دوست عزیز، به سایت علمی نخبگان جوان خوش آمدید

مشاهده این پیام به این معنی است که شما در سایت عضو نیستید، لطفا در صورت تمایل جهت عضویت در سایت علمی نخبگان جوان اینجا کلیک کنید.

توجه داشته باشید، در صورتی که عضو سایت نباشید نمی توانید از تمامی امکانات و خدمات سایت استفاده کنید.
صفحه 2 از 2 نخستنخست 12
نمایش نتایج: از شماره 11 تا 19 , از مجموع 19

موضوع: عملیات حرارتی فولادها

  1. #11
    دوست آشنا
    رشته تحصیلی
    مهندسی مواد
    نوشته ها
    904
    ارسال تشکر
    215
    دریافت تشکر: 678
    قدرت امتیاز دهی
    140
    Array

    پیش فرض مقایسه عملیات حرارتی فولادها باچدن ها و آلومینیوم

    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 .


    Eحمام 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.

  2. 3 کاربر از پست مفید ghasem motamedi سپاس کرده اند .


  3. #12
    دوست آشنا
    رشته تحصیلی
    مهندسی مواد
    نوشته ها
    904
    ارسال تشکر
    215
    دریافت تشکر: 678
    قدرت امتیاز دهی
    140
    Array

    پیش فرض عملیات حرارتی فولادها

    اهمیت تجاری
    تصور اینکه اگر نمی توانستیم به وسیله عملیات حرارتی فلزات را تغییرداده و یا اصلاح نماییم زندگی چه شکلی پیدا می کرد، مشکل است بدون مزیتهای عملیات حرارتی صنعت اتومبیل سازی، هواپیما سازی، ماشین سازی و انواع بیشماری قطعات و ظروف با ویژگیهایی که امروزه دارند، وجود نداشت. حقیقتاً تهیه بعضی قطعات با کیفیتی که دارند ( مانند ریش تراش ) امکانپذیر نبود. در مفهوم وسیع تقریباً همه فلزات و آلیاژها در مقابل روشهای عملیات حرارتی تعریف شده حساس بوده و در مقابل آنها عکس العمل نشان می دهند. این عکس العمل با توجه به نوع فلز و آلیاژ فرق می کند، برای مثال تقریباً هر فلز و آلیاژی را می توان به وسیله گرم و سرد کردن نرم کرد ولی تعداد آلیاژهاییکه در اثر عملیات حرارتی سخت و مقاوم می شوند محدود است. چنانکه گفتیم عملاً تمام فولادها نسبت به بیشتر فرآیندهای عملیات حرارتی حساس هستند، به این معنا که در مقابل نوع خاص از آن واکنش نشان می دهند. این امر دلیل محکمی است که چرا فولاد بیش از 80% فلزات تولید شده را دربر می گیرد. بسیاری از آلیاژهای غیرآهنی اساساً آلیاژهای آلومینیم، نیکل، منیزیم و تیتانیم را می توان به وسیله روشهای عملیات حرارتی مشابه عملیات حرارتی فولادها مقاوم نمود ولی مسلماً درجه مقاوم شدن در دو مورد متفاوت خواهد بود، اصول عملیات حرارتی فولادها و آلیاژهای غیرآهنی در فصول بعدی بررسی خواهد شد.
    دسته بندی فرآیند های عملیات حرارتی
    در بسیاری موارد عناوینی که از نظر علمی و تکنیکی برای روندهای عملیات حرارتی به کار می رود مناسب است. ولی در بعضی موارد به دلیل اینکه یک نوع عملیات حرارتی برای هدفهای مختلف انجام می گیرد هیچ تناسبی بین عنوان عملیات حرارتی و روند آن وجود ندارد. برای مثال عملیات تنش گیری و برگشت هر دو با تجهیزات یکسان و سیکلهای مشابه ( از نظر دما و زمان ) انجام می گیرند، ولی هدف از انجام آنها کاملاً متفاوت است. اصول فرآیندهای عملیات در نظر گرفتن ارتباط متقابل آنها ذیلاً شرح داده می شود. نرمالیزاسیون: در این عملیات آلیاژهای آهنی تا بالاتر از دمای استحاله، AC3 (28-56C ) گرم شده و بعد در هوای آزاد سرد می شوند. ساختار و خواص فولادهای کم کربن در این عملیات مشابه عملیات بازپخت کامل است ولی باید توجه داشت که نتیجه عملیات نرمالیزاسیون و باپخت برای همه آلیاژهای آهنی یکسان نیست.
    بعد از این عملیات ترکیب و ساختار آلیاژ همگن و یکنواخت می گردد، به همین دلیل این عملیات برای اصلاح ساختار فولادهایی که در دمای بالا تحت کار گرم ( نظیر آهنگری، نورد گرم و ... ) قرار گرفته اند مناسب است. بازپخت: در این عملیات آلیاژ را تا دمای مناسبی ( 900تا950 C برای آلیاژهای آهنی ) گرم کرده و به مدت کافی (h 15 تا 2 ( در آن دما نگه می دارند، سپس آن را با سرعت مناسبی تا دمای محیط سرد می کنند. هر چند این عملیات عموماً برای نرم کردن مواد فلزی انجام می گیرد، ولی در نتیجه آن خواص ( قابلیت ماشینکاری، خواص الکتریکی، قابلیت کار سرد و پایداری ابعادی و ساختار آلیاژ به طور موثر تغییر و تثبیت می گردد. عملیات بازپخت انواع مختلفی دارد که هدف و نتیجه آنها متفاوت است. هرگاه عنوان خاصی برای عملیات بازپخت ذکر شود منظور بازپخت کامل است که در آن آلیاژ آهنی تا بالاتر از دمای استحاله گرم شده و بعد به طور آرام ( داخل کوره ) سرد می گردد، طوریکه کاملاً نرم شود. سیکل این عملیات با توجه به ترکیب و مشخصات آلیاژ فرق می کند و به عبارت دیگر برای هر فولاد سیکل بازپخت مشخصی وجود دارد. برای آلیاژهای غیرآهنی با ترکیب و ساختار مربوط به خود عملیات بازپخت برای اهداف زیر انجام می گیرد: 1- حذف کامل یا جزئی اثرات کار سرد ( ممکن است تبلور مجدد رخ دهد ) 2- آمیختگی کامل رسوبات به صورت ذرات درشت. 3- رسوب ذرات از محلول جامد. انواع مختلف عملیات حرارتی بازپخت که در صنعت کاربرد دارند، عبارتند از: بازپخت کامل، بازپخت معمولی، بازپخت ناقص، بازپخت تبلور مجدد و بازپخت تنش گیری، بعضی از عناوین ذکر شده فقط در کارگاه مصطلح بوده و تعریف دقیقی ندارند.
    اوستنیت : در این عملیات که خاص آلیاژهای آهنی است. آلیاژ تا بالاتر از دمای AC3 گرم می شود، به طوری که فقط فاز اوستینت پایدار باشد. عملیات اوستنیت زایی مرحله اول عملیات نرمالیزاسیون بازپخت کامل و آب دهی آلیاژهای آهنی است. آب دهی: سردکردن سریع فولاد با آلیاژ آهنی از دمای اوستنیتی را آبدهی یا کوئنچ می گویند. عامل سردکننده یا محیط کوئنچ معمولاً روغن، آب، هوا، محلولهای پلی مری، محلولهای نمکی و گاز است. انتخاب هرکدام از آنها شدیداً به سختی پذیری و وزن قطعات بستگی دارد. قدرت سردکنندگی محیطهای کوئنچ به طور وسیع فرق می کند، برای اینکه عیوب ناشی از عملیات حرارتی نظیر تغییر شکل، تاب و ترک به حداقل برسد، باید از محیطهایی که قدرت سردکنندگی اضافی ندارند استفاده کنیم. انواع مختلف عملیات کوئنچ عبارتند از: کوئنچ مستقیم، کوئنچ منقطع، کوئنچ انتخابی و کوئنچ کنترل شده که تعریف هرکدام از اینها در واژه نامه آمده است. برگشت: برگشت عبارت است از گرم کردن مجدد فولاد با چدن سخت شده تا پایینتر از دمای استحاله پایینی (معمولاً کمتر از C 700 ( با انجام این عملیات روی آلیاژهای سخت شده خواص مکانیکی آلیاژ تعدیل می یابد. دمای برگشت برای فولادهای سخت شده غالباً از C 150 تجاوز نمی کند، سیکل عملیات برگشت از نظردما و زمان مشابه عملیات بازپخت ناقص و بازپخت تنش گیری است، ولی هدف و ساختار به دست آمده برای هرکدام از عملیاتهای فوق متفاوت است.
    بنابراین نباید این سه نوع عملیات را مشابه در نظر بگیریم. تنش گیری: همانند عملیات برگشت در این عملیات نیز آلیاژ آهنی تا پایینتر از دمای استحاله پایینی گرم می شود. برای فلزات غیرآهنی دمای عملیات تنش گیری، با توجه به ترکیب و مقدار کار سرد ممکن است از دمای محیط تا چند درجه سانتی گراد تغییر کند. هدف اصلی این عملیات این است که تنشهای ناشی از فرآیندهای شکل دهی نظیر نورد، ماشینکاری و یا جوشکاری آزاد شوند. نحوه عملیات به این صورت است که آلیاژ را تا دمای از پیش تعیین شده گرم کرده و بمدت کافی درآن دما نگه می دارند تا تنشهای باقیمانده به حد مورد قبول برسد. سپس آلیاژ را از دمای مزبور آرام سرد می کنند تا تنشی در آن باقی نماند.
    کربن دهی : در این عملیات کربن اتمی در محدوده حرارتی 900 تا C 1040 به درون آلیاژ آهنی ( در حالت جامد ) نفوذ می کند. نحوه عملیات به این صورت است که آلیاژ در محیط غنی از کربن ( مایع، جامد و گاز ) تا دمای معینی گرم شده و مدتی در این دما نگه داشته می شود. تحت این شرایط اختلاف غلظت کربن در سطح و مغز باعث می گردد تا کربن اتمی به داخل آلیاژ نفوذ کند. به این ترتیب لایه پرکربنی به دست می آید که با کوئنچ کردن سخت می شود ممکن است قطعه کربورایز شده از دمای کوئنچ تا دمای محیط آرام سرد شده و سپس کوئنچ گردد. کربن و ازت دهی: در این عملیات آلیاژهای آهنی ( عموماً فولاده های کم کربن ) در محیط گازی غنی از کربن و ازت تا بالاتر از دمای AC3 گرم می شوند تحت این شرایط کربن و ازت همزمان به داخل آلیاژ نفوذ می کنند. به این ترتیب لایه یا قشر غنی از کربن و ازت در سطح آلیاژ به وجود می آید که با کوئنچ کاملاً سخت می شود. زیاد بودن سختی سطح و نرم ماندن مغز باعث می شود تا خواص دینامیکی و مکانیکی آلیاژ تا حد مطلوبی بهبود یابد.
    این عملیات برای تولید انبوه مناسب است، چون مدت زمان و دمای عملیات نسبت به کربن دهی کمتر است به همین دلیل قشر سخت شده نازکتر است. عملیات کربن و ازت دهی را سیانوراسیون گازی نیز می گویند، زیرا نتایج هر دو عملیات مشابه است. سیانوراسیون: عملیاتی است که در آن فلزات آهنی ( عموماً فولادهای کم کربن ) در حمام نمک سیانیدی مذاب تا بالاتر از AC3 گرم می شوند با نگه داشتن آلیاژ در این شرایط کربن و ازت همزمان به داخل آن نفوذ می کنند که با کوئنچ بعدی لایه ای سخت و مقاوم در برابر سایش در سطح قطعه به وجود می آید.
    نتایج عملیات سیانوراسیون از نظرسختی و ساختار تقریباً مشابه عملیات کربن و ازت دهی است ولی مشکلاتی که در عملیات سیانوراسیون از نظر دفع نمکهای سیانیدی و پاک کردن آنها از سطح قطعه وجود دارد موجب گردیده تا بتدریج عملیات سیانوراسیون از رده خارج شده و عملیات کربن و ازت دهی جایگزین آن گردد. ..................

