شنبه , ۱۳ آذر ۱۳۹۵
دانلود رایگان نرم افزار آنالیز تصویر + فیلم آموزشی
untitled

عملیات حرارتی فولاد

گرد آورندگان:

فائزه حسینی ، هانیه سعادتی ، فاطمه سعادتی ، سپیده علیزاده ، پگاه مصرزاده

استاد راهنما : جناب آقای سازگاران

دانشگاه مهندسی فناوری های نوین قوچان

 

عملیات حرارتی فولاد

مقدمه 

هر فلز جامد در یک حالت قطعی از انرژی،معمولا دارای یک واحد سلولی با اندازه و شکل مشخص می باشد.

اما در بعضی از فلزات ،این مشخصات،ازیک حالت انرژی به حالت دیگر تغییر می کند.

حالت انرژی فلزات معمولا با افزایش یا کاهش حرارت تغییر می کند که به این فرایند عمل حرارتی می گویند.

در واقع عمل حرارتی به ترکیبی از عملیات که شامل حرارت دادن و سرد کردن فلزات یا آلیاژهای جامد ، به منظور کسب خواص مشخصی می باشد گفته می شود

سه قسمت اصلی عملیات حرارتی :

  • حرارت دادن فلز تا یک دمای تعریف شده.
  • نگه داشتن فلز در آن دما تا زمانی که سرتاسر ساختار فلز یکنواخت شود.
  • سرد کردن فلز بایک نرخ تعریف شده،جهت تشکیل ساختارهای درونی فلز یا آلیاژ،برای رسیدن به هدف مورد نظر.
  • منحنی سرد کردن آهن خالص

 

منحنی های حرارت دادن و سرد کردن فولاد

اگر یک قطعه فولاد به آهستگی و به طور یکنواخت حرارت داده شود و دمای آن در زمان های مشخصی ثبت شود،یک منحنی بجود می آید که به ان منحنی نرخ معکوس گفته می شود.

1

 

 

 

 

 

 

 

 

نقطه بحرانی اگر در هنگام سرد کردن فلز به وجود می آیند باAr نمایش میدهند،اگر در هنگام گرم کردن به وجود آیند با Acنمایش میدهند

11

 

 

 

 

 

 

 

ساختار میکروسکوپی فولاد:

۱-فریت

۲-سمنتیت

۳-پیرلیت

۴-استنیت

۵-سوربیت

۶-تروستیت

۷-مارتنسیت

فریت (Ferrite

۱- کریستال محلول کربن در آهن آلفا

۲- نسبتا نرم ( سختی ۱۰۰-۵۰ HB)

۳- شکل پذیر

۴- قابلیت مغناظیسی بالا

سمنتیت (cementite)

۱-ماده مرکب شیمیایی

۲-شامل ۹۳/۳۳ درصد آهن ، ۶/۶۷درصد کربن.

۳- بصورت ذرات مدور در ساختار فلز.

۴-بسیار ترد و سخت (۱۴۰۰ HB).

۵-قابلیت شکل پذیری ندارد.

۶-در کمتر از دمای ۲۱۰ درجه سانتی گراد قابلیت مغناطیسی دارد

پیرلیت (pearlite

۱- تشکیل شده از ۱۳ درصد سمنتیت و ۷۸ درصد فریت

۲- سختی (۱۸۰HB)

استنیت (austenite)

۱- یک محلولی از کربن در آهن گاما .

۲- نرم تر و شکل پذیر تر از فریت .

۳- قابلت مغناطیسی ندارد .

1

 

 

 

 

 

 

 

 

سوربیت (sorbite

۱- خواص آن بین پیرلیت و تروستیت.

۲- سختی. ۳۵۰ HB

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

تروستیت (Troostite

۱- دارای ساختار سوزنی

۲- شامل دو فاز تعادل از فریت و سمنتیت

مارتنسیت (Martensit1

۱-تشکیل شده از تجزیه استنیت با نرخ سرد شدن بالا

۲-شامل کریستال های سوزنی

۳-بسیار ترد و سخت (۷۵۰-۶۵۰ HB)

۴-دارای قابلیت مغناطیسی

 

تبدیل فولاد

عملیات حرارتی فولاد،براساس نمودار تعادل آهن-کربن بوجود آمده است.

