شنبه , ۲۰ آذر ۱۳۹۵
دانلود رایگان نرم افزار آنالیز تصویر + فیلم آموزشی
سخت کاری سطحی

سخت کاری سطحی به روش کربوناسیون و نیتراسیون

سخت کاری سطحی به روش کربوناسیون و نیتراسیون

ارسالی از : مهدی پرورش ولدی

انواع عملیات حرارتی سطح
– عملیات بهبود مقاومت سایشی
– عملیات سطحی فقط برای بهبود خواص سطح فولاد
عملیات و پوششهای سطحی که در این فصل شرح داده می‌شوند، فقط برای افزایش مقاومت سایشی سطح فولادها هستند. این عملیات و پوششها نمی‌توانند از ابزارها و قالبهایی که دارای طراحی ضعیف هستند، به درستی عملیات حرارتی نشده‌اند و یا جنس آنها مناسب نیست، محافظت نمایند و دیگر عیوب فولاد را بپوشاند.
پوششهای سطحی باید یک زیرکار صلب و محکم به عنوان تکیه‌گاه داشته باشند. همچنین باید نوع فولادی که به عنوان یک زیرکار (Substrate) انتخاب می‌شود، مناسب باشد. مثلاً اگر ابزار در معرض ضربه است و باید چقرمه باشد، باید از یک فولاد و هم روش عملیات یا پوششی سطحی با دقت انتخاب شوند، ابزار حاصل در تولید خیلی خوب عمل خواهد کرد. مزایای استفاده از یک ابزار خوب عبارتند از:
• یک روند تولید طولانی و بدون وقفه،
• کاهش نگهداری و تعمیر ابزار و قالب،
• کاهش مصرف مواد روانکار،
• افزایش عمر ابزار و کارآیی آن و
• تولید قطعاتی با کیفیت بالاتر.
برای بهبود هر چه بیشتر توان کاری یک ابزار، مثلاً کاهش سایش در قالبها، کاهش نیاز به مواد روانکار و محافظت از سطح ابزارها، لازم است عملیات سطحی یا پوششهای سطحی (نظیر آبکاری کرم، نیتراسیون یونی، نفوذ حرارتی و غیره) بر روی ابزارها و قالبها اجرا گردد.
عملیات سطحی نباید بر روی قطعاتی که دارای عیوب ساختاری هستند و با دقت ساخته نشده‌اند، انجام شوند، زیرا این عملیات نمی‌تواند اینگونه عیوب و ضعفها را برطرف کند. حتی ممکن است اجرای عملیات سطحی به تشدید عیوب در یک قطعه منجر شود و به علاوه زمان و پول نیز به هدر خواهد رفت. عملیات سطحی باید بر روی ابزارهایی که از فولادهای مرغوب ساخته شده‌اند و شزایط ساخت بهینه‌ای داشته‌اند، انجام شود.

یک زیرساختار محکم
خواص فولاد به کار رفته در یک قالب یا ابزار، که زیرساخت عملیات سطحی آن نیز محسوب می‌شود، در عمر کار آن بیشترین تأثیر را دارد. بنابراین برای اینکه یک زیرساخت، بتواند پایه‌ای مناسب برای اجرای عملیات یا پوششهای سطحی باشد، باید کیفیتهای زیر را احراز کند:
• دارای طراحی خوبی باشد، یعنی حتی‌المقدور عاری از فرمهای تنش‌زا باشد تا در عملیات حرارتی یا به هنگام تولید دچار ترک و خرابی زودرس نشود،
• از فولاد مناسبی ساخته شده و سطح سختی آن نیز متناسب با نوع فولاد و کاربرد ابزار باشد تا بتواند خواص فیزیکی و متالورزیکی مورد انتظار را برآورده کرده و حداکثر کارآیی را از خد نشان دهد و به هنگام عملیات حرارتی، دقت و توجه کافی به جنبه‌های مختلف این عملیات شده باشد، تا علاوه بر سختی، دیگر خواص فیزیکی و متالورژیکی مورد نیاز در آن ایجاد گردد.
بسیاری از ابزارها و قالبها به دلیل وجود عیوب حاصل از طراحی نامناسب، عملیات حرارتی ضعیف و انتخاب فولاد نامناسب، به هنگام تولید خیلی زود از بین می‌روند. البته تجربه نشانداده است که علت اصلی این عیوب، عملیات حرارتی نامناسب بر روی فولاد بوده است. عدم توانایی در حفظ ترکیب شیمیایی سطح فولاد به هنگام گرم کردن، کوئنچ کردن فولاد در حالی که هنوز به قدر کافی گرم نشده است، عملیات تمپرینگ ناکافی و گرم کردن بیش از حد فولاد برای سختکاری از جمله این علل هستند. بنابراین بدون در نظر گرفتن اینکه عملیات سطحی می‌تواند بر کیفیت مقاومت سایشی فولاد بیفزاید، باید ابزار فولاد با دقت و حوصله و در شرایط بهینه عملیات حرارتی شود.
عملیات حرارتی
عملیات حرارتی (Heat Treatment) فلزات و آلیاژهای فلزی در مفهوم کلی عبارت است از گرم و سرد کردن کنترل شده در حالت جامد و بدون ایجاد تغییر شکل در آنها، جهت رسیدن به خواص مطلوب فیزیکی و مکانیکی.
گاهی سهوا حین فرایند تولید، که شامل گرم کردن و سرد کردن می باشد نیز ممکن است این عملیات رخ دهد مانند؛ فرایندهای جوشکاری و شکل دهی