  4. 3 کاربر از پست مفید ghasem motamedi سپاس کرده اند .


  5. #13
    دوست آشنا
    رشته تحصیلی
    مهندسی مواد
    نوشته ها
    904
    ارسال تشکر
    215
    دریافت تشکر: 678
    قدرت امتیاز دهی
    140
    Array

    پیش فرض انتخاب عمليات حرارتي بهينه براي چرخ‌دنده‌هاي گيربكس به منظور كاهش صداي گيربكس

    يكي از عيب‌هاي گيربكس، صدا دادن و زوزه كشيدن آن در حين كار كردن است. از دلايل مهم اين پديده لقي1 چرخ‌دنده‌هاي گيربكس در محل اتصال با يكديگر است. عوامل زيادي مي‌تواند باعث ايجاد لقي شود. از مهم‌ترين عوامل ايجاد لقي در چرخ‌دنده‌هاي گيربكس، اعوجاج2 و تغيير شكل اين چرخ‌دنده‌ها پس از انجام عمليات حرارتي آنهاست. اگر از اين منظر بخواهيم به رفع عيب صداي چرخ‌دنده‌هاي گيربكس بپردازيم، يعني تغيير شكل چرخ‌دنده‌ها را پس از عمليات حرارتي حذف كرده يا به حداقل برسانيم، بايد علاوه‌بر انتخاب نوع فولاد بهينه، عمليات حرارتي سطحي بهينه‌اي را نيز براي چرخ‌دنده‌هاي گيربكس انتخاب كنيم. از فرايندهاي عمليات حرارتي سطحي نفوذي، چهار فرايند كربن‌دهي3، نيتروژن‌دهي4، كربن نيتروژن‌دهي5 و نيتروژن كربن‌دهي6 در مورد فولادها متداول‌ترند كه انتخاب عمليات حرارتي بهينه از بين اين چهار عمليات حرارتي سطحي، انجام مي‌شود.


