سخت کاری سطحی ( موضعی ) فولاد
سخت کاری سطحی ( موضعی ) فولاد
سخت کاری سطحی ( موضعی ) فولاد
دو روش کاملاً متفاوت برای سختکاری سطحی یعنی فرآیندی که در آن سطح قطعات سخت شده و در مقابل سایش مقاوم باشند ولی در عین حال مغز آنها همچنان نرم و چقرمه باقی بماند وجود دارد . یکی اینکه فولادی را انتخاب کنیم که کربن کافی داشته و با گرم و سرد کردن سخت شود . در این فولاد ما می توان قسمتهای مورد نیاز را با گرم و سرد کردن سریع سخت کنیم . دوم اینکه فولادی را انتخاب کنیم که ذاتاً قادر نیست تا حد بالایی سخت شود . ولی با تغییر دادن ترکیبات شیمیایی لایه سطحی می توان لایه مذبور را سخت کرد .
دسته بندی روشهای سخت کاری سطحی :
روشهای سخت کاری سطحی از نقطه نظر عملی به چهار گروه عمده شامل :
1 ـ کربن دهی ( کربو رایزینگ )
2 ـ کربن و ازت دهی ( کربو نیترایدینگ )
3 ـ ازت دهی ( نیترایدینگ )
4 ـ ازت دهی و کربن دهی ( نیتروکربورایزینگ )
تقسیم می شوند .
سمانتاسیون با کربن دهی سطحی فولادها :
برای تعداد زیادی از محصولات صنعتی ، نظیر چرخ دهنده ها . خار پیستون ، محورهای انتقال و امثال اینها ، لازم است که سطح قطعه سخت بوده و در عین حال قسمت مرکزی آن ، چکش خواری خود را حفظ کرده و مقاومت به ضربه بالایی داشته باشد ، تا بتواند در مقابل نیروهای دینامیک مقاومت نماید . برای این منظور سطح قطعه را با کربن سمانته می کنند .
هدف از سمانتاسیون اشباع سطح قطعه فولادی از کربن می باشد .
برای سمانتاسیون می توان از سه نوع سمان استفاده کرد . به عبارت دیگر در سمان یا محیط کربن ده ، می توان قطعات را به سه روش مختلف مورد سمانتاسیون با کربن قرار داد :
1 ـ سمانتاسیون با عناصر جامد کربن ده .
2 ـ سمانتاسیون گازی ( یا کربن دهی گازی )
3 ـ سمانتاسیون مایع .
هدف از سمانتاسیون به دست آوردن یک سطح سخت و مقاومت در برابر فرسایش می باشد که با پر کردن سطح قطعه تا حدود 0.8 الی 1.1 درصد و سپس آب دادن آن حاصل می شود . این عمل نیز حد خستگی را بالا می برد .
سمانتاسیون ، عموماً بر روی فولادهای کم کربن ، یا فولادهایی با 18/0 ـ 1/0 درصد انجام می گیرد . برای قطعات بزرگ می توان فولادهایی با کربن کمی بیشتر
( 0.2 – 0.3 درصد ) به کار برد. فولادهایی که عمق نفوذ آب گیری در آنها کم است ، برای سمانتاسیون مناسب است . زیرا با سمانتاسیون این فولاد ها ، قشرهای مجاور زیر قشر سطحی و نیز قسمت مرکزی قطعه ، از کربن محیط سمانتاسیون اشباع نشده و چکش خواری خود را ، بعد از آب دادن سطح قطعه ، حفظ می کنند . در موارد متعددی لازم است که فقط قسمتهای معینی از یک قطعه سمانته شود. در این صورت بخشهایی را که نباید سمانته شوند را می توان از یک رسوب الکترولیتیک مسی ( به ضخامت 04/0 تا 03/0 ) و یا لفافهای مخصوص پوشانید .
این لفانها معمولاً از مخلوطی از تالک با رس سفید ( کائولن ) که کاملاً نرم شده و با شیشه محلول ( چسب شیشه یا سیلیکات سدیم ) خمیر گردیده است ، تشکیل شده اند . چون در هنگام سمانتاسیون این خمیرها به راحتی ترک برمی دارند ، لذا نمی توانند کاملاً در مقابل نفوذ کربن مؤثر باشند . روش مطمئن پوشش دادن با الکترولیت مس است .
عمق نفوذ کربن یا ضخامت قشر سمانته ، طبق تعریف ، فاصله از سطح سمانته تا صفحه‌ای است که سختی آن به 550 ویکرز برسد . ( استاندارد SIS 11700 8 ) .
غلظت کربن در قشر سطحی فولادهای کربنی باید به حدود 0.8 الی 1.1 درصد برسد .
اگر درصد کربن در قشر سطحی ، از مقدار فوق تجاوز نماید . سمانتیت آزاد و درشت در سطح تشکیل شده و کیفیت سطح فولاد را پایین می آورد .
در فولادهای کربنی عملاً تشکیل کربور، در فاز آستنیت در اثر دیفوزیون ، غیر ممکن است در حالی که در مورد فولادهای حاوی عناصر آلیاژی نظیر V,MO,Mn,CN .
بر عکس ، در موقع سمانتاسیون تشکیل قشر دو فازه آستنیت + کربور ، به وفور دیده می شود در این حالت ، کربورهای رسوب یافته عموماً یک شکل کروی دارند .
سمانتاسیون فولادهایکه کرم ، مولیبدن با منگنز در خود دارند ، می تواند غلظت کربن در سطح تا حدود 2 ـ 8/1 درصد برساند .
