چهار تیمار حرارتی فولاد چیست؟

عملیات حرارتی یک فرآیند مهم در تولید و پردازش فولاد است ، زیرا ریزساختار فولاد را برای دستیابی به خواص مکانیکی مورد نظر مانند سختی ، چقرمگی ، استحکام و انعطاف پذیری اصلاح می کند. در میان تکنیک های مختلف عملیات حرارتی ، چهار فرآیند اساسی ستون فقرات تهویه فولاد را تشکیل می دهند: آنیل شدن ، عادی سازی ، فرونشست و درجه حرارت و سخت شدن سطح. هر یک از آنها یک هدف مشخص را ارائه می دهد و متناسب با برنامه های خاص است ، و اطمینان می دهد که فولاد در استفاده مورد نظر خود بهینه عمل می کند.
1. آنیل: نرم شدن و همگن
بازپرداخت یک فرآیند تصفیه حرارتی است که برای نرم شدن فولاد ، بهبود ماشینکاری آن و کاهش فشارهای داخلی طراحی شده است. این شامل سه مرحله کلیدی است: گرم کردن فولاد به دمای خاص (به طور معمول بالاتر از دمای بحرانی آن ، جایی که ریزساختار به آستنیت تبدیل می شود) ، آن را برای مدت زمان کافی برای اطمینان از گرمایش یکنواخت نگه می دارد ، و سپس خنک کردن آن به آرامی {1} معمولاً در کوره یا یک محیط کنترل شده است.
هدف اصلی آنیل ، اصلاح ریزساختار فولاد است. به عنوان مثال ، اگر فولاد کار کرده است-} سخت شده (با کار سرماخوردگی ، مانند نورد یا جعل) تقویت می شود ، بازپرداخت انعطاف پذیری خود را با اجازه دادن به دانه ها مجدداً تغییر می دهد و به یک ساختار یکنواخت تر تبدیل می شود. همچنین تنش های داخلی ناشی از جوشکاری ، ریخته گری یا ماشینکاری را از بین می برد که در صورت عدم وجود فشرده شدن می تواند منجر به پیچ و خم شدن یا ترک خوردگی شود.
چندین نوع آنیل وجود دارد که هر کدام برنامه های خاص دارند:
• بازپخت کامل: برای فولادهای هیپوئوتکتوئید (با کربن کمتر از 0.8 ٪) استفاده می شود. این فولاد را تا 50-100 درجه فارنهایت (10-38 درجه) بالاتر از دمای بحرانی گرم می کند ، آن را نگه می دارد و به آرامی خنک می شود تا یک ریزساختار نرم و انعطاف پذیر فریت و مروارید تشکیل شود.
• فرایند بازپرداخت: برای کاهش سخت گیری کار در هنگام تولید ، برای فولادهای کربن {0 {0} اعمال می شود. این فولاد را به دمای پایین تر (زیر نقطه بحرانی) گرم می کند و به آرامی خنک می شود و انعطاف پذیری را بدون تغییر ریزساختار کلی بازیابی می کند.
• Spheroidizing: برای استفاده از فولادهای کربن- بالا برای بهبود ماشینکاری استفاده می شود. این فولاد را دقیقاً پایین تر از دمای بحرانی گرم می کند و آن را برای مدت طولانی نگه می دارد و باعث می شود ذرات کاربید به شکل های کروی شکل بگیرد و این باعث می شود فولاد نرم تر و آسان تر شود.
فولاد آنیل شده برای برنامه های کاربردی که نیاز به سهولت ماشینکاری دارند ، مانند قطعات خودرو که باید قبل از سخت شدن نهایی نیاز به شکل یا حفاری داشته باشند ، ایده آل است.
2. عادی سازی: پالایش و تثبیت
عادی سازی یک فرآیند عملیات حرارتی شبیه به آنیل است اما با سرعت خنک کننده سریعتر. این ماده شامل گرمایش فولاد تا دمای کمی بالاتر از دمای بحرانی آن (به طور معمول 100-150 درجه F/38-66 درجه در بالا) است ، و آن را برای اطمینان از آستنیتیزاسیون یکنواخت و سپس خنک کردن آن در هوای ثابت نگه می دارد. این میزان خنک کننده سریعتر (در مقایسه با آنیل شدن) منجر به ریزساختار دقیق تر و یکنواخت تر می شود.
مزایای اصلی عادی سازی شامل موارد زیر است:
• پالایش ساختار دانه: دانه های درشت تشکیل شده در حین ریخته گری ، جعل یا نورد را از بین می برد و در نتیجه اندازه دانه ای دقیق تر و سازگار تر ایجاد می شود. این باعث افزایش قدرت و سختی فولاد می شود.