    فولادهاي مناسب براي انواع عمليات حرارتي متداول
    براي هر كدام از چهار عمليات حرارتي سطحي متداول در فولادها (كربن‌دهي، نيتروژن‌دهي، كربن- نيتروژن‌دهي و نيتروژن- كربن‌دهي)، يك‌سري از فولادها مناسب بوده و توسط عمليات حرارتي مورد نظر، خواص بهينه‌اي به دست مي‌آورند. در زير، فولادهاي مناسب براي هر عمليات سطحي با ذكر دليل معرفي شده است.

    الف- فولادهاي مناسب براي كربن‌دهي
    فولادهاي ساده كربني كه براي سخت كردن سطحي به روش كربن‌دهي انتخاب مي‌شوند، معمولاً كمتر از 2/0 درصد كربن دارند. اين ميزان كربن موجب مي‌شود كه فولاد پس از سخت شدن، حداكثر استحكام به ضربه و بيشترين انعطاف‌پذيري را داشته باشد. تحت شرايطي كه استحكام بيشتري نياز باشد، فولاد با درصد كربن اوليه تا حداكثر 3/0 درصد را نيز مي‌توان انتخاب كرد.
    منگنز باعث پايداري سمنتيت شده و تا حدود 4/1 درصد، به كربن‌دهي كمك مي‌كند. همچنين، كاربرد منگنز، ضخامت لايه سخت شده را افزايش مي‌دهد. بنابراين، ضمن سرد كردن سريع، امكان ترك برداشتن قطعه بيشتر مي‌شود كه اين امر بايد در نظر گرفته شود.
    سيليسيم، عنصري گرافيت‌زاست و باعث تجزيه سمنتيت مي‌شود. لذا وجود آن در فولاد، كربن‌دهي را به تعويق مي‌اندازد. بنابراين در فولادهايي كه قرار است تحت عمليات كربن‌دهي قرار گيرند، مقدار سيليسيم كمتر از 35/0 درصد انتخاب مي‌شود.
    كروم، باعث پايداري سمنتيت و افزايش سختي و مقاومت به سايش پوسته سخت شده مي‌شود. همچنين، حضور اين عنصر منجر به افزايش استحكام مغز قطعه (تا حدودي) مي‌شود، اما انعطاف‌پذيري آن را به ميزان اندكي كاهش مي‌دهد. با اين وجود، از آنجا كه كروم مقاومت به ضربه را كاهش مي‌دهد، مقدار آن در فولادهايي كه قرار است تحت عمليات سطحي كربن‌دهي قرار گيرد از 5/1 درصد نبايد بيشتر شود.
    نيكل، باعث پيشگيري از رشد دانه‌ها به هنگام كربن‌دهي شده و با كاربرد آن معمولاً نيازي به عمليات نرماله كردن قطعه براي ريز كردن دانه‌ها نيست. لذا وجود آن در فولاد كربن‌دهي شده، مفيد است.
    به‌طور كلي از مباحث فوق نتيجه مي‌شود كه فولادهاي ساده كربني كه براي كربن‌دهي انتخاب مي‌شوند، تا 4/1 درصد منگنز، تا 3/0 درصد كربن و كمتر از 35/0 درصد سيليسيم دارند. فولادهاي آلياژي مناسب براي كربن‌دهي علاوه‌بر عناصر فوق، مي‌توانند داراي 5/4 درصد نيكل، 5/1 درصد كروم و 3/0 درصد موليبدن باشند. نقش عناصر آلياژي ياد شده، افزايش استحكام بدون كاهش انعطاف‌پذيري و مقاومت قطعه به ضربه (تافنس) است.

    ب - فولادهاي مناسب براي نيتروژن‌دهي
    به‌طور كلي، فولادهاي زير را مي‌توان براي كاربردهاي خاص تحت عمليات حرارتي نيتروژن‌دهي قرار داد:
    1. فولادهاي كم آلياژ آلومينيم‌دار
    2. فولادهاي كم‌آلياژ كروم‌دار با كربن متوسط (بيش از 25/0 درصد كربن) از گروه‌هاي 4100، 4300، 5100، 6100، 8600، 8700، 9300 و 9800 (دو رقم سمت راست اين گروه‌ها كه بيانگر صدم درصد كربن است، بايد بيشتر از 25 باشد)
    3. فولادهاي قالب گرم كار حاوي 5 درصد كروم نظير11 H13، H 12، H.
    4. فولادهاي زنگ نزن فريتي و مارتنزيتي از گروه 400.
    5. فولادهاي زنگ نزن آستنيتي از گروه 300.
    6. فولادهاي زنگ نزن سخت‌شونده رسوبي نظير
    PHا4 - 17، PHا7 - 17 و 286 - A.
    فولادهاي ساده كربني براي نيتروژن‌دهي مناسب نيستند. اين امر تشكيل يك لايه سطحي بسيار ترد است كه به سادگي از سطح جدا مي‌شود. به علاوه، افزايش سختي در ناحيه نفوذ نيتروژن در اين نوع فولادها كم است.

    پ- فولادهاي مناسب براي كربن- نيتروژن‌دهي
    سختي‌پذيري كه معياري براي سهولت تشكيل مارتنزيت و تشكيل آن در آهنگ‌هاي سرد شدن كمتر است، به هر اندازه كه بيشتر شود، مفيد خواهد بود. براي تشكيل پوسته سخت شده با ضخامت مشخص، نياز به آهنگ سرد شدن كمتري وجود دارد. لايه كربن- نيتروژن داده شده، داراي سختي‌پذيري بيشتري در مقايسه با لايه كربن داده شده به تنهايي است. بنابراين، فولادهاي كربن- نيتروژن داده شده را مي‌توان با سرد كردن در روغن و يا حتي توسط گاز (در برخي موارد) و در نتيجه، كاهش احتمال اعوجاج و تاب برداشتن قطعه، به حداكثر سختي مورد نظر رساند. از سويي ديگر، در اين فرايند با هزينه كمتر به ضخامت پوسته سخت شده مورد نظر خواهيم رسيد.
    فولادهايي كه معمولاً كربن- نيتروژن‌دهي مي‌شوند، عبارتند از:
    گروه‌هاي 1000، 1100، 1200، 1300، 1500، 4000، 4100، 4600، 5100، 6100، 8600 و 8700 با درصد كربني حداكثر برابر با 25/0 درصد.
    تحت شرايطي كه در آنها، به مجموعه‌اي از خواص نظير سخت شدن سرتاسري با تافنس قابل قبول و سطحي سخت با مقاومت به سايش زياد، نظير شافت‌ها و دنده‌ها نياز باشد، مي‌توان سطح بسياري از فولادهاي گروه‌هاي ياد شده را با درصد كربني بين 3/0 تا 5/0 درصد، تا عمق 3/0 ميلي‌متر تحت عمليات كربن- نيتروژن‌دهي قرار داده و سخت كرد. براي دستيابي به پوسته‌اي نازك با سختي و مقاومت به سايش بيشتر در مقايسه با شرايط سخت كردن حجمي مرسوم، اغلب فولادهاي كربني آلياژي با كربن متوسط را در اتمسفر كربن- نيتروژن‌دار حرارت داده و سپس سريع سرد مي‌كنند. در مورد فولادهايي نظير: 4140، 5140، 8640 و 4340 كه براي كاربردهايي مانند چرخ‌دنده‌هاي سنگين مورد استفاده قرار مي‌گيرند مي‌توان عمليات حرارتي مشابهي انجام داد. دماي عمليات حرارتي براي اين منظور حدود 845 درجه سانتي‌گراد (دماي آستنيته كردن) است.

