خنک شدن در هنگام سخت شدن سخت شدن فولاد در محیط های مختلف

حالت خنک کننده در حین سخت شدن قبل از هر چیز باید عمق سختی مورد نیاز را فراهم کند. از طرف دیگر، رژیم خنک کننده باید به گونه ای باشد که کوئنچ قوی رخ ندهد و منجر به تاب برداشتن محصول و ایجاد ترک های خاموش کننده شود.

تنش های خاموشی شامل تنش های حرارتی و سازه ای است. در طول سخت شدن، اختلاف دما همیشه در سطح مقطع محصول رخ می دهد. بزرگی متفاوت تراکم حرارتی لایه های بیرونی و داخلی در طول دوره سرد شدن باعث بروز تنش های حرارتی می شود.

تبدیل مارتنزیتی با افزایش چند درصدی حجم همراه است.لایه های سطحی زودتر از هسته محصول به نقطه مارتنزیتی می رسند. تبدیل مارتنزیتی و افزایش حجم مربوط به آن در نقاط مختلف سطح مقطع محصول به طور همزمان رخ نمی دهد که منجر به بروز تنش های ساختاری می شود.

تنش‌های خاموشی کل با افزایش دمای گرمایش برای خاموش کردن و با افزایش سرعت خنک‌سازی افزایش می‌یابد، زیرا در هر دو مورد اختلاف دما در سطح مقطع محصول افزایش می‌یابد. افزایش اختلاف دما منجر به افزایش تنش های حرارتی و ساختاری می شود.

برای فولادها، تنش‌های خاموشی به احتمال زیاد در محدوده دمایی زیر نقطه مارتنزیت، زمانی که تنش‌های ساختاری ظاهر می‌شوند و یک فاز شکننده - مارتنزیت - تشکیل می‌شود، رخ می‌دهد. در بالای نقطه مارتنزیتی فقط تنش های حرارتی ایجاد می شود و فولاد در حالت آستنیتی است و آستنیت شکل پذیر است.

همانطور که نمودار C نشان می دهد، خنک سازی سریع در ناحیه ای که کمترین پایداری آستنیت فوق خنک را دارد ضروری است. برای اکثر فولادها، این منطقه در محدوده 660 - 400 درجه سانتیگراد است. بالاتر و پایین تر از این محدوده دما، آستنیت در برابر پوسیدگی بسیار مقاوم تر از نزدیکی خم منحنی C است و قطعه کار را می توان نسبتاً آهسته خنک کرد.

خنک شدن آهسته از درجه حرارت 300 تا 400 درجه سانتیگراد شروع می شود که در آن مارتنزیت در اکثر فولادها تشکیل می شود. با سرد شدن آهسته بالای خم منحنی C، تنها تنش های حرارتی کاهش می یابد، در حالی که در محدوده مارتنزیتی، تنش های حرارتی و ساختاری کاهش می یابد.

پرمصرف ترین محیط های خاموش کننده آب سرد، محلول آبی 10 درصد NaOH یا NaCl و روغن ها هستند.

سرعت خنک کنندگی فولاد در محیط های مختلف

جدول میزان سرمایش نمونه های فولادی کوچک را در دو محدوده دمایی برای محیط های مختلف نشان می دهد. تاکنون هیچ مایع خاموش کننده ای یافت نشده است که به سرعت در محدوده دمایی پرلیت و به آرامی در محدوده دمای مارتنزیتی خنک شود.

آب سرد- ارزان ترین و پرانرژی ترین کولر. در هر دو محدوده دمایی پرلیت و مارتنزیت به سرعت خنک می شود. ظرفیت خنک کنندگی بالای آب با دمای پایین و گرمای زیاد جوش، ویسکوزیته کم و ظرفیت حرارتی نسبتاً بالا توضیح داده می شود.

افزودن نمک یا قلیایی باعث افزایش ظرفیت خنک کنندگی آب در محدوده پرلیت می شود.

عیب اصلی آب- سرعت سرد شدن بالا در محدوده مارتنزیتی.

روغن معدنی در محدوده مارتنزیتی به آرامی خنک می شود (این مزیت اصلی آن است)، اما همچنین در محدوده پرلیت به آرامی خنک می شود (این عیب اصلی آن است). بنابراین از روغن برای سخت شدن فولادهایی با سختی پذیری خوب استفاده می شود.

آب گرم شده نمی تواند جایگزین روغن شود، زیرا حرارت دادن به شدت سرعت خنک شدن را در محدوده پرلیت کاهش می دهد، اما تقریباً آن را در محدوده مارتنزیتی تغییر نمی دهد.

نظریه عملیات حرارتی فلزات
I.I.Novikov

از آنجایی که هیچ محیط سخت‌کننده‌ای وجود ندارد که بتواند خنک‌سازی سریع را در محدوده دمایی 650 تا 400 درجه سانتی‌گراد و خنک‌سازی آهسته در بالا و عمدتاً زیر این فاصله ایجاد کند، از روش‌های سخت‌کننده مختلفی برای تأمین رژیم خنک‌کننده لازم استفاده می‌شود. کوئنچ از طریق آب در روغن کوئنچ از طریق آب به روغن (کوئنچ در دو محیط): 1 - حالت عادی؛...

در بسیاری از فولادها، محدوده مارتنزیتی (Mn - Mk) تا دمای منفی گسترش می یابد (شکل وابستگی به دما را ببینید). در این مورد، فولاد سخت شده حاوی آستنیت باقی مانده است که می تواند با سرد کردن محصول تا دمای کمتر از دمای اتاق به مارتنزیت تبدیل شود. اساساً، این درمان سرد (پیشنهاد شده در سال 1937 توسط A.P. Gulyaev) خنک کننده خاموش کننده را که در دمای اتاق قطع شده بود ادامه می دهد.

بسیاری از محصولات باید دارای سختی سطح بالا، استحکام لایه سطحی بالا و هسته سخت باشند. این ترکیب از خواص روی سطح و داخل محصول با سخت شدن سطحی حاصل می شود. برای سخت شدن سطح یک محصول فولادی، لازم است که بالای نقطه Ac3 فقط لایه سطحی با ضخامت معین گرم شود. این گرمایش باید سریع و فشرده انجام شود تا هسته به دلیل هدایت حرارتی نیز گرم نشود تا ...

فولاد سخت شدهیک عملیات عملیات حرارتی است که در آن قطعات فولادی تا دمای کمی بالاتر از دمای بحرانی گرم می شوند، در این دما حفظ می شوند و سپس به سرعت در آب یا روغن سرد می شوند.

مبانی هدف از سخت شدن- بدست آوردن فولادی با سختی، استحکام، مقاومت در برابر سایش و سایر خواص. کیفیت سخت شدنبستگی به دما و نرخ گرمایش، زمان نگهداری و سرعت سرمایش دارد.

دمای حرارت برای سخت شدن برای اکثر فولادها، از جمله فولادهای آلیاژی، با موقعیت نقاط بحرانی A c1 و A c3 تعیین می شود. برای فولادهای کربنی دمای خاموش کردنبه راحتی می توان از نمودار آهن و کربن تعیین کرد.

فولادهای پرسرعت، ضد زنگ و سایر فولادهای ویژه در دماهای حرارتی بالاتر نسبت به فولادهای ساختاری و ابزار آلیاژ کربن و کم آلیاژ سخت می شوند. به عنوان مثال، برای فولاد ضد زنگ درجه 4X13، دمای سخت شدن 1050 - 1100 درجه سانتیگراد در نظر گرفته می شود.