تبدیل فولاد توسط حرارت دادن

فولادهای هیپواوتکتوید

کربن < 0/8 درصد

دما ۷۲۳ درجه سانتیگراد

2

 

 

 

 

 

 

 

 

ساختارهای تشکیل شده از فولاد توسط سرد کردن

  1. پیرلیت درشت
  2. پیرلیت ریز یا سوربیت
  3. پیرلیت بسیار ریز یا تروستیت
  4. مارتنسیت

ساختار پیرلیت درشت

اگر ساختار فولاد استنیت باشدو فولاد حرارت داده شده به اهستگی سرد شود ،استنیت تجزیه شده و به پیرلیت درشت تبدیل میشود که مخلوطی از فریت و سمنتیت است

ساختار پیرلیت ریز

اگر فولاد سریع سرد شود ،ساختار ریزتری از تجزیه استنیت حاصل میشود که به آن پیرلیت ریز یا سوربیت میگویند

ساختار پیرلیت بسیار ریز

اگر فولاد بسیار سریع تر سرد شود، ساختار ریز تری از تجزیه استنینت حاصل میشود که به آن تروستیت میگویند

چون سمنتیت در حالت سوربیت و تروستیت دارای ساختار ریزتری میباشد ،دارای سختی بیشتری است.

ساختار مارتنسیت

اگر سرد شدن فولاد به قدری بالا رود که به استنیت فرصت تجزیه شدن به سوربیت و تروستیت را ندهد،استنیت به شکل ساختار سوزنی در می آید که به آن مارتنسیت گفته میشود

مارتنسیت بسیار سخت و ترد است

تشکیل مارتنسیت با سه درصد افزایش حجم در فولاد همراه است

نتیجه ی این سردشدن سریع ،سبب ایجاد تنش های درونی در فولاد میشود.

4

 

 

 

 

 

اهداف عملیات حرارتی

۱-اصلاح قابلیت ماشین کاری

۲-آزاد نمودن تنشهای داخلی

۳-اصلاح خواص مکانیکی مانند قابلیت شکل پذیری،استقامت،سختی،چقرمگی

۴-تغییر اندازه دانه

۵-افزایش مقاومت در برابر حرارت و زنگ زدگی

۶-اصلاح خواص الکتریکی و مغناطیسی

۷-تغییر ترکیب شیمیایی

۸-خارج نمودن گازها

روش های عملیات حرارتی

  • روش بازپخت
  • روش نرماله کردن
  • روش سخت کردن
  • روش ملایم کردن
  • روش سخت کردن پوسته

الف- روش کربوراسیون

ب- روش سیانوراسیون

ج-روش نیتروراسیون

  • روش سخت کردن سطح

الف-روش سخت کردن با جریان القایی

ب-روش سخت کردن با شعله

  • روش پوشش دادن

روش باز پختیکی از مهم ترین روش هایی است که در فولاد ها بکار می رود

روش های باز پخت :

  • ۱- باز پخت کامل
  • ۲- بازپخت تبلور مهدف استفاده از روش باز پخت جدد

هدف استفاده از روش باز پخت :

  • نرم کردن فولاد
  • اصلاح قابلیت ماشین کاری
  • افزودن یا برگرداندن قابلیت شکل پذیری
  • آزاد نمودن تنش های درونی
  • کاهش یا حذف غیر یکنواختی در ساختار فلز
  • ریز نمودن اندازه دانه

روش باز پخت کامل

این روش شامل:

  • حرارت دادن فولاد مختصری بالاتر از نقطه بحرانی
  • نگه داشتن فولاد در این دما برای یک مدت معین
  • آهسته سرد کردن فولاد
  • دمای بازپخت کامل ۳۰ تا ۵۰ درجه سانتیگراد بالای

نقطه Ac3 (خط بحرانی بالاتر از GS) برای فولادهای هیپواوتکتویید.

  • درحدود همین دما بالای نقطه Ac1 (خط بحرانی پایین تر PSK)

برای فولادهای هیپراوتکتویید.

  • نگه داشتن فولاد در این دما به مدت ۳ تا ۴ دقیقه برای هر میلیمتر.
  • آهسته سرد کردن فولاد در کوره یا زیر مواد عایق مانند ماسه ،

آهک ،خاکستر.

نمودار روش بازپخت

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

روش باز پخت تبلور مجدد(بازپخت فرایندی)

هنگام سرد کاری روی فولادسختی و خواص الاستیک زیاد میشودقابلیت شکل پذیری آن کاهش پیدا می کند

  • حرارت دادن فولاد تا دمایی در حدود ۵۰۰ تا ۷۰۰ درجه سانتیگراد
  • نگه داشتن فولاد در این دما در یک زمان معین
  • در نهایت سرد کردن آهسته از این روش در فرایندهای نورد سرد ، کشش عمیق وکشش سیم استفاده می شود.
  • این روش فقط برای فولادهای کم کربن بکار می رودفولاد

روش نرماله کردن

هدف از این روش:

۱- حذف ساختار دانه های درشت

۲-از بین بردن تنش های درونی کسب شده در حین کار

۳- اصلاح خواص مکانیکی فولاد

۴- افزایش استقامت فولاد های دارای کربن متوسط

۵-اصلاح قابلیت ماشین کاری فولاد های کم کربن

فلزکاری دردمای سرد انجام می شودساختار کریستالی فلز از بین می رودفلز ترد و غیر قابل اطمینان می شود