    ت- فولادهاي مناسب براي نيتروژن- كربن‌دهي
    به‌طور كلي از عمليات حرارتي نيتروژن كربن‌دهي، در مواردي استفاده مي‌شود كه نياز به افزايش مقاومت در برابر سايش و خستگي و يا هر دو باشد. مثال‌هايي در اين زمينه عبارتند از: چرخ‌دنده‌هاي ماشين‌آلات نساجي، ميل‌لنگ‌ها، انواع شافت‌ها، محورها و قطعات مشابه. بيشترين افزايش مقاومت در برابر خستگي و خراشيدگي در اثر اين فرايند، در مورد فولادهاي ساده كم كربن گزارش شده است.
    مشخص شده است كه براي بهره‌گيري از حضور لايه سفيد رنگ (حاوي فاز كاربونيتريد اپسيلن به علاوه نيتريدها و اكسيدهاي ديگر) براي افزايش مقاومت در برابر خراشيدگي، تنش‌هاي تماسي نبايد آن‌قدر زياد باشد كه از استحكام تسليم فلز در زير لايه نيتريد بيشتر شود. تحت شرايطي كه تنش‌هاي تماسي بسيار زياد باشند، اگر از روي سختكاري سطحي نيتروژن- كربن‌دهي استفاده شود، استحكام فلز زير لايه بايد افزايش داده شود. براي اين كار افزايش ضخامت پوسته سخت شده در اين روش الزامي است. در غير اين صورت، استفاده از روش سخت كردن سطحي كربن- نيتروژن‌دهي توصيه مي‌شود.

    عمليات حرارتي بهينه براي فولاد 27CD4
    براي ساخت دنده‌هاي گيربكس خودرو مي‌توان از فولاد 27CD4 استفاده كرد. درصد كربن فولاد 27CD4 به‌طور ميانگين 27/0 درصد است. در بررسي قطعات گيربكس، ملاحظه مي‌شود كه عمق پوسته سخت شده در دنده‌هاي گيربكس و شافت ورودي و خروجي (در صورتي كه در ساخت همه آنها از فولاد 27CD4 استفاده شده است) برابر با 35/0 ميلي‌متر است. از آنجا كه لايه كربن- نيتروژن داده شده، داراي سختي‌پذيري بيشتري در مقايسه با لايه صرفاً كربن داده شده است، براي تشكيل پوسته سخت شده با ضخامت مشخص، به آهنگ سرد شدن كمتري نياز خواهد بود. بنابراين، اگر در عمليات حرارتي سطحي، كربن و نيتروژن را با هم به سطح قطعه نفوذ دهيم، بهتر است. علاوه‌بر مزيت ذكر شده، سطوح كربن- نيتروژن داده شده، داراي مزاياي زير هستند:
    1. مقاومت سطوح كربن- نيتروژن داده شده در برابر نرم شدن به هنگام بازپخت، به مراتب بيشتر از سطوح كربن داده شده تنهاست.
    2. سطوح كربن- نيتروژن داده، استحكام ضربه‌اي (تافنس) و مقاومت خستگي بهتري در سختي يكسان دارند. (در مقايسه با سطوح كربن داده شده)
    3. مقاومت به پوسته شدن در سطوح كربن- نيتروژن داده شده نسبت به سطوح كربن داده شده بيشتر است.
    4. سطوح كربن- نيتروژن داده
    يكي از عيب‌هاي گيربكس، صدا دادن و زوزه كشيدن آن در حين كار كردن است. از دلايل مهم اين پديده لقي1 چرخ‌دنده‌هاي گيربكس در محل اتصال با يكديگر است. عوامل زيادي مي‌تواند باعث ايجاد لقي شود. از مهم‌ترين عوامل ايجاد لقي در چرخ‌دنده‌هاي گيربكس، اعوجاج2 و تغيير شكل اين چرخ‌دنده‌ها پس از انجام عمليات حرارتي آنهاست. اگر از اين منظر بخواهيم به رفع عيب صداي چرخ‌دنده‌هاي گيربكس بپردازيم، يعني تغيير شكل چرخ‌دنده‌ها را پس از عمليات حرارتي حذف كرده يا به حداقل برسانيم، بايد علاوه‌بر انتخاب نوع فولاد بهينه، عمليات حرارتي سطحي بهينه‌اي را نيز براي چرخ‌دنده‌هاي گيربكس انتخاب كنيم. از فرايندهاي عمليات حرارتي سطحي نفوذي، چهار فرايند كربن‌دهي3، نيتروژن‌دهي4، كربن نيتروژن‌دهي5 و نيتروژن كربن‌دهي6 در مورد فولادها متداول‌ترند كه انتخاب عمليات حرارتي بهينه از بين اين چهار عمليات حرارتي سطحي، انجام مي‌شود.

    فولادهاي مناسب براي انواع عمليات حرارتي متداول
    براي هر كدام از چهار عمليات حرارتي سطحي متداول در فولادها (كربن‌دهي، نيتروژن‌دهي، كربن- نيتروژن‌دهي و نيتروژن- كربن‌دهي)، يك‌سري از فولادها مناسب بوده و توسط عمليات حرارتي مورد نظر، خواص بهينه‌اي به دست مي‌آورند. در زير، فولادهاي مناسب براي هر عمليات سطحي با ذكر دليل معرفي شده است.