نرخ گرمایش

رسانه خاموش کننده

نرخ خنک کننده فولاد بسته به رسانه خاموش کننده

جدول نشان می دهد که در محلول آبی 10 درصد سود سوزآور یا نمک خوراکی، سرعت خنک شدن فولاد در ناحیه تبدیل تروستیت (600-600 درجه سانتیگراد) دو برابر سرعت خنک شدن در آب شیرین است. در منطقه تحولات مارتنزیتی (300-200 درجه سانتیگراد)، نمک و آب شیرین فولاد را تقریباً به طور مساوی خنک می کنند. این مزیت محلول های آبی نمک در عمل عملیات حرارتی استفاده می شود. با این حال، متخصصان حرارتی اغلب از محلول 5-10٪ نمک خوراکی استفاده می کنند، زیرا فولاد را خورده نمی کند و مانند چربی زدایی سود سوزآور (سودآور) روی دست کارگران اثر نمی گذارد.

برای سخت شدن ابزارهای ساخته شده از فولادهای U10 و U12، محلول های آبی معمولاً تا 30 درجه سانتیگراد گرم می شوند تا تاب برداشتن قطعات فولادی کاهش یابد.

برخلاف آب، توانایی سخت شدن روغن بستگی کمی به دما دارد و سرعت خنک شدن در روغن چندین برابر کمتر از آب است. لذا جهت کاهش تنش و جلوگیری از ایجاد ترک های کوئنچینگ برای کوئنچ فولادهای آلیاژی با رسانایی حرارتی کمتر نسبت به فولادهای کربنی از روغن معدنی – دوک شماره ۲ و ۳ استفاده می شود.در صورت عدم وجود روغن توصیه می شود از روغن معدنی استفاده شود. آب گرم (80 درجه سانتیگراد).

برای به دست آوردن نتایج پایدار هنگام سخت شدن، لازم است از یک نوع روغن استفاده شود، به طور دوره ای آن را تغییر دهید یا تازه کنید.

لازم به ذکر است که در طی فرآیند خنک سازی در هنگام کوئنچ در آب، یک رسانای حرارتی در اطراف قطعات تشکیل می شود و سرعت خنک شدن فولاد به شدت کاهش می یابد. علاوه بر این، ژاکت بخار سختی فولاد را مختل می کند و منجر به ظاهر شدن لکه های نرم روی سطح قطعات سخت شده و گاهی اوقات ترک می شود. بنابراین، ترمیست های با تجربه معمولاً قطعات را در آب در گردش سخت می کنند و به طور مداوم آنها را در جهت عمودی یا افقی حرکت می دهند.

استرس های داخلی

در طی فرآیند عملیات حرارتی به دلیل عدم همزمانی دگرگونی ها و انبساط و فشرده سازی حرارتی، تنش های داخلی در نقاط مختلف قطعه کار ایجاد می شود. تنش ها می توانند نه تنها از حد الاستیک یا حد تسلیم، بلکه از مقاومت در برابر شکست نیز فراتر رود. در حالت دوم، تنش های داخلی باعث ایجاد ترک و یا حتی تخریب قطعه می شود.

تنش های داخلی می تواند دو نوع باشد - حرارتی و ساختاری. تنش های داخلی حرارتی به دلیل ناهمواری و سرد شدن سطح قطعه و لایه های داخلی آن به وجود می آیند.

اگر قطعه دارای سطح مقطع جامد باشد، در طول هر سرد شدن سطح سریعتر سرد می شود و هسته کندتر سرد می شود. در نتیجه در هنگام سرد شدن، قطعه در نقاط مختلف مقطع دارای دماهای متفاوت و حجم های خاص متفاوت خواهد بود. این اختلاف دما بیشتر خواهد بود، هر چه میزان خنک کننده روی سطح با سرعت خنک کننده در مرکز قطعه متفاوت باشد.

فولادهای آلیاژی با کروم، مولیبدن و تنگستن رسانایی حرارتی کمتری نسبت به فولادهای کربنی دارند و در هنگام سخت شدن، سرعت سرد شدن آنها در سطح قطعه و در مرکز بسیار بالا خواهد بود.

برای کاهش سرعت سرمایش در هنگام سخت شدن و کاهش تنش در آنها، چنین قطعات فولادی آلیاژی فقط در روغن یا جریان هوا تحت خنک شدن آهسته قرار می گیرند.

تنش‌های داخلی سازه نیز مانند تنش‌های حرارتی به دلیل تغییر شکل‌های غیرهم‌زمان در حین سرد شدن فلز و در اثر تغییر شکل‌های ساختاری مختلف در نقاط مختلف برش قطعه ایجاد می‌شوند.

بنابراین، هنگام خنک کردن فولاد پر کربن که در بالای نقطه بحرانی گرم می شود، آستنیت به مارتنزیت تبدیل می شود و این دگرگونی ها با تغییر حجم همراه است (تشکیل مارتنزیت همیشه باعث افزایش حجم می شود). لایه‌های سطحی، جایی که دگرگونی‌ها در هنگام سرد شدن زود به پایان می‌رسند، تنش‌های کششی را از ناحیه میانی که تحولات در آن ادامه می‌یابد، تجربه می‌کنند. با گذشت زمان، دگرگونی ها لایه های عمیق تری را در قسمت پوشش می دهند و به هسته می رسند. اما این دگرگونی ها در هسته توسط لایه های خنک شده بیرونی جلوگیری می شود. در نتیجه، تنش های فشاری در هسته افزایش می یابد و از سطح، ممان کششی بیشترین اختلاف تنش همیشه خطرناک است، زیرا اغلب باعث ایجاد ترک در فلز می شود. مشخص شده است که ترک ها نه در اثر تنش های فشاری، بلکه در اثر تنش های کششی ایجاد می شوند.

مقدار تنش های پسماند تحت تأثیر عوامل متعددی قرار می گیرد. مهمترین آنها عبارتند از: خواص فولاد (سختی پذیری، دمای تبدیل مارتنزیتی، ضریب انبساط خطی)، محیط و شرایط خنک کننده و همچنین شکل و اندازه قطعه.

روش های سخت شدن

روش‌های کوئنچ به معنای روش‌های خنک‌سازی قطعات در یک مخزن کوئنچ و انتخاب خنک‌کننده کوئنچ برای به دست آوردن ساختار فلزی معین است. هرچه شکل قطعه پیچیده تر باشد، باید با جدیت بیشتری به انتخاب خنک کننده آن نزدیک شوید. انتقال های شدید در بخش های قطعات به روش های مختلف سخت شدن و تمرکز تنش های داخلی کمک می کند. بنابراین باید روشی برای سخت شدن انتخاب کرد که قطعات با سختی خوب، ساختار مورد نیاز و بدون ترک به دست آیند.

روش‌های اصلی سخت‌کاری فولاد عبارتند از: سخت‌کاری در یک کولر، در دو محیط، سخت‌کاری جت، سخت‌کاری خود، سخت‌کاری پله‌ای و سخت‌کاری همدما.

کوئنچ در یک کولر- ساده ترین و رایج ترین روش. قسمتی که تا دمای کوئنچ گرم می شود در مایع خاموش کننده غوطه ور می شود و در آنجا باقی می ماند تا کاملاً خنک شود. این روش هنگام سخت شدن قطعات ساده ساخته شده از فولادهای کربنی و آلیاژی استفاده می شود. قطعات ساخته شده از فولادهای کربنی در آب خنک می شوند (به استثنای قطعاتی که قطر آنها از 3-5 بیشتر نباشد. میلی متر)؛و قطعات ساخته شده از فولادهای آلیاژی در روغن هستند. این روش همچنین می تواند برای سخت شدن مکانیزه استفاده شود، زمانی که قطعات به طور خودکار از واحد به مایع سخت کننده جریان می یابد.