اهمیت تجاری عملیات حرارتی
نکته حائز اهمیت این است که تقریبا اکثر فلزات و آلیاژها قابلیت انجام عملیات حرارتی را دارند ولی عکس العمل آنها در برابر این تغییر متفاوت بوده و با توجه به نوع فلز و آلیاژ فرق می کند. به عنوان مثال؛ تقریبا هر فلز و آلیاژی را می توان با عملیات حرارتی نرم کرد ولی آلیاژهایی که با عملیات حرارتی سخت شوند، محدود است.
یکی از علل مهمی که تولید فولاد بالا بوده و کاربردهای فراوانی در صنعت دارد، واکنش آن نسبت به عملیات حرارتی می باشد. بسیاری از آلیاژهای غیر آهنی نیز مانند آلومینیوم، نیکل، منیزیم و تیتانیوم را می توان با روش های عملیات حرارتی مشابه عملیات فولادها مقاوم کرد که البته درجه مقاوم شدن در این دو مورد کاملا متفاوت است.
دسته بندی فرآیندهای عملیات حرارتی
عملیات حرارتی انواع مختلفی داشته و هر کدام اثرات ریز ساختاری متفاوتی دارد. عنوان هایی که از نظر علمی و تکنیکی برای فرایندهای مختلف عملیات حرارتی به کار می رود، مناسب است اما در بعضی موارد به دلیل اینکه یک نوع عملیات حرارتی برای هدف های مختلف انجام می شود، تناسبی بین عملیات حرارتی و روند آن وجود ندارد. مثلا؛ عملیات تنش گیری(Stress relieving) و برگشت (Temper) هر دو با تجهیزات مشابه و پروسه های یکسان از نظر دما و زمان انجام می شود، ولی هدف از انجام آنها متفاوت است.
کل فرایندهای عملیات حرارتی از نظر نوع ماده به دودسته آهنی و غیرآهنی تقسیم می شود، که آهنی ها شامل فولاد و چدن و غیر آهنی ها شامل آلیاژهای آلومینیوم، منیزیم، تیتانیوم، مس و موارد دیگر می باشد.
عملیات حرارتی فولادها و چدن ها
عملیات حرارتی که در مورد فولادها و چدن ها به کار می رود به چند دسته اصلی تقسیم می شود که در زیر آورده شده است:
۱- همگن کردن – homogenization
۲- آنیل کردن (بازپخت) Annealing-
عملیات بازپخت خود به چند دسته تقسیم می شود:
• بازپخت کامل – Full Annealing
• نرمالیزاسیون – Normalizing
• تنش گیری – Stress relieving
محدوده حرارت دهی برخی فرایندها در شکل زیر آورده شده است.

Untitled

۳ – آستنیت زایی Austenitizing-
۴ – کوئنچینگ (آب دهی) Quenching –
۵ – تمپر کردن (برگشت) Tempering –
۶ – آستمپرینگ – Austempering
۷ – مارتمپرینگ – Martempering
۸ – کربن دهی (کربوره کردن) Carburizing –
۹ – کربن و نیتروژن دهی (کربو نیتریده کردن) Carbonitriding –
۱۰ – سیانوراسیون Cyaniding –
۱۱ – نیتروژن دهی (نیتروره کردن) Nitriding –
۱۲ – نیتروژن و کربن دهی (نیترو کربوره کردن) Nitrocaburrizing –
۱۳- کروی کردن – Spherodizing
۱۴- سخت کردن شعله ای – Flame Hardening
روش های ۸ تا ۱۴ در رده روشهای عملیات حرارتی برای سخت کاری سطحی قرار می گیرد.
عملیات حرارتی آلیاژهای غیرآهنی
۱- آنیل کردن
۲- همگن کردن
۳- رسوب سختی
۴- کارسختی
سخت کاری (سخت کردن) سطحی:
سخت کاری یا سخت کردن سطحی (Surface or Case Hardening) نوعی عملیات حرارتی که در آن با استفاده از شرایط خاص کاری و محیطی سطح قطعه را سخت کرده در حالی که ترکیب شیمیایی داخل قطعه تغییر نمی کند و در نهایت قطعه ای حاصل می شود که سختی سطحی مطلوب در کنار {{چقرمه}} بودن دارد.
بسیاری از قطعات فولادی را می توان به نحوی عملیات حرارتی کرد که نهایتا در عین حال که از مقاومت به {{سایش}} خوبی برخوردار باشند دارای استحکام دینامیکی خوبی نیز باشند. این نوع عملیات حرارتی که اصطلاحا به سخت کردن سطحی موسوم است، آخرین عملیاتی بوده که باید در مرحله پایانی ساخت قطعه و پس از انجام تمام مراحل مربوط به شکل دادن نظیر ماشین کاری و غیره انجام گیرد.
علت انجام سخت کاری سطحی
در بسیاری از کاربردهای صنعتی نیاز به قطعاتی است که دارای سطحی سخت بوده و در عین حال از چقرمگی یا تافنس ضربه ای خوبی برخوردار باشند. از جمله این موارد، قطعاتی نظیر میل لنگ، میل بادامک و چرخدنده ها بوده که باید سطحی بسیار سخت و مقاوم در برابر سایش داشته باشند و در عین حال چقرمه و مقاوم در برابر ضربات وارد حین کار باشند.

سخت کاری سطحی

انواع روش های سخت کاری سطحی
روش های مختلف عملیات حرارتی که به کمک آن می توان سطح قطعات را سخت کرد، عمدتا به دو دسته تقسیم می شوند:
۱- عملیات هایی که منجر به تغییر ترکیب شیمیایی سطح فولاد شود و به عملیات حرارتی – شیمیایی معروف است، مانند؛
• کربوره کردن (کربن دهی) – Carburizing
• نیتریده کردن (نیتروژن دهی) – Nitriding
• کربو نیتریده کردن – Carbonitriding
• نیترو کربوره کردن – Nitrocarburazing
که کربن دهی پر کاربردترین آن ها می باشد.
۲- روش هایی که بدون تغییر ترکیب شیمیایی سطح و فقط به کمک عملیات حرارتی که در لایه سطحی متمرکز شده و باعث سخت شدن سطح می شوند و به عملیات حرارتی موضعی موسومند، نظیر؛

• سخت کردن شعله ای
• سخت کردن القایی

کربن دهی (کربوره کردن)
کربن دهی یا کربوره کردن (Carburizing) یکی از روش های سخت کردن سطحی بوده که در آن با افزایش درصد کربن سطح قطعه فولادی، سطحی سخت بدست می آید. در این عملیات، ابتدا آلیاژ مورد نظر در محیط غنی از کربن (مایع، جامد و گاز) تا دمای معینی گرم شده و مدتی در این دما نگه داشته می شود. تحت این شرایط، اختلاف غلظت کربن در سطح و مغز باعث می شود تا کربن اتمی در محدوده حرارتی ۹۰۰ تا ۱۰۴۰ درجه سانتی گراد به درون آلیاژ آهنی (در حالت جامد) نفوذ می کند. به این ترتیب لایه پرکربنی به دست آمده که با کوئنچ کردن، سخت می شود. ممکن است قطعه کربورایز شده از دمای کوئنچ تا دمای محیط آرام سرد شده و سپس کوئنچ شود.