• کاهش فشارهای داخلی: مانند آنیل ، استرس را تسکین می دهد اما با خطر کمتری از نرم شدن بیش از حد.
• ویژگی های استاندارد: این ویژگی های مکانیکی یکنواخت را در یک دسته از فولاد تضمین می کند و پیش بینی عملکرد در فرآیندهای بعدی را آسان تر می کند.
عادی سازی اغلب برای فولادهای کربن {{0} medium و فولادهای آلیاژی استفاده می شود که به تعادل قدرت و انعطاف پذیری نیاز دارند. این امر معمولاً در مورد ریخته گری ها ، فرجوها و قطعات جوش داده شده برای بهبود ثبات ساختاری آنها قبل از پردازش بیشتر اعمال می شود. به عنوان مثال ، میل لنگ های خودرو و چرخ دنده های صنعتی ممکن است برای اطمینان از استحکام مداوم و کاهش خطر تحریف در هنگام ماشینکاری ، عادی سازی شوند.
در مقایسه با آنیل ، فولاد عادی به دلیل ریزساختار ظریف تر ، کمی سخت تر و قوی تر است و این امر را برای قطعاتی که به استحکام متوسط ​​نیاز دارند بدون بریت بودن فولاد کاملاً سخت شده ، انتخاب بهتری می کند.
3. خاموش کردن و مزاج: سخت شدن و سخت شدن
خاموش کردن و Tempering یک فرایند مرحله دو - است که برای تولید فولاد با استحکام و چقرمگی بالا- ترکیبی است که دستیابی به آن با سایر درمانها دشوار است.
• خاموش کردن: اولین مرحله شامل گرم کردن فولاد به دمای آستنیتی آن (بالاتر از نقطه بحرانی) است ، و آن را نگه می دارد تا یک ریزساختار آستنیت یکنواخت را تشکیل دهد ، و سپس با استفاده از محلول های آب ، روغن یا پلیمر ، آن را به سرعت (خاموش) خنک می کند. این خنک کننده سریع اتم های کربن را در آستنیت به دام می اندازد و ریزساختار را به مارتنسیت تبدیل می کند- یک فاز سخت و شکننده که می تواند به سطح سختی 60-65 ساعت برسد.
• معتدل: برای کاهش شکنندگی ، فولاد خاموش شده سپس به دمای پایین تر (به طور معمول 300-1300 درجه F/149-704 درجه) گرم می شود و به مدت یک دوره برگزار می شود و به دنبال آن خنک کننده هوا انجام می شود. معتدل باعث می شود ذرات کاربید کوچک در مارتنزیت شکل بگیرند و ضمن حفظ بیشتر سختی های حاصل از آن ، باعث کاهش شکنندگی می شوند. دمای معتدل خصوصیات نهایی را تعیین می کند: دمای پایین تر (300-500 درجه فارنهایت) با سختی متوسط ​​، سختی بالایی را حفظ می کند ، در حالی که دمای بالاتر (800-1300 درجه فارنهایت) باعث کاهش سختی می شود اما چقرمگی را افزایش می دهد.
نتیجه فولادی است که استحکام و سختی را تعادل می بخشد - به اندازه کافی سخت برای مقاومت در برابر سایش اما به اندازه کافی سخت برای مقاومت در برابر ضربه است. این امر باعث می شود تا برنامه های استرس {{2} بالا مانند:
• فولاد ابزار: بیت های مته ، ابزار برش و می میرد برای سختی و مقاومت در برابر تراش به فولاد خاموش و معتدل متکی است.
• قطعات ساختاری: محورهای خودرو ، پیچ های ساختمانی و اجزای ماشین آلات صنعتی از این روش درمانی برای مقاومت در برابر بارهای و تأثیرات سنگین استفاده می کنند.
• اجزای هوافضا: قطعاتی که به مقاومت بالایی-} به {1} نسبت وزن مانند دنده فرود هواپیما نیاز دارند ، از این روند بهره مند می شوند.
انتخاب محیط خاموش بر سختی نهایی تأثیر می گذارد: خاموش شدن آب سریعتر خنک می شود و سختی بیشتری را ایجاد می کند اما خطر ترک خوردگی را افزایش می دهد. خاموش شدن روغن به آرامی خنک می شود و خطر ترک خوردگی را کاهش می دهد اما باعث سختی کمی کم می شود. سپس Tempering خواص را برای مطابقت با برنامه تنظیم می کند ، و اطمینان می دهد که فولاد برای مقاومت در برابر سایش به اندازه کافی سخت است اما آنقدر شکننده نیست که تحت استرس شکستگی کند.