برای فولادهای پر کربن، این روش سخت شدن غیرقابل قبول است، زیرا تنش های داخلی زیادی در طول فرآیند سخت شدن ایجاد می شود. فولادهای پر کربن با سرد شدن سخت می شوند، یعنی قسمت گرم شده قبل از سرد شدن مدتی در هوا نگه داشته می شود. این باعث کاهش تنش های داخلی در قطعات و جلوگیری از ترک خوردن آنها می شود.

سخت شدندر دو محیط یا سخت شدن متناوب، روشی است که در آن قطعه ابتدا در یک محیط خنک کننده سریع - آب سرد می شود و سپس به یک محیط خنک کننده کند - روغن منتقل می شود. . برای سخت کردن ابزارهای ساخته شده از فولاد پر کربن استفاده می شود.

عیب سخت شدن متناوب این است که تعیین زمان ماندن قطعه در خنک کننده اول دشوار است، زیرا بسیار ناچیز است (1 ثانیه برای هر 5-6 میلی مترقطر یا ضخامت قطعه). قرار گرفتن بیش از حد در معرض آب منجر به افزایش تاب خوردگی و ترک خوردن می شود.

استفاده از سخت شدن متناوب مستلزم صلاحیت و تجربه بالا از ترمیست است.

رگه دارسخت شدنبا خنک کردن قطعات گرم شده تا دمای سخت شدن با جریان آب انجام می شود. از این روش برای سخت شدن سطوح داخلی، قالب های برآمده، قالب ها و سایر ابزارهای مهر زنی استفاده می شود که سطح کار آنها باید دارای ساختار مارتنزیت باشد.

با کوئنچ جت، یک ژاکت بخار تشکیل نمی شود، که سخت شدن عمیق تر را نسبت به کوئنچ ساده در آب تضمین می کند. سرعت سرمایش به دما، فشار آب، قطر و تعداد سوراخ‌های اسپری و زاویه ایجاد شده توسط جت آب با سطح خنک‌شده قطعه بستگی دارد.

سخت شدنبا خود مرخصی- این روشی است که شامل نگهداری قطعات در یک محیط خنک کننده تا زمانی است که کاملاً خنک شوند، یعنی در یک نقطه خاص، خنک شدن متوقف شود تا گرمای لازم برای خود ترم شدن در هسته قطعه حفظ شود. این نکته به صورت تجربی ایجاد شده است، بنابراین کیفیت عملیات حرارتی تا حد زیادی به مهارت متخصص عملیات حرارتی بستگی دارد.

کنترل دمای تمپر با این روش سخت شدن توسط رنگ های تیره ای که روی سطح روشن قطعه ظاهر می شود انجام می شود. ظهور رنگ های تیره در دمای 200-300 درجه سانتیگراد با تشکیل یک لایه اکسید نازک بر روی سطح فولاد توضیح داده می شود که رنگ آن به ضخامت آن بستگی دارد. به عنوان مثال، در مدت زمان کوتاهی در دمای 220 درجه سانتی گراد، فولاد با لایه ای از اکسید به ضخامت 400-450 آنگستروم پوشانده می شود که رنگ زرد روشنی به سطح می دهد.

کوئنچ با خود تلطیف فقط برای سخت شدن ابزار ضربه ای - اسکنه، بیت، هسته و غیره استفاده می شود، زیرا سختی چنین ابزاری باید به طور یکنواخت و به تدریج کاهش یابد (از قسمت کار تا قسمت دم).

قدم گذاشتسخت شدن- این روشی است که در آن قطعات گرم شده در یک محیط خنک کننده به آرامی خنک می شوند (به عنوان مثال، نمک مذاب، روغن داغ) که دمای یک فولاد معین بالاتر از نقطه مارتنزیتی دارد. M n.در طول یک قرار گرفتن در معرض کوتاه در یک محیط گرم (روغن)، دما یکسان می شود و این قبل از شروع تبدیل مارتنزیتی رخ می دهد. پس از این، یک خنک کننده نهایی معمولاً آهسته انجام می شود که در طی آن قطعه سخت می شود.

سخت شدن پله ای به کاهش تنش های داخلی که به دلیل سرعت کم خنک کننده ایجاد می شود کمک می کند. در نتیجه تغییر شکل قطعات کاهش یافته و احتمال ایجاد ترک های سخت شدنی تقریبا به طور کامل از بین می رود.

سخت کاری مرحله ای در تولید انبوه به ویژه در ساخت ابزار کاربرد فراوانی دارد. این به شما امکان می دهد قطعات را در حالت گرم صاف و صاف کنید ، زیرا در لحظه تبدیل فولاد دارای شکل پذیری بالایی است.

برای سخت شدن گام به گام، توصیه می شود از فولادهای کربنی و آلیاژی با سخت شدن عمیق گریدهای 9ХС، ХГ، ХВГ و غیره استفاده شود.

همدماسخت شدن- این روشی است که شامل گرم کردن قطعات تا دمای معین و خنک کردن آن در یک محیط همدما تا 220-350 درجه سانتیگراد است که کمی بالاتر از دمایی است که در آن تبدیل مارتنزیتی شروع می شود.

قرار گرفتن در معرض قطعات در یک محیط کوئنچ در طول چنین خاموشی باید برای تبدیل کامل آستنیت به تروستیت سوزنی کافی باشد. پس از این، خنک کننده هوا رخ می دهد. با سخت شدن همدما، زمان نگهداری در دمای پله به طور قابل توجهی بیشتر از سخت شدن مرحله ای است.

محیط های خاموش کننده برای سخت شدن همدما مانند سخت شدن مرحله ای است. پس از سخت شدن همدما، فولاد سختی بالا و چقرمگی بالاتری به دست می آورد.

هنگام سخت شدن همدما، به سرعت خنک کننده به اندازه کافی بالا و یکنواخت نیاز است که با استفاده از حمام هایی با یک محیط خاموش کننده به شدت مخلوط به دست می آید.

سخت شدن همدما در عملیات حرارتی زمانی استفاده می شود که نیاز به دستیابی به قطعاتی با حداکثر استحکام، شکل پذیری و چقرمگی کافی باشد. برای فولادهایی که پایداری آستنیتی پایینی در ناحیه نگهدارنده همدما دارند، استفاده از سختی همدما توصیه می شود.

عیوبی که در هنگام سخت شدن ایجاد می شود.در طول فرآیند سخت شدن، زمانی که فولاد سرد می شود، تنش های داخلی در نتیجه تغییرات ساختاری و تغییرات حجم فلز ظاهر می شود. این تنش ها منجر به عیوب زیر می شود: ترک خوردگی، تغییر شکل و تاب برداشتن، تغییر در حجم فولاد، کربن زدایی و اکسیداسیون، لکه های نرم، سختی کم و گرمای بیش از حد.

سخت شدنترک ها- این یک نقص جبران ناپذیر است که در طی عملیات حرارتی ایجاد می شود. در قطعات بزرگ مانند قالب‌ها و قالب‌های فورج، ترک‌های کوئنچ ممکن است حتی زمانی که در روغن کوئنچ می‌شوند ظاهر شوند. بنابراین، توصیه می شود که چنین قطعاتی را در دمای 150 تا 200 درجه سانتیگراد خنک کنید و سپس به سرعت گرم کنید.

ترک ها به دلیل گرمایش نامناسب (گرمای بیش از حد)، سرعت خنک کنندگی بالا و ترکیب شیمیایی نامناسب فولاد ایجاد می شود.

ترک های سخت شدن نیز به دلیل طراحی نامناسب قطعات، انتقال تیز، آثار ناهموار باقی مانده پس از ماشین کاری، گوشه های تیز، دیواره های نازک و غیره رخ می دهد.