انواع کربن دهی (کربوره کردن)
بر اساس نوع محیط به کار رفته برای کربوره کردن، این روش به سه دسته تقسیم می شود:
۱- کربوره کردن جامد
۲- کربوره کردن مایع
۳- کربوره کردن گازی

درنهایت قطعه ای ساخته می شود که مغز آن فولاد کم کربن و سطح را فولاد پر کربن تشکیل می دهد.
کربوره کردن (کربن دهی) carburizing
دراین روش فولادکم کربن را به منطقه دمایی آستنیت برده و با افزایش پتانسیل کربن کوره یک شیب غلظتی بین محیط و سطح قطعه ایجاد می کنیم در این حالت کربن طی دو مرحله
الف- جذب سطحی
ب- نفوذ کربن به داخل سطح
به داخل سطح نفوذ کرده و پس از آن با سریع سرد کردن ساختار مارتنزیتی در سطح بوجود می آوریم با توجه به اینکه جهت کربوره کردن ازفولادهای کم کربن استفاده می کنیم پس از سریع سرد کردن مغز یا عمق قطعه سخت نمی شود
به طورکلی سه روش کربوره کردن داریم
۱-جامد
۲-مایع
۳-گازی
که می توان گفت در هر سه روش واکنش زیر حتما وجود دارد
۲Co→Co2+c
در اثر جذب سطحی یک شیب غلظتی بین سطح وزیرسطح اتفاق می افتد ، میزان جذب کربن در یک سطح عمدتا توسط دو پارامتر کنترل می شود
۱-واکنشی که بین اجزا تشکیل دهنده محیط ((Co,Co2 و محلول جامد آستنیت انجام می گیرد
۲- سرعت نفوذ کربن از سطح به داخل آستنیت
روش های کربوره کردن
۱-کربوره جامد (کربن دهی مایع)
در این روش قطات در داخل بک جعبه فولادی قرار داده شده و هوا وکربن به علاوه عامل انرژی زا در کنار قطعات قرار می گیر و سپس جعبه توسط آزبست از بیرون ایزوله می شود سپس جعبه را در کوره قرار داده و به منطقه آستنیت برده تا عملیات کربوره اتفاق بافتد ،عامل کربن ده شامل کک و عامل کربن زا نظیر ذغال و حدود ۶ تا ۲۰ درصد مواد انرژی زا و یکی از نمک های کربنات مانند کربنات سدیم ،کربنات باریم یا کربنات پتاسیم در این فرآیند استفاده می شود در ابتدای کار اکسیژن حبس شده در جهبه با زغال ترکیب شده و co2 تولید می کند سپس co2 در دمای بالاتر با ذغال ترکیب شده و گاز co تولید می کند به طور کلی این روش از لحاظ ظرف-آزبست . کار گرم مقرون به صرفه نیست

