عملیات حرارتی فولادها

[ghasem motamedi]

برای سختکاری فولاد در هوا، رعایت نکات زیر مفید خواهد بود:
· قطعه کار را در محیط هوای آرام و به صورت یکنواخت خنک کنید و
· گاهی اوقات می‌توان برای کنترل سرعت سرد شدن، از باد زدن استفاده نمود.


کوئنچ کردن قطعات در کوره خلاء

به هنگام عملیات حرارتی فولادها در کوره خلاء باید به خاطر داشت که سرعت سرد شدن قطعه کار باید با دقت نظارت شده و تحت کنترل باشد تا فرایند کوئنچ مطابق با نوع فولاد و میزان قسطنطنیه داخل کوره اجرا گردد.
در صورتی که سرعت کوئنچ خیلی آهسته و یا غیر یکنواخت باشد، سطح سختی فولاد پایین‌ار از حد مورد انتظار خواهد شد. در صورتی که سرعت کوئنچ سریع باشد، ممکن است در قسمت‌های قطور، قسمت‌های نازک و دیگر محلهای تنش‌زا، ترک ایجاد شود.
ترک خوردن فولاد در کوئنچ

ترک خوردن قطعات به هنگام کوئنچ، رایج‌ترین علت شکست قطعات در عملیات حرارتی می‌باشد. ترک در این شرایط هنگامی اتفاق می‌افتد که تنسهای مختلف ایجاد شده در آن از حد استحکام نهایی فولاد بیشتر شود. با توجه به سطح تنشهای ایجاد شده کوئنچ کردن فولاد در آب سریعترین روش کوئنچ است و بیشترین میزان تنش را در قطعه کار ایجاد می‌کند.
برای کاهش احتمال ترک خوردن قطعات به هنگام کوئنچ باید دو نکته مهم را مد نظر داشت:
· قطعات را پس از کامل شدن سیکل کوئنچ، وقتی هنوز گرم هستند از محیط کوئنچ خارج کرده و بلافاصله عملیات تمپرینگ آنها را ؛از کنید. قطعاتی که در آب یا روغن کوئنچ می‌شوند باید وقتی به دمای 150-2000F (66-930C) رسیدند، فورا تمپر شوند. قطعاتی که در هوا کوئنچ می‌شوند، نباید از 1500F (660C)سردتر شوند و باید بلافاصله تمپر گردند. دمای مخزن آب باید 70-900F (21-320C) و دمای مخزن روغن باید 90-1300F (32-540C) تنظیم شود و
· قطعات کوئنچ شده باید بلافاصله به کوره پیش‌گرم برای تمپرینگ منتقل شوند. انجام این کار برای آزاد شدن تنشهایی که در کوئنچ ایجاد می‌شوند، لازم است. میزان این تنشها ممکن است. نزدیک به حد استحکام نهایی فولاد باشد. همانطور که گفته شد اگر اندازه این تنشها از حد استحکام نهایی فراتر رود و یا وجود عوامل تنش‌زا باعث ایجاد تنشهای زیاد در بعضی نقاط از قطعه کار گردد، ترک و شکست به وجود می‌آید.


تمپرینگ

در فرایند به سختکاری فولاد، باید بلافاصله پس از تکمیل سیکل کوئنچ، عملیات تمپرینگ آغاز شود تا تنش‌هایی که در قطعه کار به وجود آمده و ممکن است باعث ایجاد ترک شوند، آزاد گردند. تمپرینگ همچنین برای تنظیم سطح سحتی مورد نیاز در فولاد لازم است. در مورد فولادهای سخت شونده در هوا، تمپرینگ باعث می‌شود آستنیت باقی مانده در فولاد نیز به مارتنزیت تبدیل گردد. برای حصول بهترین نتایج از تمپرینگ، نباید هیچ وقت زمان سیکل را کوتاه کنید.
در صورتی که تمپرینگ به درستی انجام شود، تنشهای ایجاد شده در مرحله کوئنچ آزاد شده، آستنیتهای باقیمانده (مخصوصا در فولادهای سخت شونده در هوا) به مارتنزیت تبدیل می‌شوند و ثبات ابعادی قطعه کار نیز حفظ می‌گردد. چند نکته مفید در عملیات تمپرینگ فولادهای ابزار به شرح زیر است:
· فولادهای سخت شونده در هوا باید در مرحله کوئنچ حداقل تا دمای 1500F (660C) سرد شوند. فولادهایی که در محیط مایع سرد می‌شوند نیز نباید از 150-2000F (66-930C) سردتر شوند. هر دو گروه باید پس از کامل شدن سیکل کوئنچ بلافاصله تمپر شوند.
· کوره تمپرینگ باید از پیش گرم شود.
· زمان نگهداری فولاد در دمای تمپرینگ، در صورتی که این دما پایین‌تر از 10000F (5380C) باشد، باید حداقل 120 min/in (4.7min/mm) در صورتی که این دما بیشتر از 1000F (5380C) است، باید حداقل 60 min/in (2.4 min/mm) در نظر گرفته شود و
· فولادهای پر کربن با کرم بالا، فولادهای سخت شونده در هوا و فولادهای تندبر باید حداقل دوبار و گاهش اوقات سه باز تمپر شوند. در صورت امکان این فولادها را در محدوده دمایی سختی ثانویه (secondary hardness) تمپر کنید. این محدوده دمایی بهترین حالت برای تبدیل ساختار آستنیت باقی‌مانده به مارتنزیت می‌باشد.
مزایایی که از اجرای درست عملیات ساخت ابزار آلات و قالب‌ها را طوری برنامه‌ریزی کرد که اپراتور عملیات حرارتی مجبور نباشد سیکل تمپرینگ را کوتاه کند. هر چند بعضی از مزایای تمپرینگ نظیر تنش‌زدایی و تبدیل ساختاری کامل قابل مشاهده نیستند، ولی در کارایی ابزار و افزایش عمر کاری آن بسیار موثر واقع می‌شود.


عملیات برودتی زیر صفر

عملیات برودتی زیر صفر برای بهبود کیفیت ساختاری فولادهایی مناسب است تمایل به حفظ آستنیت دارند. افزودن یک سیکل عملیات برودتی عمیق در دمای 3000F (1840C) به عملیات زیر صفر عادی می‌تواند کارایی تقریبا همه انواع فولادهای ابزار را تا حد قابل ملاحظه‌ای بهبود بخشد. نتایج حاصل از عملیات برودتی عمیق عبارتند از:
1-ایجاد یک ساختار مولکولی متراکم‌تر در فولاد که باعث ایجاد یک سطح تماس بیشتر، کاهش اصطکاک، حرارت و سایش می‌شود.
2- کاهش تنشهای پس ماند.
3-افزایش استحکام کششی، چقرمگی و ثبات ابعادی.