       فرایند نرماله کردن شامل مراحل زیر است:

۱-حرارت دادن فلز تا دمای بین ۴۰تا۵۰درجه سانتی گراد بالای GS وخط بحرانی GSE

۲-نگه داشتن فلزدراین دما برای مدت کوتاهی در حدود۱۵دقیقه

۳-سرد نمودن آن درهوا

7

 

 

 

 

 

 

 

فولاد های نرماله شده، دارای نقاط تسلیم، استقامت کششی،

استقامت ضربه ای بالاتری نسبت به فولادهای باز پخت شده دارند

فولادهای نرماله شده قابلیت شکل پذیری وماشین کاری پایین تری

نسبت به نوع باز پخت شده دارند .

عمل سخت کاری برای قطعات مهم ماشین که کارهای سختی انجام میدهند قطعات ماشین ازجنس فولاداستفاده میشود

اهداف فرایند سخت کاری

  • ایجاد سختی بالا برای مقاومت در برابر سایش وبالا بردن توان، برای بریدن مواد دیگر
  • اصلاح استقامت، انعطاف پذیری، شکل پذیری وچقرمگی

فرایند سخت کاری شامل:

  • حرارت دادن فولاد تادمای نقطه ی بحرانی
  • نگه داشتن داشتن فلز در این دما برای یک مدت مشخص
  • سرد کردن سریع درآب، روغن یا حمام نمک مذاب
  • حرارت دادن فولاد های هیپویوتکتویید تا دمای ۵۰-۳۰ درجه ی سانتی گراد بالای نقاطAc3
  • حرارت دادن فولاد های هایپریوتکتویید تادمای ۵۰-۳۰ درجه ی سانتی گراد بالای نقاط Ac1
  • در حالت اول فریت + پیرلیت                               استنیت
  • در حالت دوم پیرلیت + سمنتیت                          استنیت

 

  • برای سخت کردن فولادهای آلیاژی و فولاد های سرعت بالا

نگه داشتن فولادها در دمای۱۳۰۰-۱۱۰۰درجه سانتی گراد

و سرد کردن در هوا اتفاق می افتد.

اهداف روش ملایم کردن

پابرجاکردن ساختار فاز

کاهش دادن تنش های درونی

کاهش دادن مقداری از سختی

افزایش قابلیت چکش خواری فلز

  • دادن یک ساختار صحیح به فلز،همراه با

چقرمگی و مقاومت در برابر شوک

روش ملایم کردن

وقتی یک قطعه ی فولادی ازمواد سرد کننده بیرون می آیدسخت وترددارای خواص و تنش های درونی غیر یکنواخت

       فرایند ملایم کردن شامل مراحل زیر است :

  • حرارت دادن فولاد بعد از عمل سخت کردن تا دمای زیر نقطه Ac3
  • نگه داشتن فلز در این دما برای مدتی مشخص
  • سرد کردن فولاد بطور آهسته

انواع روش های ملایم کردن

  • ملایم کردن در دمای پایین
  • ملایم کردن در دمای متوسط
  • ملایم کردن در دمای بالا
  • روش ملایم کردن در دمای پایینحرارت دادن فلزدر دمای ۱۵۰ تا ۲۵۰ درجه سانتی گراد
  • آزاد نمودن تنشهای درونی و بالا بردن قابلیت شکل پذیری
  • استفاده در ابزارهای تراش

ملایم کردن در دمای متوسط

  • حرارت دادن فلز در دمای ۳۵۰ تا ۴۵۰ درجه سانتی گراد
  • ساختار فولاد تغییر میکند
  • سختی و استقامت آن پایین می آید
  • قابلیت کشیدگی وشکل پذیری افزایش میابد
  • استفاده در ابزارهایی که در معرض بارهای ضربه ای هستند مانند چکش، قلم ، فنر

ملایم کردن در دمای بالا

  • حرارت دادن فلز در دمای ۵۰۰ تا ۶۵۰ درجه سانتی گراد
  • از بین رفتن تمام تنشهای درونی قطعه
  • افزایش شکل پذیری بدون از دست رفتن سختی
  • استفاده در قطعات ماشین که در معرض تنشهای بالا

و ضربه قرار دارند مانند چرخ دنده، شافت ، میل شاتون

روش سخت کردن پوسته

  • کربوراسیون
  • سیانوراسیون
  • نیتروراسیون

اهداف روش کربوراسیون

  • برای سخت کردن سطح فولاد بکار می رود.
  • فولاد مورد نظر در حدود ۰/۱۵ درصد کربن
  • با عمل سخت کردن لایه خارجی محصول به فولادی با کربن ۰/۹تا

۱/۲درصد می رسد.