۲-کربوره مایع (کربن دهی مایع)
در این روش از حمامهای سیانوری که مخلوطی از مذاب نمک ها شامل ۱۰ تا ۵۰ درصد سیانور فلزات قلیایی نظیر سیانور سدیم یا سیانور پتاسیم و حداکثر ۴۰ درصد کربنات سدیم و مقادیر متفاوتی از کلرید سدیم،کلرید پتاسیم ویا کلرید باریم در محدوده دمایی ۸۵۰ تا ۹۵۰ انجام می گیرد در این حمامها عامل کربن زا نمک های سیانور می باشد قابل ذکر است این روش بسیار سمی می باشد
۳- کربوره گازی (کربن دهی گازی)
در تولید انبوه قطعات این روش اقتصادی ترین روش می باشد از طرفی مکانیزه کردن این روش نسبت به دو روش قبل امکان پذیرتر می باشد .این روش ار نظر اقتصادی مقرون به صرفه و سرعت بالایی دارد و نیاز به نیروی انسانی کمتری نیز دارد
معمول ترین منبع تولید کربن در اینروش گاز طبیعی (CH4)می باشد ولی به این دلیل که این گاز غنی از هیدرو کربن می باشد در صورتی که به تنهایی استفاده شود بر روی قطعه دوده ایجاد می شود که مانع جذب کربن می شود بنابراین یک گاز حامل بنام گاز اندوترمیک (مخلوط هوای فشرده و گاز طبیعی را به نسبت ۲ به ۱ و در دامنه حرارتی ۱۰۴۰ تا ۱۲۰۰د درجه از یک بستر نیکل عبور می دهند که نیکل به عنوان کاتالیزور واکنش می باشد و در نتیجه واکنش زیر اتفاق می افتد
۲CH4+O2+3/8N2→۲C0+4H2+3/8N2
برای جلوگیری از تشکیل دوده این گاز را سریعا تا دمای ۳۱۵ درجه سانتیگراد سرد می کنند بنابراین اتمسفر کوره ای که برای کربن دهی به روش گازی استفاده می شود شامل یک گاز اندوترمیک به عنوان حامل و یک هیدرو کربن نظیر متان یا پروپان به عنوان یک عامل کربن زا می باشد برای جلوگیری از نفوذ هوا به داخل کوره باید فشار گاز داخل کوره باید فشار گاز داخل کوره در حین کربن دهی بیشتر از فشار اتمسفر باشد
کربن دهی موضعی یا انتخابی
الف-استفاده از پوشش مسی به ضخامت ۳۰ الی ۴۰ میکرون
ب-استفاده از خمیر های محافظ
ج-استفاده از ضخامت اضافه در قسمت هایی که نباید کربوره شوند
عملیات حرارتی قطعات کربن دهی شده
الف-سخت کردن مستقیم : در این رو قطعه پس از کربن دهی و از همان دما مستقیم و بلافاصله به محیط سرد کننده که معمولا روغن می باشد انتقال داده می شود این روش برای شکل های ساده استفاده می شود به علاوه در جاهایی که درصد کربن وضخامت لایه کربوره زیاد نباشد می توان از این روش استفاده کرد بایستی دقت شود که دما وزمان کربن دهی باید در حدی باشد که از درشت شدن دانه ها جلوگیری شود
ب- سخت کردن یک مرحله ای : در این روش بعد از کربن دهی قطعه به آرامی تا دمای اتاق سرد می شود پس با توجه به درصد کربن سطح آن را در دمای ماسب آستنیته کرده و در محیط مناسب سرد می کنیم (روغن به علت شوک حرارتیی پایین)
ج-سخت کردن دومرحله ایی : قطعه را پس از کربن دهی به آهستگی تا دمای اتاق سرد می کنیم سپس آن را در درجه حرارتی در حدود ۸۵۰ تا ۹۰۰ درجه سانتیگراد آستنیته کرده و سریعا سرد می کنیم پس از آن قطعه را در دمای پایین تر حدود ۷۸۰ تا ۸۲۰ مجدد آستنیته کرده و سریع سرد می کنیم
پس از عملیات کربن دهی قطعه حتما باید تمپر شود که معمولا در دمای زیر ۲۰۰ درجه انجام می شود
باتوجه به اینکه فرآیند کربوره یک عملیات سطحی می باشد و کربن به داخل شبکه نفوذ کرده و شبکه دچار انبساط می شود و سطح قطعه دچار تنش های فشاری می شود بنابر این مقاومت خستگی بالا می رود
تعریف پتانسیل کربن
درصد کربن یک صفحه بیار نازک از فولاد کم کربن وقتی که بین کربن محیط و کربن نمونه تعادل برقرار باشد
۲CO→CO2+C
در صورتی که این واکن به سمت راست حرکت کند عمل کربوره شدن اتفاق می افتد و کربوره شدن تا زمانی که واکنش به تعادل برسد ادامه می یابد که این واکنش پایه واساس فرآیندهای کربن دهی می باشد پس از رسیدن به پتانسیل مشخص کربن درصد مشخصی از کربن توسط فولاد جذب سطحی می شود و در ادامه عمق نفوذ آن توسط سرعت نفوذ آن به داخل آستنیت که خود تابع دما و زمان می باشد مشخص می شود
فولادهای مناسب برای کربن دهی
به طور کلی فولادهای کم کربن مناسبند که در این صورت استحکام به ضربه وانعطاف پذیری را نیز داریم ولی در صورتی که نیاز به استحکام بالاتر باشد از عناصر آلیاژی نظیر کرم-مولیبدن-منگنز و نیکل نیز استفاده می شود
نحوه سنجش ضخات لایه کربن داده شده
دو روش داریم
۱-روش متالوگرافی :قطعه کربن داده شده را مقطع زده و زیر میکروسکوپ نوری و یا توسط یک ذره بین لایه کربوره را اندازه می گیریم
۲-روش سختی سنجی میکرو: قطعه را مقطع زده و مقطع نمونه را از سطح به مغز با نیروی بسیار کم ۱Kpb=100 gr توسط روش ویکرز سختی سنجی می شود و نمودار پروفیل سختی را بر حسب فاصله از سطح قطعه رسم می کنیم تاجایی که سختی ۵۵۰ ویکرز باشد را می توان ضخامت لایه کربوره در نظر گرفت
کربن دهی دو اشکال اساسی دارد
۱- دمای بالا که باعث تغییرات ابعادی قطعات می شود
۲- شوک حرارتی
که به طور کلی هر دو باعث تاب بر داشتن قطعه می شود

روش کربوره کردن فولاد :

موقعی که یک قطعه فولاد کم کربن (۰٫۱۵١%) را در موادکربن دار(مثل ذغال ) قرار داده و در درجه حرارت بالایی نظیر ۹۲۵ درجه سانتی گراد حرارت دهیم،کربن از ماده کربن دار به داخل سطح قطعه نفوذ می کند که در مدت چند ساعت سطح قطعه در حدود ۱٫۲ % کربن به خود جذب خواهد کرد ، و به این طریق می توان قطعه ای بدست آوردکه مغز آن را فولاد کم کربن و سطح آن را فولاد پر کربن تشکیل داده است .
اگر قطعه ی مزبور را سخت کنیم در سطح قطعه مارتنزیت پر کربن تشکیل می شود و دارای سختی زیادی است، این در حالی است که مغزقطعه همان درصدکربن اولیه را داراست (۰٫۱۵%) واز تافنس خوبی برخوردار است .
۱- کربوره کردن جامد :در این روش قطعه فولاد کم کربن را به همراه مواد کربوره کردن فولاد مثل ذغال سنگ در داخل یک قوطی در بسته گذاشته وسپس ۸۷۵ تا۹۲۵ درجه حرارت می دهند که با افزایش درجه حرارت ویا زمان کربوره کردن ، ضخامت لایه کربوره شده افزایش می یابد. قطعه رابه علت اینکه ممکن است در آن شکست ایجاد شود ویا سختی آن کاهش یابد،مستقیماً کوئینچ نمی کنند و ممکن است درهوا ویا در قوطی سمانتاسیون سرد کنند وسپس تا درجه حرارت سخت کردن مناسب حرارت داده ودرآب یا روغن کوئینچ کنند.
۲- کربوره کردن مایع : دراین روش قطعه در مذاب مخلوط های نمک سیانید سدیم (۲۰تا۵۰) درصد و کربنات سدیم (۴۰) درصد با مقادیری کلرید باریم و کلرید سدیم در دمای ۸۷۰ تا ۹۵۰ به صورت معلق در مذاب فوق به مدت ۵ دقیقه کربوره می شود.
-۳کربوره کردن گازی: در این روش قطعه را در ۹۰۰ در جه به مدت ۳ تا ۴ ساعت در اتمسفری که شامل گاز هایی نظیر متان ) CH4 ) ویا پروپان کربوره می کنند .
مراحل کار:
نمونه تهیه شده را که یک فولاد ۳۷ST است رادر ظرفی با ۸۰%زغال سنگ ،۱۵% ،۲٫۵ تا ۵%کربنات سدیم قرار می دهیم و پس از مدت چند ساعت نمونه را خارج کرده و جهت صاف شدن سطح و مشاهده آن، پولیش می کنیم و سختی آن را اندازه گیری می نماییم که حدود ۶۱RA و سپس قطعه را مطابق توضیحات تئوری آزمایش مجدداً حرارت داده و پس از ۱۰ دقیقه آن را از کوره در آورده و پولیش می نماییم و ساختارآن را مشاهده وسختی آنرا بدست می آوریم که این فولاد در حدود ۸۳RA و ساختار مارتنزیتی داشت.و تاثیر کربوره کردن فولاد با این تست سختی به خوبی قابل مشاهده می گردد.
هنگامی که یک قطعه فولاد کم کربن مثلا ۰٫۱۵% را در مواد کربن دار مثلا ذغال قرار داده و در درجه حرارت بالایی نظیر ۹۲۵C حرارت دهیم کربن از ماده کربن دار به داخل سطح قطعه نفوذ می کند.گرچه عملیات فوق به زمان دارد ولی در مدت چند ساعت سطح قطعه مقدار قابل ملاحظه ای کربن تا ۱٫۲% جذب خواهد کرد. اگر قطعه مزبور را سخت کنیم در سطح مارتنزیت پرکربن تشکیل شده و بنابراین از سختی زیادی برخوردار خواهد بود در حالیکه مغزازچقرمگی خوبی برخوردارخواهدبود.
عمق نفوذ کربن بر حسب فاصله از سطح از رابطه زیر بدست می آید:

Untitled

Cs:درصد کربن سطح
Co:درصد کربن اولیه فولاد قبل از کربوره کردن
Cc:درصد کربن در فاصله Xاز سطح
X:فاصله از سطح(cm)
D:ضریب دیفوزیون کربن در آستنیت(cm2/sec)
t:زمان کربوره شدن
کربوره کردن جامد
در این روش قطعات مورد نظر را با مواد کربوره کننده که معمولا ذغال چوب و یک ماده انرژی زا می باشد کربن دهی می کنند . درجه حرارت کربوره کردن معمولا بین ۸۷۵_۹۲۵C است .زمان نگهداری بستگی به ضخامت دارد.
عامل اصلی کربوره کننده گاز مونوکسید کربن است:
۲CO+O2→۲CO
۲CO→CO2+C(atm)
نقش مواد انرژی زا:
BaCO3→CO2+BaO
CO2+C→۲CO
مناسب ترین روش به صورت سیکل عملیاتی زیر می باشد

Untitled

کربوره کردن مایع
کربوره کردن مایع در مذاب مخلوط نمکهای سیانید سدیم کربنات سدیم و مقادیر مشابهی از کلرید سدیم و یا کلرید باریم در درجه حرارت ۷۸۰_۹۵۰C می گیرد.واکنش های انجام شده به قرار زیر است:
۲NaCN+O2→۲NaCNO
۸NaCNO→۴NaCN+2Na2CO3+2CO+4N(atm)
۲CO↔CO2+C(atm)
کربن دهی گازی
معمولا از هیدروکربن ها نظیر متان اتان یا پروپان در دمای ۹۰۰C به مدت ۳_۴hr استفاده می شود.واکنش های انجام شده به قرار زیر است:
۲CO↔CO2+C(atm)
CH4↔۲H2+C(atm)
CO+H2↔H2O+C(atm
CO2+CH4↔۲H2+2CO

نیتروژن دهی (نیتریده کردن)
نیتروژن دهی یا نیتریده کردن (Nitriding)، نوعی عملیات سخت کاری سطحی بوده که در آن آلیاژهای آهنی ویژه، در محیط غنی از نیتروژن تا دمای پایین تر از دمای AC1 گرم شده و با نگهداری در این دما به مدت زمان کافی، نیتروژن به داخل آلیاژ نفوذ می کند. با نفوذ نیتروژن و تشکیل انواع نیتریدها، لایه سطحی آلیاژ سخت می گردد. بنابراین بعد این عملیات نیازی به کوئنچ کردن نمی باشد.
نیتروژن این فرایند را می توان از تجزیه آمونیاک گازی و یا نمک های سیانیدی تامین کرد. شکل زیر سیستم نیتروژن دهی مایع را نشان می دهد.

علت سخت شدن در نیتروژن دهی (نیتروره کردن)
سختی سطح در این روش بستگی به نیترید فلزی تشکیل شده دارد و تنها زمانی می توان سختی بالایی در سطح بدست آورد که قطعه مورد نظر از جنس فولادهای آلیاژی مخصوص و شامل عناصر آلیاژی نظیر آلومینیوم، کروم، مولیبدن و یا وانادیم باشد. این عناصر به محض تماس با نیتروژن اتمی در سطح قطعه، با آن ترکیب شده و تشکیل نیتریدهای پایدار و سخت می دهند.
انواع نیتریدهای تشکیل شده در نیتروژن دهی(نیتروره کردن)
با توجه به نمودار تعادلی آهن – نیتروژن، فازهایی که در ضمن این عملیات در لایه سطحی فولاد ساده کربنی تشکیل می شود را می توان مشخص کرد. به ترتیب افزایش درصد نیتروژن عبارتند از :
۱- نیترید آلفا : محلول جامد نیتروژن در آهن با شبکه BCC
۲- نیترید گاما پیرین : اگر مقدار نیتروژن موجود بیشتر از حد حلالیت آن در فاز آلفا باشد
۳- نیترید اپسیلن : اگر مقدار نیتروژن بیشتر از ۶ درصد باشد.
۴- نیترید زتا : اگر نیتروژن بیشتر از ۱۱ درصد و دما کمتر از ۵۰۰ درجه سانتی گراد باشد
۵- نیترید گاما : محلول جامد بین نشین نیتروژن در آهن FCC و دما بالاتر از ۵۹۰ درجه سانتی گراد باشد
نیتروژن با برخی از عناصر آلیاژی ترکیب شده و تشکیل کاربید آلیاژی می دهد مانند نیتریدهای کروم، نیترید تیتانیوم، نیتیرید آلومینیوم و موارد دیگر، که در واقع سختی زیاد لایه های سطحی فولادهای نیتریده شده ناشی از وجود همین ذرات بسیار ریز و پراکنده نیتریدهای آلیاژی می باشد.

