آستنیت به پرلیت است و خط پایین دماغه پایان تغییر شکل آستنیت به پرلیت را نمایش می دهد .

 

 

 

بخش زیر دماغه در محدوده  تا  نمایش دهنده تغییر شکل آستنیت به باینیت است که هنگامی تشکیل می شود که فولاد به سرعت به دمای زیر دماغه منتقل شده و به مدت کافی در این دما نگه داشته شود .

پایین ترین بخش نمودار ، تغییر شکل آستنیت به مارتنزیت را نمایش می دهد که با خنک کاری سریع فولاد به آن می رسیم .

سخت سازی سطحی 

 برای دستیابی به قطعاتی با مغز نرم و سطح سخت از این روش کمک می گیریم .

کربوراسیون : فولادهای کم کربن توانائی سخت شدن به روش کربن دهی را دارند ( c%15/0 ) فولاد را در دمای  و در یک اتمسفر حاوی کربن (زغال ) نگهداری می کنیم تا اتم های کربن جذب سطح فولاد شوند . برای تکمیل عملیات کربن دهی فولاد را کوئنچ می کنیم.

کربن دهی به سه روش انجام می شود :

۱) کربن دهی پودری : قطعات در پودر زغال چوب حاوی کاتالیزورهای کربنات کلسیم و کربنات باریم قرار می گیردند .

۲) کربن دهی مایع : پس از حررات دادن فولاد در  و نگهداری آن در این دما ، به مدت ۵ تا ۶۰ دقیقه آنرا در حمام مایع قرار می دهیم . ترکیب شیمیائی حمام مایع %۵۰ تا %۲۰ نمک سیانیدسدیم CNNa ، %۴۵ کربنات سدیم و مابقی کلرید سدیم یا کلرید باریم .

۳) کربن دهی گازی : اقتصادی ترین روش کربن دهی استفاده از متان ، اتان یا پروپان می باشد که با یک گاز حامل ( نیتروژن ، هیدروژن و منوکسید کربن ) وارد محفظه می شود .

نیتراسیون : فولادهایی با عناصر آلیاژی نظیر کرم ، مولیبیدن ، وانادیم و آلومینیوم در صورتیکه دراتمسفر حاوی نیتروژن قرار گیرند به محض تماس با نیتروژن ، عناصر آلیاژی تشکیل یک لایه نیتریدی را در سطح می دهند که باعث می شود سطح سخت شود .

 

 

نیترو کربوراسیون : استفاده از منوکسید کربن و آمونیاک در اتمسفر کوره . این عملیات در درجه حرارت  انجام می شود .

سخت کاری شعله ای : سطح قطعه به کمک شعله آستنیتی شده و سپس با پاشش آب سریعاً سرد می شود . گاز مورد استفاده برای شعله استیلن ، پروپان یا گاز طبیعی است . از معایب این روش اکسایش سطح و کاهش درصد کربن سطوح می باشد .

 

 

 

 

می توان برای حرارت دادن سطح از ایجاد میدان القایی کمک گرفت که به روش سخت کاری القایی معروف است .

محیط های خنک کننده

 

الف ) آب : اقتصادی – در دسترس – با افزایش درصد %۱۰ نمک طعام و کربنات در سود ( جوش شیرین – سودا ) قدرت خنک کنندگی آن تا  می رسد .

ب ) روغن : قدرت خنک کنندگی کمتر از آب – مورد استفاده برای فولادهای آلیاژی ، به خصوص قطعات نازک

ج ) هوا : مورد استفاده برای فولادهای کم آلیاژ و                 فولادهای پر آلیاژی ضخیم

د ) حمام نمک : نیترات پتاسیم و نیترات سدیم  قدرت خنک کنندگی     مدت نگهداری ۲ تا ۴ دقیقه به ازای هر سانتی متر ضخامت .

 

E حمام نمک فاقد لایه بخار است  خنک کنندگی یکنواخت

 

 

 

 

انواع عملیات حـرارتی چدن

۱) تنش زدایی : نگهداری به مدت چند ساعت در دمای  تا     از بین رفتن تنش های پسماند حاصل از خنک کاری غیر یکنواخت

۲) تابکاری : قرار گرفتن در دمای  تا  و خنک کاری آرام  تبدیل سمانتیت به فریت و گرافیت  بهبود قابلیت ماشینکاری

۳) کوئنچ : گرم کردن تا دمای بالاتر از دمای بحرانی و خنک کاری سریع در روغن  تشکیل مازتزیت  افزایش سختی و مقاومت در برابر سایش

۴) تمپر : گرم کردن تا و نگهداری در این دما   بازیابی چقرمگی و چکش خواری پس از عملیات کوئنچ

عملیات حـرارتی آلومینیوم

در فولادها به روش کوئنچ و تمپر سخت سازی صورت می گیرد . اما در آلومینیوم به علت وجود رسوبات غیر یکنواخت در ساختار قطعه ، ابتدا باید قطعه را در دمای بالا نگهداری کنیم تا رسوبات حل شوند . سپس آن را سریعاً در آب کوئنچ می کنیم ( محیط کوئنچ در آلومینیوم فقط آب است ) در این مرحله که انحلال نام دارد دیگر رسوبی در قطعه نداریم .

در مرحله بعد ( پیرسازی ) دمای قطعه را کمی بالا می بریم تا فرصت تشکیل رسوب یکنواخت به قطعه داده شود . در گروه های ۴xxx,2xxx پس از انحلال ، در مدت زمان ۷۲ ساعت بدون افزایش دما قطعه پیرسازی می شود . ( دمای  ) پس پیرسازی به دو دسته عملیاتی و خود به خودی تقسیم بندی می شود .

توجه : حساسیت آلومینیوم در عملیات حرارتی بسیار بالاتر از فولاد است . دامنه تغییرات دما در فولاد  و در آلومینیوم  می باشد.

+ نوشته شده در  چهارشنبه یکم اردیبهشت 1389ساعت 20:15  توسط shahrokh  |