    الف- فولادهاي مناسب براي كربن‌دهي
    فولادهاي ساده كربني كه براي سخت كردن سطحي به روش كربن‌دهي انتخاب مي‌شوند، معمولاً كمتر از 2/0 درصد كربن دارند. اين ميزان كربن موجب مي‌شود كه فولاد پس از سخت شدن، حداكثر استحكام به ضربه و بيشترين انعطاف‌پذيري را داشته باشد. تحت شرايطي كه استحكام بيشتري نياز باشد، فولاد با درصد كربن اوليه تا حداكثر 3/0 درصد را نيز مي‌توان انتخاب كرد.
    منگنز باعث پايداري سمنتيت شده و تا حدود 4/1 درصد، به كربن‌دهي كمك مي‌كند. همچنين، كاربرد منگنز، ضخامت لايه سخت شده را افزايش مي‌دهد. بنابراين، ضمن سرد كردن سريع، امكان ترك برداشتن قطعه بيشتر مي‌شود كه اين امر بايد در نظر گرفته شود.
    سيليسيم، عنصري گرافيت‌زاست و باعث تجزيه سمنتيت مي‌شود. لذا وجود آن در فولاد، كربن‌دهي را به تعويق مي‌اندازد. بنابراين در فولادهايي كه قرار است تحت عمليات كربن‌دهي قرار گيرند، مقدار سيليسيم كمتر از 35/0 درصد انتخاب مي‌شود.
    كروم، باعث پايداري سمنتيت و افزايش سختي و مقاومت به سايش پوسته سخت شده مي‌شود. همچنين، حضور اين عنصر منجر به افزايش استحكام مغز قطعه (تا حدودي) مي‌شود، اما انعطاف‌پذيري آن را به ميزان اندكي كاهش مي‌دهد. با اين وجود، از آنجا كه كروم مقاومت به ضربه را كاهش مي‌دهد، مقدار آن در فولادهايي كه قرار است تحت عمليات سطحي كربن‌دهي قرار گيرد از 5/1 درصد نبايد بيشتر شود.
    نيكل، باعث پيشگيري از رشد دانه‌ها به هنگام كربن‌دهي شده و با كاربرد آن معمولاً نيازي به عمليات نرماله كردن قطعه براي ريز كردن دانه‌ها نيست. لذا وجود آن در فولاد كربن‌دهي شده، مفيد است.
    به‌طور كلي از مباحث فوق نتيجه مي‌شود كه فولادهاي ساده كربني كه براي كربن‌دهي انتخاب مي‌شوند، تا 4/1 درصد منگنز، تا 3/0 درصد كربن و كمتر از 35/0 درصد سيليسيم دارند. فولادهاي آلياژي مناسب براي كربن‌دهي علاوه‌بر عناصر فوق، مي‌توانند داراي 5/4 درصد نيكل، 5/1 درصد كروم و 3/0 درصد موليبدن باشند. نقش عناصر آلياژي ياد شده، افزايش استحكام بدون كاهش انعطاف‌پذيري و مقاومت قطعه به ضربه (تافنس) است.

    ب - فولادهاي مناسب براي نيتروژن‌دهي
    به‌طور كلي، فولادهاي زير را مي‌توان براي كاربردهاي خاص تحت عمليات حرارتي نيتروژن‌دهي قرار داد:
    1. فولادهاي كم آلياژ آلومينيم‌دار
    2. فولادهاي كم‌آلياژ كروم‌دار با كربن متوسط (بيش از 25/0 درصد كربن) از گروه‌هاي 4100، 4300، 5100، 6100، 8600، 8700، 9300 و 9800 (دو رقم سمت راست اين گروه‌ها كه بيانگر صدم درصد كربن است، بايد بيشتر از 25 باشد)
    3. فولادهاي قالب گرم كار حاوي 5 درصد كروم نظير11 H13، H 12، H.
    4. فولادهاي زنگ نزن فريتي و مارتنزيتي از گروه 400.
    5. فولادهاي زنگ نزن آستنيتي از گروه 300.
    6. فولادهاي زنگ نزن سخت‌شونده رسوبي نظير
    PHا4 - 17، PHا7 - 17 و 286 - A.
    فولادهاي ساده كربني براي نيتروژن‌دهي مناسب نيستند. اين امر تشكيل يك لايه سطحي بسيار ترد است كه به سادگي از سطح جدا مي‌شود. به علاوه، افزايش سختي در ناحيه نفوذ نيتروژن در اين نوع فولادها كم است.

    پ- فولادهاي مناسب براي كربن- نيتروژن‌دهي
    سختي‌پذيري كه معياري براي سهولت تشكيل مارتنزيت و تشكيل آن در آهنگ‌هاي سرد شدن كمتر است، به هر اندازه كه بيشتر شود، مفيد خواهد بود. براي تشكيل پوسته سخت شده با ضخامت مشخص، نياز به آهنگ سرد شدن كمتري وجود دارد. لايه كربن- نيتروژن داده شده، داراي سختي‌پذيري بيشتري در مقايسه با لايه كربن داده شده به تنهايي است. بنابراين، فولادهاي كربن- نيتروژن داده شده را مي‌توان با سرد كردن در روغن و يا حتي توسط گاز (در برخي موارد) و در نتيجه، كاهش احتمال اعوجاج و تاب برداشتن قطعه، به حداكثر سختي مورد نظر رساند. از سويي ديگر، در اين فرايند با هزينه كمتر به ضخامت پوسته سخت شده مورد نظر خواهيم رسيد.
    فولادهايي كه معمولاً كربن- نيتروژن‌دهي مي‌شوند، عبارتند از:
    گروه‌هاي 1000، 1100، 1200، 1300، 1500، 4000، 4100، 4600، 5100، 6100، 8600 و 8700 با درصد كربني حداكثر برابر با 25/0 درصد.
    تحت شرايطي كه در آنها، به مجموعه‌اي از خواص نظير سخت شدن سرتاسري با تافنس قابل قبول و سطحي سخت با مقاومت به سايش زياد، نظير شافت‌ها و دنده‌ها نياز باشد، مي‌توان سطح بسياري از فولادهاي گروه‌هاي ياد شده را با درصد كربني بين 3/0 تا 5/0 درصد، تا عمق 3/0 ميلي‌متر تحت عمليات كربن- نيتروژن‌دهي قرار داده و سخت كرد. براي دستيابي به پوسته‌اي نازك با سختي و مقاومت به سايش بيشتر در مقايسه با شرايط سخت كردن حجمي مرسوم، اغلب فولادهاي كربني آلياژي با كربن متوسط را در اتمسفر كربن- نيتروژن‌دار حرارت داده و سپس سريع سرد مي‌كنند. در مورد فولادهايي نظير: 4140، 5140، 8640 و 4340 كه براي كاربردهايي مانند چرخ‌دنده‌هاي سنگين مورد استفاده قرار مي‌گيرند مي‌توان عمليات حرارتي مشابهي انجام داد. دماي عمليات حرارتي براي اين منظور حدود 845 درجه سانتي‌گراد (دماي آستنيته كردن) است.

    ت- فولادهاي مناسب براي نيتروژن- كربن‌دهي
    به‌طور كلي از عمليات حرارتي نيتروژن كربن‌دهي، در مواردي استفاده مي‌شود كه نياز به افزايش مقاومت در برابر سايش و خستگي و يا هر دو باشد. مثال‌هايي در اين زمينه عبارتند از: چرخ‌دنده‌هاي ماشين‌آلات نساجي، ميل‌لنگ‌ها، انواع شافت‌ها، محورها و قطعات مشابه. بيشترين افزايش مقاومت در برابر خستگي و خراشيدگي در اثر اين فرايند، در مورد فولادهاي ساده كم كربن گزارش شده است.
    مشخص شده است كه براي بهره‌گيري از حضور لايه سفيد رنگ (حاوي فاز كاربونيتريد اپسيلن به علاوه نيتريدها و اكسيدهاي ديگر) براي افزايش مقاومت در برابر خراشيدگي، تنش‌هاي تماسي نبايد آن‌قدر زياد باشد كه از استحكام تسليم فلز در زير لايه نيتريد بيشتر شود. تحت شرايطي كه تنش‌هاي تماسي بسيار زياد باشند، اگر از روي سختكاري سطحي نيتروژن- كربن‌دهي استفاده شود، استحكام فلز زير لايه بايد افزايش داده شود. براي اين كار افزايش ضخامت پوسته سخت شده در اين روش الزامي است. در غير اين صورت، استفاده از روش سخت كردن سطحي كربن- نيتروژن‌دهي توصيه مي‌شود.