کربن و نیتروژن دهی (کربونیتریده کردن)
کربن و نیتروژن دهی یا کربونیتراسیون (Carbonitriding)، از دسته عملیات حرارتی هایی می باشد که برای سخت کردن سطحی به کار رفته و در آن نیتروژن و کربن هر دو جذب سطحی فولاد شده که در نتیجه آن، نیتروژن جذب شده، سختی سطح کربوره شده را نسبت به حالتی که تنها کربوره شود، افزایش بیشتری می دهد. در این عملیات، آلیاژهای آهنی (غالبا فولادهای کم کربن) در محیط گازی غنی از کربن و نیتروژن تا بالاتر از دمای A3 گرم شده که تحت این شرایط کربن و نیتروژن همزمان به داخل آلیاژ نفوذ می کنند. به این ترتیب لایه یا قشر غنی از کربن و نیتروژن در سطح آلیاژ به وجود آمده که با کوئنچ کاملا سخت می شود. زیاد بودن سختی سطح و نرم ماندن مغز باعث می شود تا خواص دینامیکی و مکانیکی آلیاژ تا حد مطلوبی بهبود یابد.

نیتراسیون گازی
در عملیات نیتراسیون گازی (Gas nitriding)،‌ قطعه کار در یک کوره با اتمسفر گاز آمونیاک تا دمای ۹۰۰-۱۱۵۰۰F (482-6210C) به مدت طولانی حرارت داده می‌شود. بدین ترتیب در ضخامت کمی از سطح فولاد، نیتریدهایی تشکیل می‌شود که خیلی سخت هستند. ابزارهای نیتروره شده، مقاومت سایشی فوق‌العاده‌ای دارند و سطح آنها کم اصطکاک است، به طوری که از چسبندگی و جوش خوردن آنها به قطعات مجاور جلوگیری می‌شود. مخصوصا در مواردی که سایش فلز بر روی فلز مطرح باشد، استفاده از نیتراسیون مفید خواهد بود. مقاومت در برابر خستگی ابزارهای تیروره شده نیز بالا است.
سیانوره کردن
سیانوره کردن یا غوطه‌ور کردن فولاد در حمام سدیم سیانید در محدوده دمایی ۱۳۵۰-۱۶۰۰۰F (732-8710C) یعنی کمی بالاتر از دمای تبدیل ساختاری فولاد انجام می‌شود. انتخاب دمای حمام بستگی به گرید فولاد دارد. با توجه به نیتریدها در این حمام، یک لایه سطحی بسیار سخت بر روی ابزار فولادی به وجود می‌آید که مقاومت سایشی خیلی زیادی (نزدیک به مقاومت سایشی فولادهای نیتروژه شده) خواهد داشت.

تفاوت کربوره کردن با کربونیتریده کردن
گرچه در کربوره کردن مایع نیز تقریبا همین کار انجام می شود ولی لغت کربونیتریده کردن معمولا به سخت کردن سطحی که در آن از اتمسفر گازی استفاده می شود، اطلاق می گردد.
این عملیات معمولا در دامنه حرارتی ۸۷۵-۸۰۰ درجه سانتی گراد و در اتمسفری از مخلوط منو اکسید کربن و هیدروکربن شامل ۳ تا ۸ درصد آمونیاک انجام می گیرد و درصد کربن و نیتروژن جذب شده توسط فولاد را می توان با کنترل درجه حرارت و غلظت آمونیاک تغییر داد. در حالی که در کربن دهی تنها از کربن استفاده می شود.

شرایط کاری کربن و نیتروژن دهی (کربونیتریده کردن)
برای انحلال سریع کربن در فولاد، قطعه کار باید در شرایط آستنیتی باشد، و این موضوع برای انحلال نیتروژن مناسب نیست، زیرا سرعت انحلال نیتروژن در آستنیت تقریبا ۵۰ برابر کمتر از سرعت انحلال آن در فریت است. اما اگر درجه حرارت عملیات زیر ۹۰۰ درجه سانتی گراد حفظ شود مقدار نسبتا قابل ملاحظه ای نیتروژن در آستنیت حل خواهد شد.
این عملیات حرارتی برای تولید انبوه مناسب بوده و چون مدت زمان و دمای عملیات نسبت به کربن دهی کمتر است، قشر سخت شده نازک تر می باشد. به علت تشابه نتایج حاصله، به این عملیات، سیانوراسیون گازی نیز می گویند.
سختکاری شعله‌ای
در عملیات سختکاری شعله‌ای سطح ابزار در معرض یک شعله مستقیم و پر حرارت ناشی از سوختن گاز قرار گرفته و دمای آن به سرعت به بالاتر از محدوده تبدیل ساختاری می‌رسد. سپس ابزار سرد می‌شود.
سرعت سرد کردن باید به نحوی باشد که سختی مورد نظر در سطح فولاد به وجود آید. این عملیات، تغییری ترکیب شیمیایی سطح فولاد ایجاد نمی‌کند بلکه باعث می‌شود سختی سطح آن بیشتر از سختی عمق آن می‌گردد. سختی بیشتر سطح باعث افزایش سایشی خواهد شد.