ترک های سخت شونده اغلب زمانی به وجود می آیند که قطعات به سرعت سرد یا گرم می شوند و در نتیجه تنش های داخلی در قطعات ایجاد می شود. این اغلب هنگام سخت شدن فولادهای آلیاژی مشاهده می شود. بنابراین قطعات ساخته شده از این فولادها نسبت به فولادهای کربنی کندتر و به طور یکنواخت گرم می شوند.

ترک های سخت کننده معمولاً در گوشه های قطعات قرار دارند و ظاهری کمانی یا پرپیچ و خم دارند.

در عمل کارخانه اغلب با ترک های سطحی مواجه می شود که معمولاً به صورت شبکه ای پیوسته یا شکسته قرار می گیرند. چنین ترک هایی در طول فرآیند سخت شدن سطح هنگام گرم شدن با جریان های فرکانس بالا یا سخت شدن شعله گاز، زمانی که خنک سازی با آب خیلی سرد انجام می شود و همچنین زمانی که فلز بیش از حد گرم می شود، رخ می دهد.

ترک های سطحی می تواند نه تنها در طی عملیات حرارتی، بلکه در هنگام سنگ زنی قطعات سخت شده در صورتی که به درستی تمپر نشده باشند، رخ دهد.

تلطیف یکنواخت پس از سخت شدن و شرایط صحیح آسیاب، بروز ترک را کاملاً از بین می برد.

برای جلوگیری از آسیب، نواحی (قطعاتی) از قسمت هایی که معمولاً ترک ها ظاهر می شوند با طناب آزبست پیچیده شده و با خاک رس نسوز پوشانده می شوند. اجرای دقیق رژیم های سختی فنی می تواند تعداد قطعات معیوب را به حداقل برساند.

تغییر شکلو تاب برداشتنقطعات در نتیجه تغییر شکل ساختاری ناهموار و حجمی مرتبط و بروز تنش های داخلی در حین خنک سازی رخ می دهند.

هنگام سخت شدن فولاد، تاب خوردگی در بسیاری از موارد بدون تغییرات حجمی قابل توجه، در نتیجه گرمایش و سرد شدن ناهموار قطعات رخ می دهد. اگر مثلاً قسمتی با سطح مقطع کم و طول زیاد فقط از یک طرف گرم شود، خم می شود، طرف گرم شده در اثر انبساط حرارتی کشیده و محدب می شود و طرف مقابل مقعر می شود. با خنک کردن یک طرفه در طول فرآیند کوئنچ (به ویژه در آب)، قسمتی که به سرعت خنک می شود به دلیل فشرده سازی حرارتی مقعر می شود و سمت عقب محدب می شود. بنابراین، قطعات باید در هنگام سخت شدن به طور یکنواخت گرم و سرد شوند.

روش خنک کننده تأثیر زیادی بر تغییر شکل دارد. بنابراین هنگام غوطه ور کردن قطعات و ابزار در محیط کوئنچ باید شکل و ابعاد آنها را در نظر گرفت. به عنوان مثال، قطعات با قطعات ضخیم و نازک ابتدا با قسمت ضخیم، قسمت های محوری بلند (پیچ های سربی، میله ها، بروشک ها، مته ها، شیرها و غیره) - در حالت کاملا عمودی، و قطعات صاف نازک در محیط خاموش کننده غوطه ور می شوند. (دیسک)، برش برش، صفحات و غیره) - لبه.

وسایلی که به درستی انتخاب و ساخته شده اند برای کاهش تغییر شکل و تاب برداشتن قطعات بسیار مهم هستند.

برای گازسوز کردن و نیتروکربوریزه کردن چرخ دنده ها، اسپلین و غلتک های دنده، پین های پیستون، قطعات متقاطع و سایر قسمت های پیکربندی ساده و پیچیده، از دستگاه های خاص و جهانی استفاده می شود.

برای سیمان کردن پین های فنری از دستگاه های سوراخ دار استفاده می شود.

غلتک‌های دنده معمولاً تحت عملیات شیمیایی-حرارتی در فیکسچرهای جهانی قرار می‌گیرند.

در تولید انبوه، برای هر قسمت یراق آلات مخصوص ساخته می شود. هزینه تولید آنها به سرعت جواب می دهد. در تولید انبوه، وقتی دسته‌های بزرگی از قطعات مختلف پردازش می‌شوند، داشتن وسایل جهانی مقرون به صرفه‌تر است.

دستگاه ها از آلیاژ مقاوم در برابر حرارت X18N25S2 ریخته گری و جوش داده شده اند.

بسیاری از قطعات - چرخ دنده ها، دیسک ها، صفحات در پرس های مخصوص در قالب ها سخت می شوند تا از تاب برداشتن جلوگیری شود.

کربن زداییعمدتاً هنگام گرم شدن در کوره های برقی و رسانه های مایع (حمام نمک) رخ می دهد. کربن زدایی یک ابزار جدی ترین عیب در هنگام سخت شدن است، زیرا عمر ابزار را چندین برابر کاهش می دهد. با این حال، مشاهده چنین نقصی در ساز تمام شده دشوار است.

در قطعات ساخته شده از فولادهای ساختاری، اکسیداسیون و کربن زدایی به راحتی هنگام ساخت ریز مقاطع تشخیص داده می شود.

نرملکه ها- اینها نواحی روی سطح یک قطعه یا ابزار با سختی کاهش یافته است. دلایل چنین نقصی ممکن است وجود رسوب و آلاینده‌ها بر روی سطح قطعات ناشی از تماس قطعات با یکدیگر در طی فرآیند خنک‌سازی در محیط کوئنچ، مناطقی با سطح بدون کربن یا حرکت سریع ناکافی قطعات باشد. قطعات موجود در محیط کوئنچ (ژاکت بخار). لکه های نرم با جت کوئنچ و آب نمک کاملا از بین می روند.

کمسختیاغلب در هنگام سخت شدن ابزار مشاهده می شود. دلایل سختی پایین عبارتند از: سرد شدن سریع ناکافی در محیط کوئنچ، دمای خاموش کردن پایین و زمان قرار گرفتن در معرض کوتاه در طول گرمایش برای خاموش کردن. برای رفع این عیب، ابتدا قطعات یا ابزارها در دمای 600-625 درجه سانتیگراد تحت حرارت زیاد و سپس سخت شدن معمولی قرار می گیرند.

بیش از حد گرم شودهنگامی که خاموش می شود، ساختاری درشت دانه با شکستگی براق ایجاد می کند و در نتیجه خواص مکانیکی فولاد را بدتر می کند. برای پالایش دانه و آماده سازی ساختار برای سخت شدن مجدد، فولاد فوق گرم باید آنیل شود.

گرمای کماگر دمای خاموش شدن زیر نقطه بحرانی باشد به دست می آید یک C3- برای فولادهای هیپویوتکتوئیدی و و با- فولادهای هایپریوتکتوئیدی

هنگامی که کمتر گرم می شود، ساختار فولاد سخت شده از دانه های مارتنزیت و فریت تشکیل می شود که سختی پایینی دارند.

گرمای کم را می توان با بازپخت و سپس سخت شدن معمولی اصلاح کرد.

فولادهای پرسرعت، ضد زنگ و سایر فولادهای ویژه در دماهای حرارتی بالاتر نسبت به فولادهای ساختاری و ابزار آلیاژ کربن و کم آلیاژ سخت می شوند. به عنوان مثال، برای فولاد ضد زنگ درجه 4X13، دمای سخت شدن 1050 - 1100 درجه سانتیگراد در نظر گرفته می شود.

فولاد پرسرعت P18 در دمای 1260 - 1280 درجه سانتیگراد (برای ابزارهایی با قطر 10 - 15 میلی متر - مته ها، ریمرها و غیره) و 1280 - 1300 درجه سانتیگراد (برای ابزارهای ساده - برش) سخت می شود. ). چنین دمای حرارتی بالایی برای سخت شدن فولاد با سرعت بالا به منظور حل کامل کاربیدهای اضافی و تبدیل آنها به محلول جامد کروم، تنگستن، وانادیم و سایر عناصر آلیاژی که فولاد را تشکیل می دهند، ضروری است.