    عمليات حرارتي بهينه براي فولاد 27CD4
    براي ساخت دنده‌هاي گيربكس خودرو مي‌توان از فولاد 27CD4 استفاده كرد. درصد كربن فولاد 27CD4 به‌طور ميانگين 27/0 درصد است. در بررسي قطعات گيربكس، ملاحظه مي‌شود كه عمق پوسته سخت شده در دنده‌هاي گيربكس و شافت ورودي و خروجي (در صورتي كه در ساخت همه آنها از فولاد 27CD4 استفاده شده است) برابر با 35/0 ميلي‌متر است. از آنجا كه لايه كربن- نيتروژن داده شده، داراي سختي‌پذيري بيشتري در مقايسه با لايه صرفاً كربن داده شده است، براي تشكيل پوسته سخت شده با ضخامت مشخص، به آهنگ سرد شدن كمتري نياز خواهد بود. بنابراين، اگر در عمليات حرارتي سطحي، كربن و نيتروژن را با هم به سطح قطعه نفوذ دهيم، بهتر است. علاوه‌بر مزيت ذكر شده، سطوح كربن- نيتروژن داده شده، داراي مزاياي زير هستند:
    1. مقاومت سطوح كربن- نيتروژن داده شده در برابر نرم شدن به هنگام بازپخت، به مراتب بيشتر از سطوح كربن داده شده تنهاست.
    2. سطوح كربن- نيتروژن داده، استحكام ضربه‌اي (تافنس) و مقاومت خستگي بهتري در سختي يكسان دارند. (در مقايسه با سطوح كربن داده شده)
    3. مقاومت به پوسته شدن در سطوح كربن- نيتروژن داده شده نسبت به سطوح كربن داده شده بيشتر است.
    4. سطوح كربن- نيتروژن داده شده مقاومت به سايش بيشتري دارند.
    5. الگوي تنش پسماند در سطوح كربن- نيتروژن داده شده به علت كاهش نرخ سرد كردن سريع آنها از سطوح كربن داده شده بهتر است.
    در نتيجه، احتمال ايجاد اعوجاج در قطعه به حداقل ممكن مي‌رسد كه نتيجه آن حذف يا به حداقل رسيدن لقي در چرخ‌دنده‌هاي گيربكس به علت وجود تمامي مزاياي گفته شده است.
    عمليات حرارتي كربن- نيتروژن‌دهي يا نيتروژن- كربن‌دهي، بر عمليات كربن‌دهي در مورد فولاد 27CD4، ارجحيت دارد. عمليات نيتروژن‌دهي در مورد اين فولاد توصيه نمي‌شود. زيرا اولاً با توجه به درصد كربن نسبتاً كم اين فولاد نيتروژن‌دهي ممكن است سختي لازم براي سطح را تأمين نكند و ثانياً خطر ترك خوردن و يا پوسته شدن لايه نيتريد وجود دارد. حال بايد ديد كه از دو فرايند كربن- نيتروژن‌دهي و نيتروژن كربن‌دهي، كدام يك مناسب‌تر است. تحت شرايطي كه تنش‌هاي تماسي بسيار زياد باشد، مانند چرخ‌دنده‌هاي گيربكس، استحكام فلز در زير لايه سخت شده بايد افزايش داده شود. براي تأمين اين منظور اگر از عمليات حرارتي نيتروژن- كربن‌دهي استفاده كنيم بايد ضخامت لايه سفيد حاوي نيتريدها افزايش داده شود كه اين امر هزينه و وقت زيادتري لازم دارد. بنابراين بهتر است كه روش كربن- نيتروژن‌دهي را براي سخت كردن سطح اين فولاد انتخاب كنيم. محيط خنك‌كننده هم مي‌تواند روغن داغ انتخاب شود.

    روش‌هايي مناسب براي به حداقل رساندن اعوجاج قطعه
    1. گرم و يا سرد كردن قطعات به طور يكنواخت
    2. استفاده از روش صحيح براي فرو بردن قطعات در محيط سردكننده
    3. عدم انتخاب دماي بسيار بالا براي آستنيته كردن
    4. آرام سرد كردن قطعه در زير نقطه MS (دماي آغاز تشكيل مارتنزيت)
    5. كاربرد عمليات حرارتي مارتمپرينگ در صورت امكان
    6. تميز كردن سطح قطعات قبل از كوئنچ كردن
    7. طراحي قطعات مورد عمليات حرارتي حتي‌الامكان به صورت قرينه
    8 . استفاده از روش كوئنچ تحت فشار
    9. تثبيت ابعاد قطعه با ضربه مكانيكي
    از بين 9 روش مورد اشاره، توضيح دو مورد آخر ضروري به‌نظر مي‌رسد.
    الف- تثبيت ابعاد با ضربه مكانيكي
    براي تأمين ثبات اندازه‌ها مي‌توان بعد از عمليات حرارتي ضربه مكانيكي را به‌كار برد. اين عمل به منظور به وجود آوردن تغيير شكل جزئي ماندگار، انجام مي‌گيرد. در نتيجه با تكرار تغيير شكل الاستيكي، تنش‌هاي باقيمانده برطرف مي‌شوند. در شكل (1) تغيير طول فولاد W1 سخت شده به اضافه برگشت ديده، تحت شرايط ساچمه‌زني و بدون ساچمه‌زني، مشاهده مي‌شود.











    شكل 1: تأثير ضربه بر تثبيت ابعاد فولاد W1

    ب- كوئنچ تحت فشار
    براي به حداقل رساندن اعوجاج به هنگام عمليات كوئنچ قطعات حساس نظير چرخ‌دنده‌ها، به جاي كوئنچ معمولي تحت فشار پتك به اندازه 10-7اT در روغن به‌كار برده مي‌شود. در اين روش، تغيير ابعاد اتفاق مي‌افتد اما پيچيدگي، در حدي بسيار پايين است.
    در شكل 2، دستگاه آب‌دهي فشاري براي چرخ‌دنده‌هاي شيب‌دار با ظرفيت 7 تا 10 تن ديده مي‌شود. هنگام وارد آوردن فشار، قطعه با روغن خنك مي‌شود.

    جدول 1: انواع روش‌هاي آب‌دهي تحت فشار













    شكل 2: آب‌دهي فشاري براي چرخ‌دنده‌ها

    پانوشت‌ها:
    1. Looseness
    2. Distortion
    3. Carburizing
    4. Nitriding
    5. Carbonitriding
    6. Nitrocarburizing

    منابع:
    1. AGMA STANDARD: "Sound Manual Section II", "Sources, Specifications and Levels of Gear Sound".
    2. Steel and its Heat Treatment Bofors Handbook, Butterworth thinning, K.E. 1981.
    3. Case Hardening of Steel, ASM, 1987. Boyer.
    4. عمليات حرارتي و مهندسي سطح.م. گلعذار 1377.
    5. عيوب عمليات حرارتي و پيشگيري و اصلاح آنها، محمدحسن جولازاده 1371.