آبکاری گرم
آبکاری گرم یک عملیات پوشش دهی الکترولیتی است که در دمای پایین، تقریبا ۱۴۰۰F(600C) انجام می‌شود و طی آن، یک لایه نازک کرم بر روی سطح ابزار فولادی رسوب می‌کند. لایه کرم، همه سطوح ابزار را می‌پوشاند و در صورتی که از ابزارهای با پوشش کرم به خوبی نگهداری شود، مقاومت سایشی خیلی خوب خواهند داشت. اصطکاک پوشش کرم پایین است و ایجاد آن بر روی قالب‌های کشش باعث می‌شود جریان مواد فلزی بر روی سطوح تخت در حدود ۰٫۰۰۰۵ IN (0.13 MM) و بر روی سطوح منحنی ۰۰۱۵ in (0.025-0.038 mm) 0.0010- می‌باشد. سختی لایه کرم تقریبا ۶۲-۶۴ HRC بعضی از عرضه کنندگان مواد و تجهیزات آبکاری گرم ادعا می‌کنند که سختی لایه کرم آنها در حداکثر این محدوده است.

رسوب‌دهی بخار فیزیکی یا PVD
PVD یک روش ایجاد پوشش‌های سخت بر روی ابزارها در خلاء و دمای پایین است. ابزارها را در راکتور دستگاه قرار داده شده و محفظه راکتور از هوا تخلیه می‌شود تا در آن خلاء نسبی به وجود آید. با تخلیه الکتریکی و تشکیل پلاسمای حاوی یونهای تیتانیم و نیتروژن می‌توان یک پوشش Tin به روش PVD بر روی ابزاها نشاند. یونهای تیتانیم در اثر فرایندهای تبخیر واکنشی فعال و پاشش واکنشی به وجود می‌آید. انرژی مورد نیاز برای ایجاد واکنشهای شیمیایی مورد نیاز از طریق یک میدان الکتریکی پر انرژی تامین می‌شود.
سطوحی که باید پوشش کاری شوند در راستای منبع ایجاد پوشش قرار داده می‌شوند. برای این منظور، ابزارها باید درون محفظه راکتور قرار گیرند. چنانچه قسمت‌هایی از ابزار نیاز به پوشش کاری نداشته باشد، باید با استفاده از ماسک مخصوص آن قسمت‌ها را جدا پوشاند. به روش PVDمی‌توان از جنس تیتانیم نیترید، تیتانیم کربونیترید، کرم نیترید و کرم کارباید بر روی ابزار ایجاد کرد. ضخامت پوشش‌های PVD تقریب ۰٫۰۰۰۰۸-۰٫۰۰۰۲۰ in می‌باشد. با توجه به این که عملیات PVD در دمای پایین (دمایی به مراتب پایین‌تر از محدوده تمپرینگ اغلب فولادها) انجام می‌‌شود، لازم نیست عملیات حرارتی دیگری بر روی ابزار انجام شود. پوشش دادن ابزارهایی که تلرانس ابعادی دقیقی دارند، به روش PVD نسبت به روش CVD ازجحیت دارد. روش PVD معمولا برای پوشش کاری ابزارهای برشی استفاده می شود.

رسوب‌دهی بخار شیمیایی یا CVD
روش پوشش دهی CVD در حال حاضر رایج‌ترین فرایند برای بهبود کیفیت سطوح ابزارها، در بین تولیدکنندگان است. در این روش قطعه کار درون محفظه یک راکتور قرار گرفته و تا دمای ۱۸۵۰-۲۰۰۰۰F(1010-10930C) حرارت داده می‌شود. گازهای موجود در فضای راکتور شامل عناصری هستند که باید به صورت پوشش بر روی ابزار رسوب کنند. این گازهای تحت شرایط کنترل شده به راکتور وارد می‌شوند. ضخامت پوشش CVD خیلی کم و در حدود ۰٫۰۰۰۲۴ -۰٫۰۰۰۴۰ in (6-10m) است. با این روش می‌توان پوشش‌هایی از جنس Al2O3, TINC, TIC, TIN و گاهی چند لایه مختلف از این مواد را بر روی ابزار به وجود آورد. پوشش CVD مخصوصا برای ابزارهایی مناسب است که در معرض تنشهای فشاری سنگین قرار می‌‌گیرند مثلا قالبهای اکستروژن، فرم دادن و کشش.
با توجه به دمای بالا به هنگام پوشش دهی CVD لازم است ابزارهای فولادی پس از پوشش کاری مجددا عملیات حرارتی شوند تا سختی مورد نیاز در فولاد زیر ساخت به وجود آید و ساختار فولاد نیز از نظر متالورژیکی بازیابی گردد.

نفوذ حرارتی
عملیات سطحی نفوذ حرارتی یک عملیات اصلاح سطوح ابزاها در دمای بالا است که باعث ایجاد یک لایه سطحی کاربایدی بر روی مداد دارای کربن نظیر فولادها، آلیاژهای نیکل، آلیاژهای کبالت و سمنتد کاربایدها می شود. میزان کربن ماده زیرساخت باید حداقل ۰٫۳% باشد. ضخامت لایه نفوذی ۰٫۰۰۰۱-۰٫۰۰۰۸ in (2.5-20 است. ابزارهایی که عملیات نفوذ حرارتی بر روی آنها اجرا می‌شود، دارای سختی سطحی بالا و مقاومت عالی در برابر سایش و خوردگی می‌شوند و سطح آنها اثر ضد چسبندگی خواهد داشت.
برای اجرای این فرایند قطعه کار درون یک حمام نمک مذاب با دمای ۱۶۶۰-۱۹۰۰۰F(904-10380C) فرو برده می‌شود. عناصر کاربایدساز موجود در حمام نمک با اتمهای کربن موجود در ماه زیر ساخت ترکیب شده و لایه کاربایدی را به وجود می‌آوردند. با توجه به عناصر کاربایدساز موجود در نمک می‌توان لایه‌های کاربایدی مختلف نظیر وانادیم کارباید، نیوبیم کارباید را بر روی سطح ابزار ایجاد کرد. پس از این عملیات قطعه کار در هوا کوئنچ و سپس تمپر می شود. فولادهایی که دمای آستنیته کردن آنها از حداکثر دمای فرایند نفوذ حرارتی (یعنی ۱۰۳۸۰cیا ۱۹۰۰۰c) بالاتر باشد. معمولا برای این عملیات مناسب هستند. انجام عملیات حرارتی در کوره خلاء یا حمام نمک، پس از عملیات نفوذ حرارتی ضروری است.