نرخ گرمایش. گرمایش فولاد نه تنها با میزان مجاز، بلکه با نرخ گرمایش ممکن نیز تعیین می شود. سرعت مجاز باید به گونه ای باشد که گرمایش باعث ایجاد تنش های زیاد و ایجاد ترک در قطعات نشود.

میزان گرمایش به شکل قطعات، نوع کوره های گرمایش و محیط گرمایش بستگی دارد. به عنوان مثال، توپ سه بار گرم می شود، و سیلندر - دو برابر کندتر از صفحه. با افزایش نرخ گرمایش، عملکرد کوره ها و واحدهای گرمایشی نیز افزایش می یابد.

میزان حرارت دادن به محل قرارگیری قطعات در فر نیز بستگی دارد. اگر قطعات محکم در کنار یکدیگر قرار گیرند و دسترسی لازم به گرما را مختل کنند، گرم شدن آنها به زمان بیشتری نیاز دارد.

برای محاسبه زمان گرمایش قطعات، ترمیست ها معمولا از نقشه های تکنولوژیکی استفاده می کنند.

نقشه فن آوری شامل فهرستی از کلیه عملیات پردازش یک قسمت یا گروهی از قطعات است که اطلاعات دقیق مربوط به این عملیات (دما، زمان نگهداری، محیط خنک کننده و دما و دستگاه های مورد استفاده را نشان می دهد).

میانگین زمان گرمایش قطعات کربن فولادی برای سخت شدن در محیط های مختلف.

زمان گرم شدن قطعات برای سخت شدن در محیط های مختلف

برای انجام هر فرآیند عملیات حرارتی حرارتی، نه تنها باید فلز را تا یک دمای معین گرم کرد، بلکه باید آن را در این دما تا زمان تبدیل کامل ساختاری (انحلال کاربیدها، همگن شدن آستنیت) و گرم شدن کامل قطعات حفظ کرد. . بنابراین، کل زمان اقامت قطعات در محیط گرمایش شامل زمان گرمایش و زمان نگهداری است.

رسانه خاموش کنندهبرای خنک کردن قطعات فولادی در حین کوئنچ معمولاً از محیط های خاموش کننده مختلفی استفاده می شود: آب، محلول های نمک آبی، نمک های مذاب، روغن های معدنی و غیره. محیط های کوئنچ از نظر خواص فیزیکی به شدت با یکدیگر متفاوت هستند، یعنی گرما را با شدت های مختلف از قطعات گرم شده خارج می کنند. برای سخت شدن

بهترین محیط خاموش کننده آن است که فولاد را به سرعت در محدوده دمایی 650-500 درجه سانتیگراد (منطقه با حداقل پایداری آستنیت) و به آرامی - زیر 300-200 درجه سانتیگراد (منطقه تبدیل مارتنزیتی) خنک کند. با این حال، هنوز یک محیط خاموش کننده واحد و جهانی وجود ندارد، بنابراین در عمل از رسانه های مختلف استفاده می شود.

یکی از متداول ترین روش های عملیات حرارتی فلزات، سخت کاری فولاد است. با کمک سخت شدن است که ویژگی های مورد نیاز محصول نهایی شکل می گیرد و اجرای نادرست آن می تواند منجر به نرمی بیش از حد فلز (سخت نشدن) یا شکنندگی بیش از حد آن (گرم شدن بیش از حد) شود. مقاله ما در مورد سخت شدن مناسب چیست و برای رسیدن به آن چه باید کرد صحبت خواهد کرد.

سخت شدن فلز چیست؟

آهنگران باستانی می دانستند که تأثیر دمای بالا بر فلز می تواند ساختار و خواص آن را تغییر دهد و به طور فعال از آن در عمل استفاده کردند. متعاقباً از نظر علمی ثابت شد که سخت شدن محصولات ساخته شده از فولاد که شامل گرمایش و متعاقباً خنک‌سازی فلز می‌شود، می‌تواند به طور قابل توجهی ویژگی‌های مکانیکی محصولات نهایی را بهبود بخشد، عمر مفید آنها را به میزان قابل توجهی افزایش دهد و حتی در نهایت وزن آنها را با افزایش استحکام کاهش دهد. قسمت نکته قابل توجه این است که سخت شدن قطعات ساخته شده از فولاد ارزان قیمت این امکان را فراهم می کند که ویژگی های مورد نیاز را به آنها داده و به جای آلیاژهای گران تر، با موفقیت از آنها استفاده شود.

منظور از فرآیندی که به آن سخت شدن محصولات آلیاژی فولادی می گویند، حرارت دادن فلز تا دمای بحرانی و سپس خنک شدن آن است. هدف اصلی این فناوری عملیات حرارتی افزایش سختی و استحکام فلز و در عین حال کاهش انعطاف پذیری آن است.

انواع مختلفی از سخت شدن و تمپر کردن متعاقب آن وجود دارد که در حالت اجرا متفاوت است که نتیجه نهایی را تعیین می کند. حالت های سخت شدن شامل دمای گرمایش، زمان و سرعت اجرای آن، مدت زمانی که قطعه در حالت گرم شده تا دمای معین قرار می گیرد و سرعت انجام خنک سازی می باشد.

مهمترین پارامتر دمای گرمایش است که با رسیدن به آن شبکه اتمی دوباره مرتب می شود. به طور طبیعی، برای گریدهای مختلف فولاد، مقدار دمای بحرانی متفاوت است، که اول از همه به سطح محتوای کربن و ناخالصی‌های مختلف در ترکیب آنها بستگی دارد.

پس از سخت شدن، هم سختی و هم شکنندگی فولاد افزایش می یابد و لایه ای از رسوب در سطح آن ظاهر می شود که مقدار قابل توجهی کربن از دست داده است. ضخامت این لایه باید هنگام محاسبه کمک هزینه برای پردازش بیشتر قطعه در نظر گرفته شود.

هنگام سخت شدن محصولات ساخته شده از آلیاژهای فولادی، اطمینان از سرعت خنک شدن معین قطعه بسیار مهم است، در غیر این صورت ساختار اتمی فلز که قبلاً مرتب شده است ممکن است به حالت میانی برود. در همین حال، سرد شدن بیش از حد سریع نیز نامطلوب است، زیرا می تواند منجر به ایجاد ترک بر روی قطعه یا تغییر شکل آن شود. برای جلوگیری از ایجاد چنین عیوب، سرعت خنک شدن پس از کاهش دمای فلز گرم شده تا 200 درجه سانتیگراد تا حدودی کاهش می یابد.

برای گرم کردن قطعات ساخته شده از فولاد کربنی از کوره های محفظه ای استفاده می شود که می توانند تا 800 درجه سانتیگراد گرم شوند. برای سخت شدن درجات خاصی از فولاد، دمای بحرانی می تواند 1250-1300 درجه سانتیگراد باشد، بنابراین قطعات ساخته شده از آنها در نوع دیگری از کوره گرم می شوند. راحتی سخت شدن فولاد این گریدها در این واقعیت نهفته است که محصولات ساخته شده از آنها در هنگام سرد شدن در معرض ترک خوردن قرار نمی گیرند که این امر نیاز به پیش گرم شدن را از بین می برد.

شما باید برای سفت کردن قطعات پیکربندی پیچیده که دارای لبه های نازک و انتقال تیز هستند، رویکردی بسیار مسئولانه داشته باشید. برای جلوگیری از ترک خوردن و تاب برداشتن این گونه قطعات در حین فرآیند گرمایش باید در دو مرحله انجام شود. در مرحله اول، چنین قسمتی از قبل تا 500 درجه سانتیگراد گرم می شود و تنها پس از آن دما به مقدار بحرانی می رسد.