4. سخت شدن سطح: سخت شدن سطح ، حفظ هسته
سخت شدن سطح (همچنین به نام سخت شدن مورد) نیز یک عملیات حرارتی است که در حالی که هسته را نسبتاً نرم و سخت می گذارد ، فقط سطح فولاد را سخت می کند. این ایده آل برای قطعاتی است که به سطح مقاومت- مقاوم برای مقاومت در برابر اصطکاک یا سایش نیاز دارند ، در حالی که هسته سخت در برابر ضربه و خم شدن مقاومت می کند.
چندین روش سخت شدن سطح وجود دارد ، که کاروبور کردن و نیترایدر رایج ترین است:
• Carburizing: این فرآیند کربن را به لایه سطح فولاد کربن کم-} وارد می کند. این فولاد به دمای بالا (1600-1،800 درجه F/871-982 درجه) در یک محیط غنی از کربن- (گاز ، مایع یا جامد) گرم می شود و کربن را به سطح آن می دهد. پس از کارگروه ، فولاد خاموش می شود تا لایه سطح کربن {10} بالا را سخت کند (مورد) ، در حالی که هسته کربن {11 {11 {کم نرم است. بسته به کاربرد ، عمق مورد از 0.005 تا 0.25 اینچ متغیر است. از فولاد کربوریزه شده برای قطعاتی مانند چرخ دنده ها ، یاتاقان ها و شفت ها استفاده می شود ، جایی که سطح باید در برابر سایش مقاومت کند اما هسته باید تأثیرات را جذب کند.
• نیترایدر: این فرآیند به جای کربن ، نیتروژن را در سطح فولاد پخش می کند. این در دمای پایین تر (950-150 درجه F/510-621 درجه) در یک فضای غنی از نیتروژن- انجام می شود و ترکیبات نیترید سخت را روی سطح تشکیل می دهد. بر خلاف کاربوریزه کردن ، نیازی به فرونشاندن ندارد و خطر تحریف را کاهش می دهد. فولاد نیتراید دارای مقاومت در برابر سایش عالی و مقاومت در برابر خوردگی است و آن را برای قطعاتی مانند ساقه های دریچه ، سیلندرهای هیدرولیک و راهنماهای ماشین آلات مناسب می کند.
سایر روشهای سخت شدن سطح شامل سخت شدن شعله (گرم کردن سطح با شعله و خاموش شدن) و سخت شدن القایی (با استفاده از القاء الکترومغناطیسی برای گرم کردن سطح و سپس خاموش شدن). این فرآیندهای سریعتر برای قطعات بزرگ است که فقط مناطق خاص به سخت شدن نیاز دارند ، مانند دندان های چرخ دنده های بزرگ یا سطوح سایش مسیرهای ریلی.
چگونه چهار درمان مقایسه می شوند​
هر فرآیند عملیات حرارتی خصوصیات فولادی را به روشهای مشخصی اصلاح می کند:
• بازپرداخت حداکثر انعطاف پذیری و ماشینکاری را به حداکثر می رساند اما قدرت را به حداقل می رساند.
• عادی سازی تعادل قدرت و انعطاف پذیری با ریزساختار تصفیه شده.
• فرونشست و مزاج به استحکام و سختی بالایی دست می یابد.
• سخت شدن سطح یک سطح مقاوم {{0} را با یک هسته سخت ایجاد می کند.
انتخاب درمان بستگی به ترکیب فولاد ، خواص مورد نظر و کاربرد دارد. به عنوان مثال ، یک آچار برای استحکام و چقرمگی به فولاد خاموش و معتدل نیاز دارد ، در حالی که یک دنده ممکن است برای مقاومت در برابر سایش روی دندان های خود به کاربروبی کردن نیاز داشته باشد.
پایان
چهار تیمار گرمای اصلی فولاد - angealing ، عادی سازی ، خاموش کردن و مزاج و سخت شدن سطح- هر یک نقش اساسی در خیاطی خواص فولادی به نیازهای خاص دارند. آنیل شدن نرم و یکدست می شود ، عادی سازی پالایش ها و تثبیت ، تعادل و تثبیت کننده استحکام و چقرمگی ، و سخت شدن سطح ضمن حفظ سختی هسته ، در برابر سایش محافظت می کند. با درک این فرآیندها ، تولید کنندگان و مهندسان می توانند درمان صحیح را برای اطمینان از عملکرد فولاد در برنامه های مختلف از اتصال دهنده های ساده گرفته تا اجزای پیچیده هوافضا انتخاب کنند.