در جدول زیر نوع و ترکیب شیمیایی چند نوع فولاد مورد مصرف برای سمانتاسیون آمده است :
|
Cr |
S |
P |
Mn |
Si |
C |
ASI |
|
- |
0.02-0.035 |
0.0-0.35 |
0.6-0.9 |
0.1-0.4 |
0.12-0.18 |
1015 |
|
0.35-0.65 |
0.03-0.05 |
- |
0.6-0.8 |
0.15-0.4 |
0.17-0.23 |
8620 |
|
0.6-1 |
- |
- |
0.7-1.1 |
0.15-0.4 |
0.13-0.18 |
A3115 |
|
- |
- |
- |
0.7-1.1 |
0.15-0.4 |
0.18-0.23 |
A3120 |
|
1.8-1.2 |
- |
- |
0.5-1.1 |
0.15-0.4 |
0.17-0.23 |
4720 |
فولادی که به اندازه کافی اکسید زدایی نشده است ، قابل آبدهی بعد از سمانتاسیون نیست .
کربن دهی معمولاً در محدودة حرارتی انجام می گیرد .
ولی دمای حدود و یا نیز به کار رفته است . سرعت کربن دهی در دمای بالا حدود زیاد است ، ولی دمای بالا روی طول عمر متعلقات کوره اثر منفی دارد . این مسأله محدودیتی برای کربن دهی در دمائی بالا است .
کربن دهی گازی
منبع کربن در کربن دهی گازی معمولاً همراه با گاز حاصل که فاقد خاصیت کربن دهی بوده و یا خاصیت کربن دهی بسیار ضعیفی دارد وارد کوره می شود . عموماً کربن دهی گازی نسبت به دو روش دیگر راندمان بالاتری دارد . در این روش کربن بیشتری جذب سطح شده و عمق نفوذ بیشتری بدست می آید :
کربن دهی گازی نسبت به دو روش دیگر برای تولید انبوه اقتصادیتر بوده و می توان فرآیند را مکانیزه نمود اقتصادی بودن روش به این دلیل است که عمق نفوذ معین در مدت زمان کوتاهتری بدست می آید .
گازهای کربن دهی :
عمدتاً گاز متان است که با درصد کمی گاز حامل ( گاز غیر کربن دهی ) مخلوط می شود .
کوره ها :
علاوه بر کوره های خلاء انواع کوره های رایج شامل کوره های گودالی ، گردان ، تک شارژ و مداوم برای کربن دهی به کار می رود . انتخاب کوره به شکل و ابعاد قطعات ، حجم تولید برنامه تولید و فرآیندهای عملیات حرارتی بستگی دارد .
عمق نفوذ مؤثر و عمق نفوذ کل :
عمق نفوذ کل به آخرین نقطه لایه کربورایز شده مربوط می شود . در صنعت عمق نفوذ مؤثر مطرح است . عمق نفوذ مؤثر ضخامت لایه است که سختی آخرین نقطه آن پایین تر از 50HRC باشد .
کربن دهی مایع
کربن دهی مایع را نباید با کربن دهی قطره ای اشتباه گرفت . کربن دهی مایع نوعی سختکاری سطحی فلزات آهنی است که در آن قطعات در حمام نمکی در دمای بالاتر از دمای استحاله فازی به مدت زمان معینی نگه داشته می شوند . با تجزیه نمک کربن آزاد شده و داخل قطعه نفوذ می کند . گاهی ممکن است که ازت نیز به داخل قطعه نفوذ کند . این عمل باعث می شود تا بعد از کونچ سختی تا حد زیادی افزایش یابد . این حالت در حمامهای سیانیدی رخ می دهد . نوع جدیدی از حمامهای سیانوری توسعه یافته است که بسیار مورد توجه قرار گرفته اند این حمامها تنها حامل عامل کربنی بوده و در آنها فقط کربن داخل قطعه نفوذ می کند .
مزایا و محدودیتهای کربن دهی مایع:
دو مزیت اصلی این نوع کربن دهی کاملاً مشهود است :
1 ـ کربن دهی موضعی بدون توقف روند عملیات است .
2 ـ کربن دهی قطعات مختلف بطور همزمان امکانپذیر است .
یکی از معایب کربن دهی مایع ضرورت شستشوی بعد از کونچ است . دیگر اینکه نمک چسبنده به قطعات گرم موجب آلودگی حمام کوئنچ می شود . برای قطعاتی که دارای سوراخهای کوچک و شیارهای کوچک هستند به دلیل مشکلاتی که در تمیز کرن آنها وجود دارد این روی توصیه نمی شود .
کربن دهی جامد
کربن دهی جامد فرآیندی است که در آن CO ناشی از ترکیبات جامد در سطح فلز به C و CO2 تجزیه می شود . کربن اتمی جذب سطح فلز شده و داخل آن نفوذ می نماید .
CO2 حاصله بلافاصله با ترکیبات کربن برای تولید CO وارد واکنش می شود . این واکنش در حضور مواد کاتالیست Nuzno3 , Bao3 تقویت می شود .
زمان عملیات :
کربن دهی جامد معمولاً در دمای (815-955) انجام می گیرد ولی ممکن است در مواردی دما (1095) شود .
سرعت کربن دهی در ابتدای سیکل زیاد است ، ولی همانند کربن دهی گازی در اینجا نیز با پیشرفت سیکل بتدریج از سرعت آن کاسته می شود .
جهت دریافت فایل سخت کاری سطحی ( موضعی ) فولاد لطفا آن را خریداری نمایید