برای سخت شدن با کیفیت بالا فولادها، نه تنها از سطح گرمایش بلکه از یکنواختی آن نیز اطمینان حاصل شود. اگر قطعه عظیم باشد یا دارای پیکربندی پیچیده باشد، می توان از گرمایش یکنواخت فقط در چندین روش اطمینان حاصل کرد. در چنین مواردی گرمایش با دو تاخیر انجام می شود که لازم است تا دمای بدست آمده به طور مساوی در کل حجم قطعه توزیع شود. در صورت قرار دادن همزمان چند قسمت در فر، زمان گرم شدن کل نیز افزایش می یابد.

چگونه از تشکیل رسوب و دفع کربن در هنگام کوئنچ جلوگیری کنیم

بسیاری از قطعات فولادی پس از اتمام کار سخت می شوند. در چنین مواردی غیر قابل قبول است که سطح قطعات کربن زدایی شده و یا بر روی آن رسوب ایجاد شود. روش هایی برای سخت شدن محصولات فولادی وجود دارد که از بروز چنین مشکلاتی جلوگیری می کند. سخت شدن، انجام شده در یک محیط گاز محافظ، که به داخل حفره کوره گرمایش تزریق می شود، را می توان به عنوان پیشرفته ترین این روش ها طبقه بندی کرد. باید در نظر داشت که این روش فقط در صورتی استفاده می شود که کوره گرمایشی کاملاً مهر و موم شده باشد.

عکس لحظه هیدروبیتینگ در کارخانه نورد گرم - رسوب زدایی را نشان می دهد

یک راه ساده تر برای جلوگیری از کربن زدایی سطح فلز در حین سخت شدن، استفاده از براده های چدنی و کاربورایزر استفاده شده است. به منظور محافظت از سطح قطعه هنگام گرم شدن، آن را در ظرف مخصوصی قرار می دهند که قبلاً این اجزا در آن ریخته می شوند. برای جلوگیری از ورود هوای محیط به چنین ظرفی که می تواند باعث فرآیندهای اکسیداسیون شود، قسمت بیرونی آن را کاملاً با خاک رس می پوشانند.

اگر پس از سخت شدن فلز، نه در روغن، بلکه در حمام نمک سرد شود، باید به طور منظم (حداقل دو بار در هر شیفت) اکسید زدایی شود تا از کربن زدایی سطح قطعه و ظاهر شدن اکسید روی آن جلوگیری شود. اسید بوریک، نمک قهوه ای یا زغال چوب را می توان برای اکسید زدایی حمام نمک استفاده کرد. دومی معمولاً در یک شیشه مخصوص با درب قرار می گیرد که دیواره های آن سوراخ های زیادی دارد. چنین لیوانی را باید با احتیاط داخل حمام نمک فرو کرد زیرا در این لحظه شعله ای روی سطح آن شعله ور می شود که پس از مدتی خاموش می شود.

یک راه ساده برای بررسی کیفیت اکسید زدایی حمام نمک وجود دارد. برای انجام این کار، یک تیغه فولادی ضد زنگ معمولی در چنین حمامی برای چند دقیقه (3-5) گرم می شود. پس از حمام نمک، تیغه را در آب قرار می دهند تا خنک شود. اگر پس از چنین روشی تیغه خم نشود اما شکسته شود، پس اکسیداسیون حمام موفقیت آمیز بود.

فولاد خنک کننده در هنگام سخت شدن

اساس اکثر خنک کننده های مورد استفاده در سخت شدن محصولات فولادی آب است. مهم است که چنین آبی حاوی ناخالصی های نمک و مواد شوینده نباشد که می تواند به طور قابل توجهی بر سرعت خنک شدن تأثیر بگذارد. ظرف حاوی آب برای سخت شدن محصولات فلزی برای مقاصد دیگر توصیه نمی شود. همچنین توجه به این نکته مهم است که در طول فرآیند سخت شدن نمی توان از آب جاری برای خنک کردن فلز استفاده کرد. دمای مطلوب برای خنک کننده 30 درجه سانتیگراد است.

سخت شدن محصولات فولادی با استفاده از آب معمولی برای خنک کردن آنها دارای معایب قابل توجهی است. مهمترین آنها ترک خوردن و تاب برداشتن قطعات پس از سرد شدن است. به عنوان یک قاعده، این روش خنک کننده هنگام سیمان کاری فلز، سخت شدن سطح فولاد یا عملیات حرارتی قطعات یک پیکربندی ساده که بعداً در معرض تکمیل قرار می گیرند، استفاده می شود.

برای محصولات با اشکال پیچیده ساخته شده از فولادهای ساختاری، نوع دیگری از خنک کننده استفاده می شود - محلول سود سوزآور 50٪ که تا دمای 60 درجه سانتیگراد گرم می شود. پس از خنک شدن در چنین محلولی، فولاد سخت شده سایه روشن به دست می آورد.

هنگام کار با سود سوزآور، رعایت نکات ایمنی بسیار مهم است. هنگامی که یک قسمت داغ به یک محلول پایین می آید، بخارهایی تشکیل می شود که برای سلامتی انسان بسیار مضر است.

بهترین خنک کننده برای قطعات جدار نازک ساخته شده از فولادهای کربنی و محصولات ساخته شده از آلیاژهای آلیاژی، روغن های معدنی هستند که بدون توجه به شرایط محیطی، دمای خنک کننده ثابت (همدما) را فراهم می کنند. نکته اصلی که هنگام استفاده از چنین سیال فنی باید از آن اجتناب کرد، ورود آب به آن است که می تواند منجر به ترک خوردن قطعات در طول فرآیند خنک کننده شود. با این حال، اگر آب وارد چنین خنک‌کننده‌ای شود، می‌توان آن را به راحتی با حرارت دادن روغن تا دمای بالاتر از نقطه جوش آب از آن خارج کرد.

گرم کردن فولاد با استفاده از روغن به عنوان خنک کننده دارای معایب قابل توجهی است که قطعاً باید از آنها آگاه باشید. هنگامی که روغن با قسمت داغ تماس پیدا می کند، بخارهایی آزاد می شود که برای سلامتی انسان مضر است، علاوه بر این، روغن ممکن است در این لحظه آتش بگیرد. حمام روغن نیز دارای ویژگی های زیر است: پس از استفاده از آن، پسماند روی قطعات باقی می ماند و خود خنک کننده با گذشت زمان کارایی خود را از دست می دهد.

همه این عوامل باید در هنگام سخت شدن فلزات در محیط روغن در نظر گرفته شود و اقدامات ایمنی زیر باید انجام شود:

• قطعات را در حمام روغن با استفاده از انبر با دسته های بلند غوطه ور کنید.
• تمام کارها باید در یک ماسک مخصوص ساخته شده از شیشه سکوریت و دستکش ساخته شده از پارچه ضخیم با خواص مقاوم در برابر آتش یا چرم خشن انجام شود.
• با لباس کار ساخته شده از پارچه ضخیم مقاوم در برابر آتش، به طور قابل اعتماد از شانه ها، گردن، سینه خود محافظت کنید.

برای سخت شدن درجات خاصی از فولاد، خنک سازی با استفاده از جریان هوای ایجاد شده توسط یک کمپرسور خاص انجام می شود. بسیار مهم است که هوای خنک کننده کاملاً خشک باشد، زیرا رطوبت موجود در آن می تواند باعث ترک خوردن سطح فلز شود.

