سخت كاری سطحی ( موضعی ) فولاد
سخت كاری سطحی ( موضعی ) فولاد
دو روش كاملاً متفاوت برای سختكاری سطحی یعنی فرآیندی كه 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 . یكی اینكه فولادی را انتخاب كنیم كه كربن كافی داشته و با گرم و سرد كردن سخت شود . در این فولاد ما می توان قسمتهای مورد نیاز را با گرم و سرد كردن سریع سخت كنیم . دوم اینكه فولادی را انتخاب كنیم كه ذاتاً قادر نیست تا حد بالایی سخت شود . ولی با تغییر دادن تركیبات شیمیایی لایه سطحی می توان لایه مذبور را سخت كرد .
دسته بندی روشهای سخت كاری سطحی :
روشهای سخت كاری سطحی از نقطه نظر عملی به چهار گروه عمده شامل :
1 ـ كربن دهی ( كربو رایزینگ )
2 ـ كربن و ازت دهی ( كربو نیترایدینگ )
3 ـ ازت دهی ( نیترایدینگ )
4 ـ ازت دهی و كربن دهی ( نیتروكربورایزینگ )
تقسیم می شوند .
سمانتاسیون با كربن دهی سطحی فولادها :
برای تعداد زیادی از محصولات صنعتی ، نظیر چرخ دهنده ها . خار پیستون ، محورهای انتقال و امثال اینها ، لازم است كه سطح قطعه سخت بوده و در عین حال قسمت مركزی آن ، چكش خواری خود را حفظ كرده و مقاومت به ضربه بالایی داشته باشد ، تا بتواند در مقابل نیروهای دینامیك مقاومت نماید . برای این منظور سطح قطعه را با كربن سمانته می كنند .
هدف از سمانتاسیون اشباع سطح قطعه فولادی از كربن می باشد .
برای سمانتاسیون می توان از سه نوع سمان استفاده كرد . به عبارت دیگر در سمان یا محیط كربن ده ، می توان قطعات را به سه روش مختلف مورد سمانتاسیون با كربن قرار داد :
1 ـ سمانتاسیون با عناصر جامد كربن ده .
2 ـ سمانتاسیون گازی ( یا كربن دهی گازی )
3 ـ سمانتاسیون مایع .
هدف از سمانتاسیون به دست آوردن یك سطح سخت و مقاومت در برابر فرسایش می باشد كه با پر كردن 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 كم كربن ، یا فولادهایی با 18/0 ـ 1/0 درصد انجام می گیرد . برای قطعات بزرگ می توان فولادهایی با كربن كمی بیشتر
( 0.2 – 0.3 درصد ) به كار برد. فولادهایی كه عمق نفوذ آب گیری در آنها كم است ، برای سمانتاسیون مناسب است . زیرا با سمانتاسیون این فولاد ها ، قشرهای مجاور زیر قشر سطحی و نیز قسمت مركزی قطعه ، از كربن محیط سمانتاسیون اشباع نشده و چكش خواری خود را ، بعد از آب دادن سطح قطعه ، حفظ می كنند . در موارد متعددی لازم است كه فقط قسمتهای معینی از یك قطعه سمانته شود. در این صورت بخشهایی را كه نباید سمانته شوند را می توان از یك رسوب الكترولیتیك مسی ( به ضخامت 04/0 تا 03/0 ) و یا لفافهای مخصوص پوشانید .
این لفانها معمولاً از مخلوطی از تالك با رس سفید ( كائولن ) كه كاملاً نرم شده و با شیشه محلول ( چسب شیشه یا سیلیكات سدیم ) خمیر گردیده است ، تشكیل شده اند . چون در هنگام سمانتاسیون این خمیرها به راحتی ترك برمی دارند ، لذا نمی توانند كاملاً در مقابل نفوذ كربن مؤثر باشند . روش مطمئن پوشش دادن با الكترولیت مس است .
عمق نفوذ كربن یا ضخامت قشر سمانته ، طبق تعریف ، فاصله از سطح سمانته تا صفحه‌ای است كه سختی آن به 550 ویكرز برسد . ( استاندارد SIS 11700 8 ) .
غلظت كربن در قشر سطحی فولادهای كربنی باید به حدود 0.8 الی 1.1 درصد برسد .
اگر درصد كربن در قشر سطحی ، از مقدار فوق تجاوز نماید . سمانتیت آزاد و درشت در سطح تشكیل شده و كیفیت سطح فولاد را پایین می آورد .
در فولادهای كربنی عملاً تشكیل كربور، در فاز آستنیت در اثر دیفوزیون ، غیر ممكن است در حالی كه در مورد فولادهای حاوی عناصر آلیاژی نظیر V,MO,Mn,CN .
بر عكس ، در موقع سمانتاسیون تشكیل قشر دو فازه آستنیت + كربور ، به وفور دیده می شود در این حالت ، كربورهای رسوب یافته عموماً یك شكل كروی دارند .