  6. 3 کاربر از پست مفید ghasem motamedi سپاس کرده اند .


  7. #14
    دوست آشنا
    رشته تحصیلی
    مهندسی مواد
    نوشته ها
    904
    ارسال تشکر
    215
    دریافت تشکر: 678
    قدرت امتیاز دهی
    140
    Array

    پیش فرض عملیات حرارتی و محیط زیست

    عملیات حرارتی و محیط زیست عملیات حرارتی یکی از تکنولوژی های مهم صنعتی است که در اغلب موارد به درستی شناخته نشده و اهمیت آن جلوه گر نمی شود. گروه : علم و دانش / زیست شناسی / محیط زیست
    عملیات حرارتی یکی از تکنولوژی های مهم صنعتی است که در اغلب موارد به درستی شناخته نشده و اهمیت آن جلوه گر نمی شود. به دلیل مصرف انرژی بالا در انجام عملیات حرارتی و موارد مربوط به کنترل آلاینده های ناشی از محیط های کوینچ، مسایل زیست محیطی یکی از عوامل اثرگذار در پیشرفت این تکنولوژی در کشورهای پیشرفته است. طرح های بسیاری برای بهبود شرایط و کاهش اثرات مخرب این فرایند در محیط زیست، در سراسر دنیا درحال انجام است که از آن بین به موارد زیر می توان اشاره کرد:
    1) کاهش میزان آلاینده های ناشی از سوخت های فسیلی
    2) کاهش مصرف انرژی
    3) افزایش استفاده از تکنولوژی های شبیه سازی
    4) کاهش آلایندگی محیط های خنک کننده و عایق های نسوز کوره ها
    5) تغییر مواد و استفاده از فولادهای میکروآلیاژی
    هدف مقاله حاضر، آشنایی با فعالیت ها و پروژه های در دست اجرا، در جهان و ایران، برای بهبود هرچه بیشتر شرایط زیست محیطی فرایندهای عملیات حرارتی در تولید قطعات است.
    عملیات حرارتی تقریباً در تولید تمامی قطعات در صنایع مختلف نظیر خودروسازی، راه آهن، هوا فضا و ... کاربرد دارد. در این عملیات، مواردی نظیر وجود گازهای متصاعدشده از سوختن سوخت های فسیلی و همچنین مواد آلوده کننده ناشی از محیط های خنک کننده، از عمده موارد آلاینده محیط زیست هستند. همچنین موارد دیگری نظیر لزوم انجام عملیات دوباره کاری و یا اصلاح و تعمیر عایق های به کاررفته در ساختار کوره ها، مواردی هستند که باعث طولانی شدن مراحل تولید و آلودگی محیط زیست می شوند. تحقیقات در زمینه عملیات حرارتی و محیط زیست که در کشورهای پیشرفته درحال گسترش است، در دو شاخه اصلی زیر قرار می گیرند:
    1) بهبود فرایند و تجهیزات برای رسیدن به اهداف زیر:
    الف) کنترل گازهای متصاعدشده و رسانیدن آنها به حد صفر
    ب) کاهش زمان انجام فرایند تا حد 50درصد
    پ) افزایش طول عمر کوره ها تا حد 10برابر
    2) کاهش نیاز به انرژی باتوجه به اهداف زیر:
    الف) کاهش مصرف انرژی تا حد 80درصد
    ب) بهبود شرایط عایق کاری (برای به دست آوردن بازده 2برابر)
    ● فعالیت های تحقیقاتی
    1) پروژه های تعریف شده با تمرکز بر فرایند و تجهیزات برای بهبود شرایط زیست محیطی
    تعدادی از پروژه های انتخاب شده برای بهبود شرایط و رسیدن به اهداف یادشده، عبارتند از:
    ● گرم کردن با شتاب1
    گرم کردن با شتاب به هر فرایندی گفته می شود که طی آن، کوره های متداول عملیات حرارتی با سرعت بیشتری گرم شود. در گذشته، گرم کردن با شتاب تنها بر روی لقمه های اولیه در فورج داغ که می بایستی تا دمای 1000 تا 1250 درجه سانتی گراد گرم شوند، انجام می پذیرفت.
    در حال حاضر، این موارد به عنوان هدف موردتوجه تحقیقات قرار گرفته است. همچنین، امکان افزایش شتاب گرم شدن تا حد 3برابر شرایط فعلی در کوره های معمولی وجود دارد. به این ترتیب، زمان انجام عملیات تا حد زیادی کاهش خواهد یافت.
    ● حسگرهای فرایند
    یکی از مواردی که کارهای تحقیقاتی فراوانی درمورد آن انجام می پذیرد، گسترش حسگرهای مختلف در فرایند عملیات حرارتی است. حوزه عمل این حسگرها شامل:
    - اندازه گیری میزان کربن سطحی- زمان
    - اندازه گیری اکسیژن محیط و مقاومت در برابر رسوب کربن (دوده)
    - اندازه گیری میزان انتقال حرارت در محیط خنک کننده
    - کنترل سیستم با اندازه گیری دقیق و همزمان خواص فیزیکی و ترکیب شیمیایی
    - کنترل داده ها و اطلاعات فرایند
    - کنترل و اندازه گیری دقیق و غیرمخرب تنش های پسماند در قطعات
    ● شبیه سازی فرایند
    باتوجه به اهمیت زمان و جلوگیری از ایجاد ضایعات در هنگام تنظیم دما و اتمسفر برای قطعات مختلف، اهمیت شبیه سازی فرایند روزبه روز بیشتر می شود. در این زمینه طرح هایی با اهداف زیر تعریف و درحال انجام است:
    - مدل شبیه ساز ساختار قطعه باتوجه به ترکیب شیمیایی، اتمسفر کوره، دما و زمان فرایند
    - تخمین شرایط ترموشیمیایی کوره
    - مدل CCT برای فولادهای مختلف
    - بانک اطلاعاتی خواص مکانیکی حرارتی مواد مختلف با توجه به دمای عملیات حرارتی
    - مدل پیش بینی میزان پیچش در قطعه و تنش پسماند
    - نرم افزاری ساده برای انتخاب مواد و فرایند با توجه به نحوه عملیات حرارتی
    - مدل انتخاب محیط خنک کننده
    - دیگر پروژه های تعریف شده ای که وابستگی زیادی به فرایند دارند، عبارتند از:
    - بهبود فرایند نیترایدینگ با هدف کاهش زمان، بهبود کیفیت و خصوصیات موادنسوز کوره ها، بهبود وگسترش مواد برای تحمل دماهای بالاتر و در نتیجه کاهش زمان عملیات و افزایش اطلاعات در زمینه پیرسازی و بازگشت مواد.
    2) پروژه های تعریف شده با تمرکز بر کاهش مصرف انرژی برای بهبود شرایط زیست محیطی
    مصرف انرژی، علاوه بر هزینه زیاد در فرایند عملیات حرارتی یکی از دلایل اصلی آلایش محیط زیست است.
    یکی از روش های کاهش اثرات و کاهش مصرف انرژی، انجام عملیات کوینچ بلافاصله بعد از عملیاتی نظیر آهنگری، نورد و یا شکل دهی است. این روش که به عنوان 2DFH شناخته می شود، در صنایع خودروسازی به شدت موردتوجه قرار گرفته است. در این روش همان گونه که گفته شد، از دمای قطعات در پایان مرحله کار گرم استفاده می شود و به این ترتیب، نیاز به گرم شدن مجدد قطعات برای رسیدن به حالت آستنیته و انجام کوینچ، حذف می شود.
    یکی از دیگر روش های کاهش مصرف انرژی، گسترش استفاده از فولادهای میکروآلیاژی است. با استفاده از این نوع فولادها، نیاز به انجام عملیات حرارتی کوینچ و تمپر، حذف می شود. استفاده از این فولادها به دلیل جذابیت کاهش هزینه های تولید، کاهش زمان فرایند و بهبود شرایط زیست محیطی، به طوری فزاینده در اروپا و امریکا درحال گسترش است.
    از دیگر پروژه های دردست انجام در زمینه کاهش هزینه های انرژی و حفاظت از محیط زیست می توان به موارد زیر اشاره کرد:
    - بهبود روش های انتقال حرارت در محیط های خنک کننده و کوره های پیش گرم
    - گسترش سیستم های استفاده از گاز خنثی وکوره های الکتریکی
    - جایگزینی محیط های خنک کننده روغن با مواد دیگر
    - جایگزینی NO3 ،NO2 ،CN و نمک های باریم با مواد دیگر
    ● پروژه های انجام شده در ساپکو
    در شرکت ساپکو نیز پروژه های همراستا با پروژه های تحقیقاتی جهان، به منظور کاهش اثر تخریبی عملیات حرارتی بر محیط زیست تعریف و به انجام رسیده است که مهم ترین آنها عبارتند از:
    1) تولید قطعات فورج در مجموعه تعلیق خودروهای تولیدی ایران خودرو، از فولاد میکروآلیاژی. به این ترتیب، مقدار زیادی از زمان تولید قطعات و نیاز به صرف انرژی زیاد برای انجام عملیات حرارتی کاسته شده است. علاوه بر این، میزان ضایعات قطعات نیز تا حد زیادی کاهش یافته است.
    2) راه اندازی خطوط کوینچ مستقیم (DFH) و کاهش مصرف انرژی برای گرم کردن مجدد قطعات.