روش هایی برای سخت شدن فولاد وجود دارد که از خنک سازی ترکیبی استفاده می کنند. آنها برای خنک کردن قطعات ساخته شده از فولادهای کربنی که دارای ترکیب شیمیایی پیچیده هستند استفاده می شوند. ماهیت چنین روش های سخت شدن این است که ابتدا قسمت گرم شده در آب قرار می گیرد، جایی که در مدت زمان کوتاهی (چند ثانیه) دمای آن به 200 درجه کاهش می یابد، خنک شدن بیشتر قطعه در حمام روغن انجام می شود، جایی که باید انجام شود. خیلی سریع جابجا شود

انجام سفت کاری و تمپرینگ قطعات فولادی در منزل

عملیات حرارتی محصولات فلزی از جمله سخت شدن سطحی فولاد، نه تنها باعث افزایش سختی و استحکام آلیاژ می شود، بلکه تنش های داخلی ساختار آن را نیز به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. برای رفع این تنش ها که می تواند منجر به شکستگی قطعه در حین کار شود، باید محصول فولادی را رها کرد.

باید در نظر داشت که چنین عملیات فن آوری منجر به کاهش جزئی در سختی فولاد می شود، اما شکل پذیری آن را افزایش می دهد. برای انجام تمپر که ماهیت آن کاهش تدریجی دمای قسمت گرم شده و حفظ آن در دمای معین است، از کوره، حمام نمک و روغن استفاده می شود.

دمایی که در آن تلطیف انجام می شود برای درجه های مختلف فولاد متفاوت است. بنابراین، تمپر آلیاژهای پرسرعت در دمای 540 درجه سانتیگراد انجام می شود و برای فولادهای با سختی HRC 59-60، 150 درجه کافی است. آنچه معمول است این است که وقتی آلیاژهای پرسرعت تمپر می شوند، سختی آنها حتی افزایش می یابد و در حالت دوم سطح آن کاهش می یابد، اما شاخص شکل پذیری به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

سخت شدن و تمپر کردن محصولات فولادی، از جمله انواع فولاد ضد زنگ، در صورت نیاز، کاملاً قابل قبول است (و علاوه بر این، اغلب در خانه انجام می شود). در چنین مواردی می توان از اجاق های برقی، فر و حتی ماسه داغ برای گرم کردن محصولات فولادی استفاده کرد. دمایی که محصولات فولادی باید در چنین مواردی گرم شوند را می توان با استفاده از جداول مخصوص انتخاب کرد. قبل از سفت شدن یا تمپر کردن محصولات فولادی، سطح آنها باید کاملاً عاری از خاک، آثار روغن و زنگ باشد.

پس از تمیز کردن، محصول فولادی باید گرم شود تا به طور یکنواخت قرمز شود. برای گرم کردن آن به چنین حالتی، باید گرمایش را در چندین رویکرد انجام داد. پس از به دست آمدن حالت لازم، محصول حرارت داده شده را باید در روغن سرد کرده و بلافاصله در فری که از قبل با دمای 200 درجه سانتیگراد گرم شده قرار دهید. سپس باید به تدریج دمای فر را کاهش دهید و آن را به 80 درجه سانتیگراد برسانید.

این فرآیند معمولا یک ساعت طول می کشد. خنک سازی بیشتر باید در هوای آزاد انجام شود، به استثنای تنها محصولات ساخته شده از فولادهای کروم نیکل، که برای کاهش دما از حمام روغن استفاده می شود. این به دلیل این واقعیت است که فولاد چنین گریدهایی وقتی به آرامی سرد می شود می تواند به اصطلاح شکنندگی مزاج را بدست آورد.

(رای: 5 ، میانگین امتیاز: 4,20 از 5)

عملیات حرارتی فولادها یکی از مهمترین عملیات در مهندسی مکانیک است که اجرای صحیح آن تعیین کننده کیفیت محصولات است. کوئنچ و تمپر کردن فولادها یکی از انواع عملیات حرارتی فلزات است.

اثرات حرارتی روی فلز خواص و ساختار آن را تغییر می دهد. این امکان افزایش خواص مکانیکی مواد، دوام و قابلیت اطمینان محصولات و همچنین کاهش اندازه و وزن مکانیزم ها و ماشین آلات را فراهم می کند. علاوه بر این، به لطف عملیات حرارتی، می توان از آلیاژهای ارزان تری برای ساخت قطعات مختلف استفاده کرد.

فولاد چگونه سخت شد

عملیات حرارتی فولاد شامل اعمال حرارت به فلز در شرایط خاص برای تغییر ساختار و خواص آن است.

عملیات عملیات حرارتی عبارتند از:

• بازپخت
• عادی سازی؛
• پیری؛
• سخت شدن فولاد و تمپرینگ فولاد (و غیره).

عملیات حرارتی فولاد: سخت شدن، تمپر - به عوامل زیر بستگی دارد:

• دمای گرمایش؛
• زمان گرمایش (سرعت)؛
• مدت زمان قرار گرفتن در معرض در یک دمای معین؛
• نرخ خنک کننده

سخت شدن

سخت شدن فولاد یک فرآیند عملیات حرارتی است که ماهیت آن گرم کردن فولاد تا دمای بالاتر از دمای بحرانی و به دنبال آن خنک شدن سریع است. در نتیجه این عملیات سختی و استحکام فولاد افزایش می یابد و شکل پذیری کاهش می یابد.

هنگامی که فولادها گرم و سرد می شوند، شبکه اتمی دوباره مرتب می شود. مقادیر دمای بحرانی برای درجه های مختلف فولاد یکسان نیست: آنها به محتوای کربن و ناخالصی های آلیاژی و همچنین به سرعت گرمایش و سرمایش بستگی دارند.

پس از سخت شدن، فولاد شکننده و سخت می شود. هنگامی که در کوره های حرارتی گرم می شود، لایه سطحی محصولات با رسوب پوشیده می شود و هر چه بیشتر کربن زدایی شود، دمای حرارت و زمان نگهداری در کوره بالاتر می رود. اگر قطعات دارای مقدار کمی برای پردازش بیشتر باشند، این نقص غیر قابل جبران است. حالت های تمپر برای سخت شدن فولاد به ترکیب آن و الزامات فنی برای محصول بستگی دارد.

در طول سخت شدن، قطعات باید به سرعت خنک شوند تا آستنیت فرصت تبدیل به ساختارهای میانی (سوربیتول یا تروستیت) را نداشته باشد. سرعت خنک کننده مورد نیاز با انتخاب محیط خنک کننده تضمین می شود. در این حالت، خنک شدن بیش از حد سریع منجر به ترک یا تاب برداشتن محصول می شود. برای جلوگیری از این امر، در محدوده دمایی 300 تا 200 درجه، سرعت خنک کننده باید با استفاده از روش های سخت شدن ترکیبی کاهش یابد. روش غوطه ور کردن قطعه در یک محیط خنک کننده برای کاهش تاب برداشتن محصول از اهمیت بالایی برخوردار است.

حرارت دادن فلز

تمام روش های سخت شدن فولاد عبارتند از:

• فولاد گرمایشی؛
• نگهداری بعدی برای دستیابی به گرمایش از طریق محصول و تکمیل تحولات ساختاری؛
• خنک شدن با سرعت معین

محصولات فولاد کربنی در کوره های محفظه ای گرم می شوند. در این مورد، نیازی به پیش گرم کردن نیست، زیرا این گریدهای فولادی در معرض ترک خوردن یا تاب برداشتن نیستند.

محصولات پیچیده (به عنوان مثال، ابزاری با لبه های نازک بیرون زده یا انتقال تیز) از قبل گرم می شوند:

• در حمام نمک با دو یا سه بار غوطه ور کردن به مدت 2 تا 4 ثانیه.
• در فرهای جداگانه تا دمای 400 تا 500 درجه سانتیگراد.

