مراحل سخت کاری آهن

مراحل سخت کاری فلزات سه مرحله عمده دارد که عبارت اند از:

در ابتدا قطعه آلیاژ مورد نظر را حرارت می دهند. در ابتدای مراحل سخت کاری فولاد، قطعه را به آرامی تا دمای 600-700 درجه سانتی گراد می رسانند.

این کار به این علت است که قطعه دچار تنش نشود. سپس قطعه مورد نظر را تا دمایی بالاتر از دمای بحرانی انتقالی به سرعت گرم می کنند.

با سریع گرم کردن آلیاژ و فولاد، ساختاری به صورت دانه ریز به دست می آید.

در مرحله دوم، به ازای هر اینچ ضخامت در قطعه آلیاژ مورد نظر، قطعه گرم شده را یک ساعت در این دما نگه می دارند.

سپس قطعه گرم شده، در طی فرآیند خنک شدن سریع یا کوئینچ، به جای اینکه در محیط های باز و به آرامی خنک شود، توسط غوطه ور شدن در آب یا مایع دیگر نظیر نیتروژن مایع، هوا، حمام نمک، آب نمک یا غوطه ور شدن در روغن به سرعت خنک می شود.

برای فولادهای غیر آلیاژی عملیات سخت کاری با آب انجام می شود. غالباً فولادهای آلیاژ بالا توسط هوا سخت کاری می شوند و غالباً فولادهای آلیاژ پایین را با غوطه ور شدن در روغن سخت کاری می کنند.

عمل گرم کردن آلیاژ باعث می شود که عناصر موجود در آلیاژ به حالت محلول جامد تغییر شکل دهند.

مرحله سرد کردن ناگهانی که همان کوئینچ کردن نام دارد، در ماده تنش ایجاد می کند پس توصیه اکید می شود که سرعت خنک کردن یا همان کوئینچ کردن فولاد در فرآیند سخت کاری باید بیش از حد بالا نباشد تا از میزان تنش های پس ماند کاسته شده و ترک خوردگی در سطح سخت کاری شده رخ ندهد.

وقتی که کوئینچ کردن توسط غوطه وری در مایعات مانند آب، روغن و … انجام می شود باید توجه داشت که غوطه وری به صورت کامل و با سرعت انجام شود.

چون در غیر این صورت لایه ای روی سطح کار ایجاد می شود که مانع از سخت کاری فولاد می شود. سرعتی که برای سرد کردن فولادها در نظر گرفته می شود به میزان عناصر آلیاژی که در آن ها استفاده شده است بستگی دارد.

باید به این نکته توجه کنیم که عملیات سرد سازی یا همان کوئینچ برای قطعات یک محموله تولیدی به طور یکسان انجام شود و قطعه کوئینچ شده نباید برای زمان طولانی در دمای محیط نگه داشته شود و باید سریع به مرحله تمپرینگ فرستاده شود.

نکات کوئنچ در روغن:
بهتر است از روغنی استفاده شود که نقطه اشتعال لحظه ای بالاتری دارد زیرا این کار باعث کاهش احتمال آتش سوزی می شود.

چون سرعت سرد شدن قطعه فولاد در این حالت پایین تر از سرد شدن با آب و سایر مواد است، میزان تنش های پس ماند کمتر خواهد بود. در طول تمام مدت سرد شدن قطعات، باید روغن درون مخزن را هم زد تا تمام قسمت های قطعه فولادی به طور یکسان حرارت خود را از دست بدهند و سرد شوند.

بهترین دما برای روغن کوئنچ چیزی بین 32-540 سانتی گراد است. عمق سخت کاری در فولادهایی که با روغن کوئینچ یا خنک می شوند.

بالاتر از آن هایی است که با آب کوئینچ می شوند و همین طور قطعات فولادی که توسط هوا کوئینچ و سخت کاری می شوند، تقریباً مغز قطعه فولاد هم چقرمه نمی ماند و سخت کاری می شود.

نکات کوئنچ در آب:
بهتر است از آب نمک به جای آب خالی در این مرحله استفاده شود زیرا در هنگام استفاده از آب خالص یک لایه سد بخار روی قطعه فولادی ایجاد می شود که باعث عدم سخت شدن بعضی از نقاط به طور مطلوب خواهد شد.

ولی در هنگام استفاده از آب نمک کریستال های نمک روی قطعه رسوب کرده سپس منفجر می شوند و همین امر باعث عدم تشکیل سد بخار خواهد شد و قطعه فولادی مورد نظر به طور یکنواخت سرد می شود.

باید به یاد داشته باشیم که عملیات سخت کاری فولاد باید آخرین مرحله باشد و مراحلی نظیر ماشین کاری و غیره قبلاً انجام شده باشد.

تاب برداشتن فولاد در حین عملیات سخت کاری فولاد امری اجتناب ناپذیر است ولی بیشتر در مواقعی رخ می دهد.

که قطعات با سرعت خیلی بیشتر از حد نیازی گرم یا سرد شوند یا قطعات را خیلی بیشتر از دمای بحرانی انتقالی گرم کنند یا قطعه را به طور نامناسب درون محیط خنک شدن یا همان کوئینچ وارد کنند و موارد مشابه.

بهتر است قطعاتی که طویل و نازک هستند را در مرحله کوئینچ کردن به صورت عمودی سرد کنید تا احتمال و میزان کمانی شدن، خمش و پیچش آن ها به حداقل میزان ممکن برسد.

دمای سخت کاری فولاد:
در عملیات سخت کاری فولاد، میزان دمای مورد نیاز بستگی به نوع آلیاژ و فولاد، ابعاد قطعه مورد نظر و شکل قطعه دارد.

هر چه قطعه مورد نظر نازک تر و با شکل پیچیده تر باشد دمای مورد نیاز پایین تر است و برعکس، هر چه قطعه مورد نظر بزرگ تر و با شکل ساده تر باشد، دمای مورد نیاز بالاتر خواهد بود.

باید بدانیم که هر چه دما بالاتر باشد، فولاد حاصله دانه درشت می شود و هر چه دما پایین تر باشد، فولاد حاصله نرم تر می شود.

همان طور که اشاره شد سخت کاری فولاد به یک سری مراحلی گفته می شود که طی آن خواص مکانیکی و فیزیکی و حتی شیمیایی فولاد بهبود بخشیده می شود.

این مراحل شامل گرم کردن و سرد کردن هدفمند قطعه فولادی و تحت شرایط و مدت زمان تعیین شده است.

نکته دیگر اینکه از عملیات حرارتی برای مواد غیر فلزی هم می توان مانند سرامیک و شیشه ها به کار گرفت.