    نویسنده مجتبی موسوی پانوشت ها 1 Accelerated Heating 2 Direct Forge Hardening منابع 1 K Funatani Materials Heat Treatment and Surface Modifications Applied For Automotive Components Proceedings of the first international automotive heat treating conference 1998 Mexico 2 Gorge Taten Heat treating in 2020 Forging magazine 2005 3 M Pinkham The Outlook for Heat Treating Metal Center News Online 1999 January
    ماهنامه صنعت خودرو www sanatekhodro com

  8. 2 کاربر از پست مفید ghasem motamedi سپاس کرده اند .


  9. #15
    دوست آشنا
    رشته تحصیلی
    مهندسی مواد
    نوشته ها
    904
    ارسال تشکر
    215
    دریافت تشکر: 678
    قدرت امتیاز دهی
    140
    Array

    پیش فرض جزئیاتی در موردعملیات حرارتی

    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.

  10. 3 کاربر از پست مفید ghasem motamedi سپاس کرده اند .


  11. #16
    کاربر جدید
    رشته تحصیلی
    مواد
    نوشته ها
    1
    ارسال تشکر
    0
    دریافت تشکر: 0
    قدرت امتیاز دهی
    0
    Array

    پیش فرض پاسخ : عملیات حرارتی فولادها

    عالی بود

  12. #17
    کاربر جدید
    رشته تحصیلی
    مهندسی متالورژی
    نوشته ها
    1
    ارسال تشکر
    0
    دریافت تشکر: 0
    قدرت امتیاز دهی
    0
    Array

    پیش فرض پاسخ : عملیات حرارتی فولادها

    دوستتون دارم

  13. #18
    کاربر جدید
    رشته تحصیلی
    ماشین ابزار
    نوشته ها
    2
    ارسال تشکر
    0
    دریافت تشکر: 0
    قدرت امتیاز دهی
    0
    Array

    پیش فرض پاسخ : جزئیاتی در موردعملیات حرارتی

    بسیار خوب بود متشکرم

  14. #19
    کاربر جدید
    رشته تحصیلی
    متالورزی
    نوشته ها
    1
    ارسال تشکر
    0
    دریافت تشکر: 0
    قدرت امتیاز دهی
    0
    Array

    پیش فرض پاسخ : عملیات حرارتی فولادها

    با سلام وخسته نباشید
    لطفا در رابطه با ساختار سوربیت و نحوه تشکیل و رسیدن به سوربیت در تالار علمی و یا همین صفحه توضیحات و راهنمایی های لازم را به بنده بکنید

صفحه 2 از 2 نخستنخست 12

اطلاعات موضوع

کاربرانی که در حال مشاهده این موضوع هستند

در حال حاضر 1 کاربر در حال مشاهده این موضوع است. (0 کاربران و 1 مهمان ها)

موضوعات مشابه

  1. متالورژی فلزات آهنی
    توسط ghasem motamedi در انجمن متالورژی استخراجی
    پاسخ ها: 11
    آخرين نوشته: 21st December 2012, 06:21 PM
  2. کاربرد انواع مختلف فولاد
    توسط ریپورتر در انجمن مهندسی مواد و متالورژي
    پاسخ ها: 2
    آخرين نوشته: 18th May 2010, 01:00 PM
  3. مقاله: خمیر حرارتی و نحوه استفاده صحیح از آن
    توسط MAHDIAR در انجمن بخش مقالات سخت افزار
    پاسخ ها: 0
    آخرين نوشته: 12th January 2010, 02:14 PM
  4. عملیات حرارتی
    توسط ghasem motamedi در انجمن متالورژی فیزیکی
    پاسخ ها: 1
    آخرين نوشته: 4th January 2010, 08:41 PM
  5. آموزشی: انتخاب و کاربرد ماشینهای پس از برداشت
    توسط morteza.zangeneh در انجمن ماشینهای کشاورزی
    پاسخ ها: 0
    آخرين نوشته: 10th December 2008, 09:27 PM

کلمات کلیدی این موضوع

مجوز های ارسال و ویرایش

  • شما نمیتوانید موضوع جدیدی ارسال کنید
  • شما امکان ارسال پاسخ را ندارید
  • شما نمیتوانید فایل پیوست کنید.
  • شما نمیتوانید پست های خود را ویرایش کنید
  •