فولاد ابزار و عملیات حرارتی – بخش چهارم

فولاد ابزار و عملیات حرارتی – بخش چهارم

اصطلاحات علمی

اندازه دانه: تمام فلزات دارای دانه می‌ باشند (درست مانند نمک که به شکل دانه‌ای وجود دارد؛ اما بعضی از این دانه‌ ها می‌ توانند بزرگتر از بعضی دیگر باشند). اندازه دانه ‌های فولادی تحت تاثیر دما، زمان دمای اعمالی و تحلیل فولاد از لحاظ ترکیب قرار می‌ گیرد.

قابلیت سخت‌شوندگی: این قابلیت مربوط به توانایی فولاد در ایجاد فاز مارتنزیت می‌ باشد که هنگام کوئنچ از دمای آستنیته ایجاد می‌ شود. مقدار سختی ایجاد شده به میزان ضخامت سطح مقطع قطعه و ساختار شیمیایی (ترکیب ساختاری) وابسته می ‌باشد.

آزمون قابلیت سخت‌ شوندگی با حرارت دادن قطعه‌ای با ابعاد بسیار خاص و کوئنچ کردن آن انجام می‌شود. این آزمون با عنوان تست قابلیت سخت شوندگی جومینی (Jominy end quench hardenability end test) شناخته می ‌شود.

سختی: سختی معیاری است که مقدار مقاومت فولاد را در برابر نفوذ یک ضربه زننده خاص، مانند ساچمه مولیبدنی یا فولادی و یا گوه الماسی، به سطح فولاد اندازه‌ گیری می ‌شود. خیلی ساده می ‌توان سختی را مقاومت سطحی فولاد در مقابل نفوذ گوه تعریف کرد که با نیرویی مشخص قصد نفوذ به داخل سطح فولادی را دارد.

عملیات حرارتی: به هر روشی برای اعمال حرارت به آهن اطلاق می ‌شود. منبع تولید حرارت می ‌تواند گاز، اوکسی استلین (Oxy-exetylene)، میکروویو الکتریکی، لیزر و … باشد. عملیات حرارتی شامل سه فاز می ‌باشد:

(۱) افزایش دما تا دمای مشخص و معلومم

(۲) همدمایی کامل قطعه

(۳) سرد کردن تا دمای مشخص.

دمای نگهداری: دمایی است که برای انجام فرآیند خاص انتخاب می‌ شود. این عبارت همچنین به زمان نیز اشاره‌ای دارد، زمانی که طول می ‌کشد تا فولاد نه کوره، به دمای فرآیندی مورد نظر برسد.

فولاد هیپواوتکتوئید: به فولادی اطلاق می‌ شود تا دارای مقدار کربن کمتر از ۰٫۷۷% باشد.

سختی القایی: روشی برای اصلاح سطحی فولاد است. به منظور عملیات حرارتی سطحی فولاد مورد استفاده قرار می‌ گیرد. برای انجام این فرآیند پیش ‌نیازهایی وجود دارد که انجامشان ضروری است:

(۱) کربن کافی در فولاد برای تبدیل به فاز مارتنزیت در سطح کربن

(۲) دمای آستنیته مناسب برای ایجاد فاز آستنیت در سطح قطعه

(۳) نرخ خنک ‌کاری مناسب که به منظور ایجاد فاز مارتنزیت از آستنیت ضروری است.

حرارت القایی: روشی است که برای گرم کردن فلز از انرژی الکتریکی استفاده می‌ کند که سبب ایجاد مقاومت الکتریکی و هیسترزیس و تولید حرارت در سطح فولاد با ایجاد سریع انرژی الکترومغناطیسی در سطح می‌ شود. هرچند، روش القایی فقط به منظور سخت ‌کاری مورد استفاده قرار نمی ‌گیرد، فرآیندهای دیگری مانند باز پخت، حرارت دهی شمش ‌های فولادی در آهنگری، ایجاد گرما برای فرم ‌دهی و لحیم برنجی را نیز می ‌توان به واسطه این تکنولوژی ایجاد کرد.

