هر عملیات حرارتی که بر روی آهن و فلزات انجام می‌شود با هدف افزایش کیفیت و مقاومت آن می‌باشد. اکثر عملیات حرارتی فولاد با گرمایش همراه است، در این دانشنامه به محیطهای خنک کننده در عملیات حرارتی خواهیم پرداخت؛ اینکه چگونه با سرد کردن سریع در فرآیند تمپر کردن فولاد، به بهبود ویژگی‌های آن کمک می‌کنند!!!
فهرست مطالب
انواع عملیات حرارتی فولاد
در عملیات حرارتی ساختار فیزیکی و شیمیایی فولاد کاملاد دگرگون می‌شود و تحت شرایط خاص تغییراتی بر روی محصول اعمال شده و برای مصارف متفاوتی آماده مصرف می‌شود. از جمله عملیات حرارتی فولاد می‌توان به آنیل کردن، تمپر کردن فولاد (tempering)، کوئنچ تمپر کردن (quench tempering)، نرماله کردن، نیتروژن دهی و کربن دهی اشاره کرد. در ادامه به تمپرینگ و کوئنچ کردن فولاد اشاره خواهیم کرد.
این عملیات برای افزایش کیفیت و بهبود ویژگی‌های ساختاری فولاد انجام می‌شود و فولاد را ورزیده می‌کند تا در مصارف گوناگونی به بهترین شکل عکس العمل نشان دهد.
بخوانید: نرماله کردن فولاد | تفاوت آن با دیگر فرآیندهای تولید میلگرد
فرآیند تمپر کردن فولاد
فرآیند تمپر کردن بیشتر برای فولاد در نظر گرفته می‌شود. بعد از انتخاب فولاد و یا فلز دیگر جهت شروع فرآیند، محصول را تحت دمای شدید حرارت می‌دهند. بعد از اینکه فولاد به اندازه کافی گرم شد بایستی به سرعت سرد شود. سرد شدن سریع در ساختار بلوری فولاد تغییراتی به وجود می‌آورد؛ این تغییرات ریز ساختاری با توجه به میزان کربن و دیگر عناصر موجود در فولاد رخ می‌دهند و در نهایت باعث افزایش مقاومت و سختی فولاد می‌شوند.
این عملیات بایستی با دقت بالا صورت پذیرد؛ الزامات دمایی دقیق، میزان دمای خنک کننده، روش یرد کردن، سرعت سرد شدن همگی نیازمند دقت و انجام همراه با مراقبت می‌باشند تا فرآیند عملیات حرارتی فولاد به صورت پایدار و یکنواخت صورت پذیرد.
بخوانید: فولاد ضد سایش چیست | چگونه به افزایش بهره‌وری کمک می‌کند؟
به فرآیند تمپر کردن، کوئنچ یا کوئنچ روغن (Quenching or Quenched steel) نیز گفته می‌شود. در واقع باید گفت فرآیند تمپر کردن فولاد در دو مرحله تمپرینگ (حرارت) و کوئنچ (خنک کردن) انجام می‌شود. فولادی که تحت شرایط کوئنچ قرار بگیرد، سختی فوق العاده بالایی خواهد داشت.
فولاد در فرآیند تمپرینگ به صورت آهسته طی عملیات حرارتی گرم شده و به سرعت سرد می‌شود تا به حد مطلوبی از شکل پذیری و سختی در فلز برسد.
هرگونه بی دقتی در انجام فرآیند تمپر کردن فولاد منجر به تاب برداشتن، اعوجاج و آسیب رسیدن به محصول می‌شود. وجود اعوجاج در فولاد یکپارچگی ماده را به خطر می‌اندازد. بنابراین دقت در این فرآیند امری بسیار مهم خواهد بود.
مزایای تمپر کردن فولاد
دلایل بسیار خوبی برای انتخاب فولاد تمپر شده وجود دارد. فولاد کوئنچ بسته به صنعتی که قرار است در آن به کار برده شود از درجه‌ها و ضخامت‌های مختلفی استفاده می‌شود، در زیر به چند مزیت رقابتی فولاد کوئنچ شده با دیگر فولادها اشاره می‌کنیم که با انتخاب آن می‌توان از آنها بهره برد.
- کاهش شکنندگی
- افزایش شکل پذیری
- سهولت در اجرای جوشکاری
- مقاومت در برابر سایش
این نوع فولاد از گرید 80 تا گرید 400 تولید می‌شود که هر کدام ویژگی و خصوصیات متفاوتی دارند. از فولاد بسیار مقاوم گرفته تا فولاد با انعطاف پذیری بالا هر کدام ویژگی گریدهای متفاوت است.
کاربردهای فولاد تمپر شده
صنایع زیاد وجود دارند که برای نیازهای تجهیزات خود به این نوع فولاد نیازمند هستند. در اینجا به چند کاربرد آن اشاره می‌کنیم:
- ساخت پل و ساختمان
- ساخت مخزن‌های ذخیره با دوام
- ساخت مته و اره
- ساخت قطعات خودرو
- چرخ دنده
بخوانید: جایگاه صنعت فولاد ایران در جهان
کوئنچ روغن
وقتی از عملیات حرارتی صحبت می‌شود باید گفت که با استفاده از یک کوره اجزای فلزی را تا دمای شدید گرم می‌کنند، سپس برای خنک شدن سریع، فلز در یک حمام مایع غوطه ور می‌شود. در روش سنتی از آب استفاده میکردند اما کوئنچ روغن کیفیت بهتری را ارائه می‌دهد. بنابراین امروزه در فرآیند کوئنچ از روغن به جای آب استفاده می‌شود.
