Quenching و Tempering: فرآیند عملیات حرارتی فولاد و بهینه سازی عملکرد
Quenching و Tempering (Quenching + Tempering) یک فرآیند معمول عملیات حرارتی برای فولاد است که معمولاً برای بهبود خواص فولاد استفاده می شود. هدف اصلی از خاموش کردن و تمپر کردن، دستیابی به ساختار سازمانی متعادل فولاد از طریق فرآیندهای گرمایش و سرمایش مناسب و در نتیجه بهبود استحکام، سختی و چقرمگی آن است. این فرآیند معمولاً شامل مراحل زیر است:
- گرمایش (آستنیت): ابتدا فولاد بالاتر از دمای بحرانی خود (یعنی دمای آستنیته) گرم می شود و باعث می شود که کاملاً به آستنیت (آستنیت) تبدیل شود که یک سازه فولادی با دمای بالا است.
- خیساندن: فولاد برای مدتی در دمای بالا نگهداری می شود تا از همگن شدن سازه اطمینان حاصل شود. این مرحله به بهبود سختی پذیری مواد کمک می کند.
- خنک کننده (کوئنچ): فولاد به سرعت سرد می شود و باعث می شود آستنیت به سرعت به مارتنزیت تبدیل شود و در نتیجه سختی افزایش یابد. انتخاب محیط خنککننده و کنترل سرعت خنککننده برای موفقیت فرآیند خاموش کردن و تمپر کردن بسیار حیاتی است.
- تمپرینگ: فولاد کوئنچ شده و سکوریت شده معمولاً خیلی شکننده و سخت است، بنابراین برای کاهش سختی و بهبود چقرمگی نیاز به تلطیف دارد. این مرحله شامل گرم کردن مجدد فولاد تا دمای پایین تر، گرم نگه داشتن آن برای مدت معینی و سپس خنک کردن آن است.
فولاد کوئنچ شده و تمپر شده دارای استحکام و سختی بالاتری است در حالی که درجه خاصی از چقرمگی را حفظ می کند. این باعث می شود که برای بسیاری از کاربردهای مهندسی مناسب باشد، به خصوص در مواردی که تعادل قدرت و چقرمگی مورد نیاز است. لازم به ذکر است که انواع مختلف فولاد و پارامترهای مختلف کوئنچ و تمپرینگ (دما، زمان، سرعت سرمایش و ...) خواص متفاوتی را در پی خواهند داشت. بنابراین، هنگام اجرای کوئنچ و تمپرینگ، باید یک برنامه فرآیند مناسب بر اساس ترکیب آلیاژ خاص و الزامات کاربردی ایجاد شود. فولاد کربنی اغلب بدون عملیات حرارتی نهایی استفاده میشود، اما میتوان آن را آنیل، نرمالسازی، سختشده یا تمپر کرد تا ساخت و خواص مکانیکی آن افزایش یابد.
فولاد ملایم ss400
SSS400/Q235 یک فولاد ساختاری معمولی کم کربن با محتوای کربن بین 0.12% تا 0.2% است که معادل فولاد شماره 10 و شماره 20 است. در تئوری، می توان آن را برای به دست آوردن مارتنزیت خاموش کرد، اما به دلیل کربن مارتنزیتی، فوق اشباع بسیار کم است و سختی پس از خاموش کردن بسیار کم است، فقط حدود 170HBS. سختی این فولاد در حالت عرضه حدود 144HBS است (قبل از خروج از کارخانه نرمال شده است). مشاهده می شود که هنگام کوئنچ با Q235 استحکام و سختی افزایش نمی یابد و همچنین باید با معایب عملیات حرارتی مانند تغییر شکل، ترک خوردگی، اکسیداسیون، کربن زدایی و هزینه عملیات حرارتی روبرو شود که کاملاً غیراقتصادی است. فولاد ملایم ss400 معمولاً بدون عملیات حرارتی خریداری می شود. عموماً در پروژه های مهندسی که به مقدار زیادی فولاد نیاز است استفاده می شود. مقدار بسیار زیاد است. معمولاً بعد از نورد گرم استفاده می شود. نورد گرم به معنای عادی سازی عملیات حرارتی است. چندین دلیل برای عدم عملیات حرارتی وجود دارد:
- این مواقع نیاز به نیازهای مکانیکی بالایی ندارند.