سمانتاسیون فولادهایكه كرم ، مولیبدن با منگنز در خود دارند ، می تواند غلظت كربن در سطح تا حدود 2 ـ 8/1 درصد برساند .
در جدول زیر نوع و تركیب 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 كه به اندازه كافی اكسید زدایی نشده است ، قابل آبدهی بعد از سمانتاسیون نیست .
كربن دهی معمولاً در محدودة حرارتی انجام می گیرد .
ولی دمای حدود و یا نیز به كار رفته است . سرعت كربن دهی در دمای بالا حدود زیاد است ، ولی دمای بالا روی طول عمر متعلقات كوره اثر منفی دارد . این مسأله محدودیتی برای كربن دهی در دمائی بالا است .
كربن دهی گازی
منبع كربن در كربن دهی گازی معمولاً همراه با گاز حاصل كه فاقد خاصیت كربن دهی بوده و یا خاصیت كربن دهی بسیار ضعیفی دارد وارد كوره می شود . عموماً كربن دهی گازی نسبت به دو روش دیگر راندمان بالاتری دارد . در این روش كربن بیشتری جذب سطح شده و عمق نفوذ بیشتری بدست می آید :
كربن دهی گازی نسبت به دو روش دیگر برای تولید انبوه اقتصادیتر بوده و می توان فرآیند را مكانیزه نمود اقتصادی بودن روش به این دلیل است كه عمق نفوذ معین در مدت زمان كوتاهتری بدست می آید .
گازهای كربن دهی :
عمدتاً گاز متان است كه با درصد كمی گاز حامل ( گاز غیر كربن دهی ) مخلوط می شود .
كوره ها :
علاوه بر كوره های خلاء انواع كوره های رایج شامل كوره های گودالی ، گردان ، تك شارژ و مداوم برای كربن دهی به كار می رود . انتخاب كوره به شكل و ابعاد قطعات ، حجم تولید برنامه تولید و فرآیندهای عملیات حرارتی بستگی دارد .
عمق نفوذ مؤثر و عمق نفوذ كل :
عمق نفوذ كل به آخرین نقطه لایه كربورایز شده مربوط می شود . در صنعت عمق نفوذ مؤثر مطرح است . عمق نفوذ مؤثر ضخامت لایه است كه سختی آخرین نقطه آن پایین تر از 50HRC باشد .
كربن دهی مایع
كربن دهی مایع را نباید با كربن دهی قطره ای اشتباه گرفت . كربن دهی مایع نوعی سختكاری سطحی فلزات آهنی است كه در آن قطعات در حمام نمكی در دمای بالاتر از دمای استحاله فازی به مدت زمان معینی نگه داشته می شوند . با تجزیه نمك كربن آزاد شده و داخل قطعه نفوذ می كند . گاهی ممكن است كه ازت نیز به داخل قطعه نفوذ كند . این عمل باعث می شود تا بعد از كونچ سختی تا حد زیادی افزایش یابد . این حالت در حمامهای سیانیدی رخ می دهد . نوع جدیدی از حمامهای سیانوری توسعه یافته است كه بسیار مورد توجه قرار گرفته اند این حمامها تنها حامل عامل كربنی بوده و در آنها فقط كربن داخل قطعه نفوذ می كند .
مزایا و محدودیتهای كربن دهی مایع:
دو مزیت اصلی این نوع كربن دهی كاملاً مشهود است :
1 ـ كربن دهی موضعی بدون توقف روند عملیات است .
2 ـ كربن دهی قطعات مختلف بطور همزمان امكانپذیر است .
یكی از معایب كربن دهی مایع ضرورت شستشوی بعد از كونچ است . دیگر اینكه نمك چسبنده به قطعات گرم موجب آلودگی حمام كوئنچ می شود . برای قطعاتی كه دارای سوراخهای كوچك و شیارهای كوچك هستند به دلیل مشكلاتی كه در تمیز كرن آنها وجود دارد این روی توصیه نمی شود .
كربن دهی جامد
كربن دهی جامد فرآیندی است كه در آن CO ناشی از تركیبات جامد در سطح فلز به C و CO2 تجزیه می شود . كربن اتمی جذب سطح فلز شده و داخل آن نفوذ می نماید .
CO2 حاصله بلافاصله با تركیبات كربن برای تولید CO وارد واكنش می شود . این واكنش در حضور مواد كاتالیست Nuzno3 , Bao3 تقویت می شود .
زمان عملیات :
كربن دهی جامد معمولاً در دمای (815-955) انجام می گیرد ولی ممكن است در مواردی دما (1095) شود .
سرعت كربن دهی در ابتدای سیكل زیاد است ، ولی همانند كربن دهی گازی در اینجا نیز با پیشرفت سیكل بتدریج از سرعت آن كاسته می شود .
جهت دریافت فایل سخت كاری سطحی ( موضعی ) فولاد لطفا آن را خریداری نمایید