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  |