- حجم قطعات فولادی خیلی زیاد است و عملیات حرارتی عملی نیست.
- مواد ارزان است، الزامات کیفیت نسبتاً کم است، و فولاد کم کربن است، بنابراین اثر عملیات حرارتی خیلی خوب نیست.
- اگر برای سفت شدن باید از Q235 استفاده کنید، فقط می توانید آن را کربوریزه کنید، اما مقرون به صرفه نیست.
فولاد کربنی 1045/S45C
فولاد 1045/S45C یک فولاد ساختاری متداول با کربن متوسط و خنک شده است. پلاستیسیته سرد این فولاد متوسط است. بازپخت و نرمال کردن کمی بهتر از کوئنچ و تمپر کردن است. استحکام بالاتر و ماشین کاری بهتری دارد. پس از عملیات حرارتی مناسب، می تواند درجه خاصی از چقرمگی، انعطاف پذیری و مقاومت در برابر سایش را به دست آورد. منبع مواد راحت است. برای جوشکاری هیدروژنی و جوشکاری آرگون مناسب است، اما برای جوشکاری گاز مناسب نیست. قبل از جوشکاری نیاز به پیش گرم کردن است و پس از جوشکاری باید آنیل کردن تنش زدایی انجام شود. نرمال کردن می تواند عملکرد برش قطعات با سختی کمتر از 160HBS را بهبود بخشد. پس از عملیات کوئنچ و تمپر، خواص مکانیکی جامع این فولاد باید در مقایسه با سایر فولادهای ساختاری کربن متوسط بهینه شود. با این حال، سختی پذیری این فولاد کم است. قطر بحرانی سخت شدنی در آب 12 ~ 17 میلی متر است و تمایل به ترک خوردن در هنگام خاموش شدن آب دارد. هنگامی که قطر بیشتر از 80 میلی متر است، خواص مکانیکی آن پس از خاموش کردن و تمپر یا نرمال شدن مشابه است. استحکام و چقرمگی بالاتری را می توان پس از عملیات کوئنچ و تمپر برای قطعات قالب متوسط و کوچک به دست آورد.
کاربردهای فولاد کربنی 1045/S45C:
- می تواند به عنوان یکی از مواد برای ساخت کلیدهای گوه ای DIN 6883-1956 استفاده شود. می توان برای ساخت پیچ و مهره های درجه 8.8 و 9.8 M16 و پایین تر، پیچ و مهره های درجه 10.9 و M22 و پایین تر، مهره های گرید 8، 9 و 10 و واشر درجه 300HV , see JC/T 5057.{15} .
- می توان برای ساخت پیچ و مهره های شش ضلعی بزرگ با استحکام بالا برای سازه های فولادی درجه 8.8S M20 و پایین تر، مهره های شش ضلعی بزرگ درجه 10H یا 8H و واشرهای با مقاومت بالا با درجه عملکرد 35 تا 45HRC استفاده کرد. GB/T 1231-2006 را ببینید.
25CrMo4٪ 2f35CrMo4٪ 2f42CrMo4استیل Q+T
مواد فوق همگی فولادهای آلیاژی کم کربن و حاوی عناصر آلیاژی مانند کروم و مولیبدن بوده و دارای سختی پذیری بالا و بدون شکنندگی مزاج هستند. فولاد آلیاژی 25CrMo4 دارای استحکام کافی در دمای بالا زیر 500 درجه، جوش پذیری بسیار خوب، تمایل کمی به ایجاد ترک های سرد، و ماشینکاری خوب و انعطاف پذیری کرنش سرد است. فولاد 35CrMo4 عموماً در حالت کوئنچ و تمپر شده یا کربوره و کوئنچ استفاده می شود. مشخصات عملیات حرارتی برای این فولاد: خاموش کردن در 880 درجه، خنک کننده آب، خنک کننده روغن. تمپر در 500 درجه، خنک کننده آب، خنک کننده روغن. فولاد آلیاژی 42CrMo4 برای ساخت لولههای فشار بالا و اتصال دهندههای مختلف و قطعات کربنی با درجه بالاتر مانند چرخ دندهها و شفتها که در محیطها و محیطهای غیرخورنده با دمای عملیاتی زیر 250 درجه و حاوی مخلوطهای نیتروژن و هیدروژن کار میکنند، استفاده میشود.