ترک‌های میان ذره‌ای: ترک ‌های بین ذره‌ای در فولاد به شرایطی اطلاق می‌ شود که در بین مرزهای دانه‌های فولاد ایجاد می ‌شود. عموما (اما نه همیشه)، نفوذ اکسیژن به سطح فولاد باعث ایجاد اکسیدهای بین ذره‌ای (IGO) می‌ شود. IGO همچنین سبب ایجاد و رشد ترک در سطوح ذرات و مرز ذرات می ‌شود. دلیل آن نیز می‌تواند حرارت دادن در اتمسفری با اکسیژن زیاد و یا ماندن زیاد در دمای کربوریزه باشد.

دمای انتقالِ حرارت ثابت: این دما به عنوان نقطه سه ‌گانه در دیاگرام دما (TTT) شناخته می‌ شود. دیاگرامی می ‌باشد که انجام دهنده عملیات حرارتی کمک می ‌کند تا دمای مناسب را و منحنی مناسب را برای خنک‌ کاری را انتخاب کنند تا بتوانند به ساختار متالوژیکی مورد نیاز خود دست یابند. همچنین می‌ توان آن را به عنوان نمودار IT نیز می ‌شناسند. این نمودار با پروسه‌ای به نام گداختگی حرارت ثابت شناخته می ‌شود.

نیتریده کردن یونی (Ion nitriding): یکی از روش‌ های عملیات حرارتی می‌ باشد که برای نفوذ نیتروژن در سطح مورد استفاده قرار می ‌گیرد تا بدین وسیله بتواند سبب ایجاد واکنش نیتروژن با المان‌های آلیاژی فولاد شود تا بتواند ساختار نیتروژنی پایدار ایجاد کند. این فرآیند سبب ایجاد سطحی با سختی بسیار بالا می‌ شود. گازهای مناسب انتخاب شده با استفاده از یک سیستم الکتریکی در داخل یک محفظه خاص طراحی شده که دارای فشار کمی نیز می‌ باشد یونیزه می‌ شوند. این فرآیند با نام‌های نیتریده کردن پلاسما، نیتریده کردن یونی و نیتریده کردن پلاسمای الکتریکی (Glow discharge nitriding) شناخته می‌ شود.

کربوریزه کردن یونی: این فرآیند اصلاح سطحی کربن لازم برای نفوذ دادن در سطح قطعه ایجاد می‌ کند. زمانی که کربن به عمق مناسب از قطعه نفوذ کرد، فولاد مورد نظر آستنیته شده و با توجه به کاربرد مورد نظر با نرخ مناسب خنک کاری می‌شود تا فازهایی مثل مارتنزیت و … را تشکیل دهد. نوعی از عملیات حرارتی محسوب می‌ شود. از لحاظ پیاده‌سازی نیز و تولید جریان الکتریکی نیز شبیه به نیتریده کردن یونی می‌ باشد با این تفاوت که دمای عملکردی فرآیند بسیار بالا می ‌باشند.

کوئنچ کردن شدید: فرآیندی ثبت شده است که از آب به عنوان اولین محیط کوئنچ و تبدیل آستنیت به مارتنزیت استفاده می ‌شود. این فرآیند در فولادهای ابزار با آلیاژ زیاد، شامل فولادهای سرعت بالا، سری D و سری H بسیار موفقیت آمیز می‌ باشد.

خلاصه

همان فرآیند طراحی، مهندسی، محاسبات و ساخت یک قالب در ایجاد فولادهای ابزار نیز مورد استفاده قرار می ‌گیرد و اگر بخواهیم فولادهای ابزار نقش خود را به خوبی انجام دهند و کارایی خوبی داشته باشند، در این صورت ترکیبی از شیمی، ساخت فولاد، ماشین ‌کاری و عملیات حرارتی مورد نیاز است.

منبع : Mold Making Trchnology

ترجمه :ایران ملد