گرم کردن تمام قسمت های محصول باید به طور یکنواخت انجام شود. اگر در یک مرحله نتوان به این امر دست یافت ( آهنگری های بزرگ ) ، دو زمان نگهداری از طریق گرمایش ایجاد می شود.

اگر فقط یک قسمت در فر قرار داده شود، زمان گرم شدن کاهش می یابد. به عنوان مثال، یک برش دیسکی با ضخامت 24 میلی متر در عرض 13 دقیقه گرم می شود و ده محصول از این قبیل در عرض 18 دقیقه گرم می شوند.

محافظت از محصول در برابر رسوب و کربن زدایی

برای محصولاتی که سطوح آنها پس از عملیات حرارتی آسیاب نشده است، فرسودگی کربن و تشکیل رسوب غیرقابل قبول است. با استفاده از آب وارد شده به حفره کوره الکتریکی، از سطوح در برابر چنین عیوب محافظت کنید. البته این تکنیک فقط در کوره های مخصوص در بسته امکان پذیر است. منبع گاز عرضه شده به منطقه گرمایش ژنراتورهای گاز محافظ است. آنها می توانند بر روی متان، آمونیاک و سایر گازهای هیدروکربنی کار کنند.

اگر جو محافظی وجود نداشته باشد، قبل از گرم کردن، محصولات در ظروف بسته بندی شده و با کربوریزر و براده های مصرف شده پر می شوند (مهندس حرارت باید بداند که زغال چوب از فولادهای ابزار در برابر کربن زدایی محافظت نمی کند). برای جلوگیری از ورود هوا به داخل ظرف، آن را با خاک رس می پوشانند.

هنگامی که گرم می شود، حمام نمک از اکسید شدن فلز جلوگیری می کند، اما در برابر کربن زدایی محافظت نمی کند. بنابراین، در تولید حداقل دو بار در هر شیفت با نمک قهوه ای، نمک خون یا اسید بوریک اکسیدزدایی می شوند. حمام های نمکی که در دمای 760 تا 1000 درجه سانتیگراد کار می کنند به طور موثری توسط زغال چوب اکسیده می شوند. برای انجام این کار، یک لیوان با سوراخ های زیاد در کل سطح با زغال چوب خشک شده پر می شود، با یک درب بسته می شود (به طوری که زغال سنگ به بالا شناور نمی شود) و پس از گرم شدن، به پایین حمام نمک پایین می آید. ابتدا تعداد قابل توجهی شعله ظاهر می شود، سپس کاهش می یابد. اگر حمام را سه بار در طول یک شیفت به این روش اکسید زدایی کنید، محصولات گرم شده کاملاً از کربن زدایی محافظت می شوند.

درجه اکسید زدایی حمام نمک بسیار ساده بررسی می شود: یک تیغه معمولی که به مدت 5 تا 7 دقیقه در حمام دی اکسید شده با کیفیت بالا گرم می شود و در آب سخت می شود، شکسته می شود، خم نمی شود.

خنک کننده ها

خنک کننده اصلی فولاد آب است. اگر مقدار کمی نمک یا صابون به آب اضافه کنید، سرعت خنک شدن تغییر می کند. بنابراین، تحت هیچ شرایطی نباید از مخزن کوئنچ برای اهداف دیگر (مثلاً شستن دست ها) استفاده شود. برای رسیدن به همان سختی روی سطح سخت شده، لازم است دمای مایع خنک کننده در 20 تا 30 درجه حفظ شود. نباید آب مخزن را مرتب عوض کنید. خنک کردن محصول در آب جاری کاملا غیر قابل قبول است.

عیب سخت شدن آب، ایجاد ترک و تاب برداشتن است. بنابراین، تنها محصولاتی با شکل ساده یا سیمانی با استفاده از این روش سخت می شوند.

• هنگام سخت شدن محصولات با پیکربندی های پیچیده ساخته شده از فولاد ساختاری، از محلول پنجاه درصد سود سوزآور استفاده می شود (سرد یا گرم تا 50 - 60 درجه). قطعاتی که در حمام نمک گرم می شوند و در این محلول سخت می شوند روشن می شوند. دمای محلول نباید بیش از 60 درجه باشد.

حالت ها

بخارات تولید شده در هنگام خاموش کردن در محلول سوزاننده برای انسان مضر است، بنابراین حمام کوئنچ باید مجهز به تهویه خروجی باشد.

• فولاد آلیاژی در روغن های معدنی سخت می شود. به هر حال، محصولات فولاد کربن نازک نیز در نفت انجام می شود. مزیت اصلی حمام های روغن این است که سرعت خنک کننده به دمای روغن بستگی ندارد: در دمای 20 درجه و 150 درجه، محصول با همان سرعت خنک می شود.

مراقب باشید که آب وارد حمام روغن نشود، زیرا ممکن است باعث ترک خوردن محصول شود. جالب اینجاست که در روغن گرم شده تا دمای بالای 100 درجه، ورود آب منجر به ایجاد ترک در فلز نمی شود.

مضرات حمام روغن این است:

1. انتشار گازهای مضر در هنگام سخت شدن؛
2. تشکیل پلاک روی محصول؛
3. تمایل روغن به اشتعال پذیری؛
4. کاهش تدریجی توانایی سخت شدن

• فولادهای دارای آستنیت پایدار (به عنوان مثال X12M) را می توان با هوای تامین شده توسط کمپرسور یا فن خنک کرد. در عین حال، مهم است که از ورود آب به کانال هوا جلوگیری کنید: این می تواند منجر به ایجاد ترک در محصول شود.
• سخت شدن مرحله ای در روغن داغ، قلیاهای مذاب و نمک های کم ذوب انجام می شود.
• سخت شدن متناوب فولادها در دو محیط خنک کننده برای پردازش قطعات پیچیده ساخته شده از فولادهای کربنی استفاده می شود. ابتدا آنها را در آب تا دمای 250 - 200 درجه و سپس در روغن سرد می کنند. این محصول به ازای هر 5 تا 6 میلی متر ضخامت بیش از 1 تا 2 ثانیه در آب نگهداری می شود. اگر زمان قرار گرفتن در آب در آب افزایش یابد، به ناچار ترک هایی روی محصول ایجاد می شود. انتقال قطعه از آب به روغن باید خیلی سریع انجام شود.

بسته به دمای مورد نیاز، تلطیف انجام می شود:

• در حمام روغن؛
• در حمام نمکدان؛
• در کوره های با گردش هوای اجباری؛
• در حمام با قلیایی مذاب.

دمای تمپر بستگی به درجه فولاد و سختی مورد نیاز محصول دارد، برای مثال ابزاری که به سختی HRC 59 - 60 نیاز دارد باید در دمای 150 - 200 درجه حرارت داده شود. در این حالت تنش های داخلی کاهش و سختی اندکی کاهش می یابد.

فولاد پرسرعت در دمای 540 - 580 درجه حرارت داده می شود. این تمپرینگ را سخت شدن ثانویه می نامند، زیرا در نتیجه سختی محصول افزایش می یابد.

محصولات را می توان با حرارت دادن آنها روی اجاق های برقی، در اجاق ها، حتی در ماسه داغ کدر کرد. لایه اکسیدی که در نتیجه گرما ظاهر می شود، بسته به دما، رنگ های کدر متفاوتی به دست می آورد. قبل از شروع تمپر کردن یکی از رنگ های کدر، باید سطح محصول را از رسوب، رسوبات روغن و غیره تمیز کنید.

معمولاً پس از تمپر، فلز در هوا خنک می شود. اما فولادهای کروم نیکل باید در آب یا روغن خنک شوند، زیرا سرد شدن آهسته این گریدها منجر به شکنندگی مزاج می شود.