از مزایای کونچ روغن این است که در هنگام وارد کردن قطعه داغ به داخل روغن، مایع روغن مانند آب نمی‌جوشد و گرمای بیشتری را جذب می‌کند همچنین برای مدت طولانی تری خنک می‌ماند. بنابراین موجبات یک عملیات خنک کننده سریع را فراهم می‌کند.
بعد از اینکه دمای قطعات فلزی به حد زیاد خود رسید (تا 2000 درجه نیز می‌تواند برسد) فلز به داخل یک مخزن روغن منتقل می‌شود. فلز بعد از قرار گرفتن در روغن در سه مرحله خنک می‌شود:
- فاز بخار؛ حرارت زیاد روغن را تبخیر می‌کند و یک ابر از بخار مانند عایق در اطراف فلز تشکیل می‌شود.
- فاز جوشیدن؛ بخارها متلاشی می‌شوند و انرژی گرمایی از فلز به روغن منتقل می‌شود.
- فاز همرفتی؛ روغن تا نقطه جوش گرم می‌شود و انرژی گرمایی به سرعت از بین می‌رود.
مدت زمان فاز بخار تا حد امکان کوتاه خواهد بود، بخارات ایجاد شده توسط فلزات به عنوان یک عایق عمل می‌کنند و در برابر سرد شدن مقاومت نشان می‌دهند. دوره جوشیدن فلز در روغن در کوئچینگ فولاد طولانی است. هر چه قطعات بیشتر در فاز دوم فرآیند خنک سازی باقی بمانند، نتیجه بهتری حاصل می‌شود.
نقطه جوش روغن بسیار بالاتر از آب است. فلزات تا زمانی که روغن به 450 درجه یا بیشتر نرسد به فاز همرفتی نمی‌رسند. فلزی که طی این فرآیند به طور یکنواخت خنک می‌شود میزان ترک خوردن، اعوجاج و ناهمواری‌های سطح را در آن کاهش میابد.
انواع روغن
انواع مختلف روغن مورد استفاده در کوئنچینگ می‌تواند نتایج متفاوتی داشته باشد همچنین نوع روغن مورد استفاده تا حدی به نوع فلزی که تحت عملیات حرارتی قرار می‌گیرد بستگی دارد. برخی از روغن‌ها خطر ترک خوردگی را بهتر کاهش می‌دهند.
روغن‌های سریع معمولا روی آلیاژهایی که سختی کمی دارند و یا فولادهای کم کربن استفاده می‌شوند و علت اسم گذاری آنها به این دلیل است که با تغییر مدت زمان فرآیند اقلام را سریع‌تر خنک می‌کنند.
فرآیند سرد کردن فلز در روش تمپر کردن فولاد از سه مرحله تشکیل شده است. کوتاه ترین مرحله، مرحله جوش است که بعد از مرحله بخار و قبل از مرحله همرفت صورت می‌گیرد. در مرحله اولیه پوشش بخار، فلز داغ در روغن سرد کننده غوطه ور می‌شود.
اختلاف دما بین فلز داغ و مایع خنک باعث تبخیر روغن می‌شود. خنک شدن فلز توسط بخارهایی که فلز را احاطه کرده است همانند یک مانع از انتقال حرارت جلوگیری می‌کنند. سپس روغن در مرحله دوم جوشانده می‌شود و باعث از بین رفتن آن بخار شده و انرژی گرمایی به روغن منتقل می‌گردد. هنگامی که روغن به نقطه جوش خود رسد، انرژی گرمایی در مرحله همرفت از بین می‌رود.
خنک کردن فلز به وسیله روغن به مراتب بهتر از آب است زیرا با سرد کردن یکنواخت و سریع فلز، خطر ترک خوردگی کاهش میابد.
تفاوت آنیل و تمپر کردن
کوئنچ، آنیل کردن و تمپر کردن فولاد از جمله عملیات حرارتی است که بر روی فولاد انجام می‌گردد. همه این روش‌ها شامل حرارت دادن، نگه داشتن در دمای ثابت و سپس سرد کردن فلز است. اما با این تفاوت که در فرآیند آنیل کردن فلز به آرامی سرد می‌شود ولی در دو فرآیند بعدی سرد شدن به سرعت صورت می‌گیرد.
تمپر کردن فولاد به معنای حرارت دادن فلز در یک دمای زیاد و نگه داشتن آن در همان دما به مدت یک ساعت می‌باشد. بعد از تمپر کردن، فلز در مرحله کوئنچ توسط روغن به یکباره سرد می‌شود.
بخوانید: معرفی ریخته گری به عنوان یکی از فرآیندهای تولید
جمع بندی
عملیات حرارتی تمپر کردن فولاد برای بهبود ویژگی‌های کیفی آن انجام می‌شود. این عملیات طی مراحل حرارت دادن و سرد کردن سریع رخ می‌دهد. فلز تمپر شده از ساختار مناسبی برخوردار است تا حدی که شکستی و ترک خوردن در آن به حد کافی محدود می‌شود.
برای اطلاع از قیمت آهن آلات و خرید انواع مقاطع آهنی می‌توانید به وبسایت عصرآهن مراجعه کنید و یا با شماره 033250280 در ارتباط باشید. کارشناسان واحد فروش ما راهنمای شما خواهند بود.