  • قطعه دارای سطح بسیار سخت و داخل آن شکل پذیر خواهد بود.

 

روش کربوراسیون

  • آهن یا فولاد را در مجاورت مواد کربن دار مثل چوب، چرم یا زغال با ترکیبات مانند باریم ، کلسیم یا سدیم حرارت می دهند.
  • آهن در دمای نزدیک به حرارت بحرانی به کربن وابستگی پیدا می کند.
  • کربن در این دما وارد اهن شده و تشکیل محلول جامد می دهد.
  • سطح خارجی اهن به یک فولاد با کربن بالا تبدیل می شود.
  • فولاد های آلیاژی را در روغن و فولادهای کربنی را در آب سرد می کنند.
  • این عمل باعث سخت شدن پوسته و تشکیل دانه های ریز می شود.
  • مغز قطعه خواص فولاد کم کربن را در خود نگه داشته و نرم باقی می ماند.

روش سیانوراسیون

  • فرو بردن فولادهای کم کربن وفولاد های با کربن متوسط را در حمام های نمک مذاب، محتوی سیانور در دمای ۸۰۰ تا ۹۰۰ درجه سانتی گراد
  • سرد کردن فولاد در آب یا روغن
  • علت سخت شدن آن ، وجود ترکیبات نیتروژن و کربن در سطح فولاد است.
  • حمامی محتوی یک سوم از مواد کلرید سدیم ، کربنات سدیم و سیانور سدیم بکار می رود.
  • با این روش سطح قطعات فولادی سخت می شود.
  • روش سیانوراسیون برای پوسته هایی با حداکثر ضخامت

۸/۰ میلی متر استفاده می شود

روش نیتروراسیون

  • برای ایجاد سطح سخت ، روی فولادهای آلیاژی
  • حرارت دادن فولاد با گاز آمونیاک در دمای ۵۰۰ تا ۶۵۰ درجه سانتی گراد
  • جدا شدن نیتروژن از آمونیاک و ترکیب شدن با عناصر موجود در فولاد

سختی سطح افزایش میابد

  • تشکیل یک لایه سخت به ضخامت۲ /۰ تا ۰/۴ میلیمتر در ۵۰ ساعت
  • از فرایند نیتروراسیون برای سخت کردن قطعات خودرو ، هواپیما، قطعات

فرساینده ی موتورهای دیزل ، شافت ها ، قالب ها، دنده ، کلاچ

روش سخت کردن سطح

  • روش سخت کردن با شعله
  • روش سخت کردن با روش القایی

روش سخت کردن با روش القایی

  • این روش شامل حرارت دادن،سریع سرد کردن سطوح فرساینده می باشد.
  • عبور جریانی با فرکانس بالا، در حدود۲۰۰۰هرتز از یک بلوک مسی
  • دمای سخت کاری در حدود ۷۵۰ تا۷۶۰ درجه ی سانتی گراد برای فولاد کربنی و۷۹۰تا۸۰۰ درجه ی سانتی گراد برای فولاد آلیاژی می باشد.

روش سخت کردن با شعله

  • همانند فرایند جریان القایی توسط شعله ی اکسی استیلن حرارت داده شده وسطح آن به طور سریع باآب سرد می شود.
  • به خاطر سرعت در حرارت دادن ، برای سخت کردن عمق محدود مناسب است.
  • سخت کردن با شعله ، امکان سخت کردن بخشی ازقطعه راکه نمی توان در کوره قرار داد، ممکن می سازد.
  • زمان لازم برای حرارت دادن باشعله کمتر از کوره است.

روش پوشش دادن

  • پوشش دادن با حرارت بالا ونگه داشتن قطعات فولادی در تماس با یکی از عناصر ذکر شده انجام میشود.
  • سطح فولاد را باآلومینیوم ، کرم ، سیلیکن ، بورون ، بریلیوم آغشته واشباع میکنند.
  • بااین فرایند مقاومت در دمای بالا ، مقاومت در برابر زنگ زدگی ومقاومت در برابر سایش حاصل میشود.

منابع

  • کتاب عملیات حرارتی فولاد ها نوشته ی دکتر گلعذار
  • جزوه علم مواد استاد حمید سازگاران
  • http://forum.iran-mavad.com/archive/index.php/t-788.html

 

درخواست انجام پروژه آنالیز تصویر

همچنین ببینید

Untitled-22

بررسی قابلیت ماشینکاری قطعات متالورژی پودر خام و تف جوشی شده آهن/چدن آسیاب پاششی شده

در این تحقیق به بررسی قابلیت ماشینکاری قطعات متالورژی پودر خام و تف‌جوشی شده آهن-چدن …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.