نیتروکربوره کردن فریتی
عملیات نیتروکربوره کردن فریتی یک عملیات سختکاری سطحی با عمق نسبتا زیاد است که می‌توان آن را در کوره‌های با اتمسفر کنترل شده و یا در کوره‌های با بستر روان انجام داد. لایه سخت شده بر روی ابزار به واسطه ترکیب نیتروژن، آمونیاک و گازهای هیدروکربنی با سطح ابزار ایجاد می‌شود و سختی این لایه حداقل ۷۰ HRC می‌باشد که بسیار مقاوم در برابر سایش خواهد بود. این عملیات در دمای نسبتا پایین ۶۰۰-۱۲۰۰ ۰F(316-4690c) اجرا می‌شود.
در صورتی که این فرایند به صورت نرمال انجام شود ضخامت لایه سخت شده ۰٫۰۰۳-۰٫۰۰۵ in (0.08-0.13 mm) خواهد بود. با اجرای سیکل دو مرحله‌ای ضخامت لایه به .۰۰۱۰-۰٫۰۱۵ in (0.25-0.38 mm) افزایش می‌یابد. تغییرات ابعادی برای یک سیکل نرمال تقریبا( ۰٫۰۰۰۱-۰٫۰۰۰۲ in (2.5-5 برای هر طرف می باشد.
تمپرینگ برودتی عمیق (DCT)
در عملیات تمپرینگ برودتی عمیق یا DCT ابزارها و قالب‌ها در معرض دماهای به شدت پایین در حد ۳۰۰۰F (-1840C) یعنی دمای نیتروژن مایع قرار داده می‌شوند. عملیات برودتی در دماهای ۱۲۰۰F (-840C) انجام می‌گیرد.
تجهیزات DCT می‌توانند یک عملیات برودتی خشک تحت کنمترل را تدارک ببینند. به عبارت دیگر این فرایند بر اساس یک جدول زمانی دقیق از پیش تعیین شده اجرا می شود. سرعت سرد کردن، نگهداری در دمای فرایند و گرم شدن قطعه کار توسط کامپیوتر کنترل می‌گردد.
مزیت اصلی این عملیات، بهبود مقاومت سایشی ابزارها است. این عملیات نه تنها بر روی سطح، بلکه در عمق قطعه کار نیز تاثیر دارد. بنابراین خواص ایجاد شده در ابزار، در اثر سنگ‌زنی و سایش سطح نیز از بین نمی‌رود. این خواص به علت تبدیل کامل آستنیت باقی مانده در فولاد به مارتنزیت و اشباع کاربایدهای ریزدانه که باعث افزایش استحکام و چقرمگی و ثبات ابعادی نیز می‌شود. طبق گزارشات تهیه شده، این عملیات سطحی باعث بهبود خواص کلی همه فولادهای ابزار سختکاری شده می‌شود (البته به جز فولادهای سخت شونده در آب) این فرایند بر روی ابزارهای کاربایدی، فولادهای ریخته‌گری شده و چدنها نیز با موفقیت اجرا شده است.

یون نشانی
یون نشانی عبارت است از وارد کردن اتمهای عناصر آلیاژی به داخل لایه سطحی قطعات فلزی. در این فرایند،؛ اتمها شتاب داده می‌شوند تا انرژی زیادی پیدا کرده و بتوانند به لایه سطحی فلز تا عمق ( (۰٫۰۱-۱ ۰٫۴۰۰-۳۹٫۴۰ نفوذ کنند. این عمق نفوذ بستگی به انرژی اتمی دارد. بدین ترتیب یک لایه نازک آلیاژی بر روی سطح قطعه کار ایجاد می‌شود.
یون نشانی در محیط خلاء و دمایی پایین انجام می‌شود فقط در اثر تصادم اتمهای پر انرژی با اتم‌های فلز زیر ساخت، مقداری حرارت به وجود می‌آید. حداکثر دمای قطعه کار به ندرت از ۴۰۰۰F (2040C) فراتر می رود و این حرارت را می توان با کنترل شدت یون نشانی کاهش داد.
اتمهای آلیاژ مورد نظر به داخل سیستم یون‌ساز وارد شده و در ان جا در اثر تخلیه الکتریکی به یون تبدیل می‌شوند. اگر عنصر یون ساز به صورت گاز باشد (همانند نیتروژن) گاز پس از خلوص به سیستم یون‌ساز تغذیه می‌گردد. اگر این عنصر جامد باشد (همانند کرم) ابتدا باید به صورت بخار درآمده و سپس به یون تبدیل شود. برای شتاب دادن یونها از ولتاژ بالا استفاده می‌شود.
یون نشانی را می‌توان بر روی سطوح اغلب ابزارها و مخصوصا قالب‌های فرم اجرا نمود. نیتروژن رایج‌ترین عنصر مورد استفاده به عنوان یون می‌باشد. ابزارهای یون نشانی شده با نیتروژن دارای سطحی مقاوم در برابر سایش و با سختی بالا (۸۰-۹۰ HRC) است که می‌تواند خواص خود را تا دمای کاری حداکثر ۶۰۰۰F (3160C) حفظ نماید.
در قطعات یون نشانی شده اعوجاج حرارتی، ذوب موضعی و دیگر اثرات پس ماند که در عملیات حرارتی به وجود می‌آید، دیده نمی‌وشد. این فرایند را نمی‌توان به خوبی بر روی قطعات با فرم‌های هندسی پیچیده اجرا کرد.

یون نشانی با منبع پلاسما یا PSLL
یون نشانی با منبع پلاسما یک روش جدید است که در دمای پایین اجرا می‌شود و می‌تواند یک لایه سخت و مقاوم در برابر سایش بر روی سطوح قطعات با فرم‌های هندسی پیچیده به وجود آورد. قطعه کار در یک محفظه خلاء قرار می‌گیرد که در آن یک جریان پلاسما حاوی ماده پوشش برقرار شده است. قطعه کار به یک منبع ولتاژ قوی پالسیی با بار منفی وصل می‌شود. در نتیجه یونها که بار مثبت دارند، به طرف سطح قطعه کار شتاب می‌گیرند و با سرعت به آن برخورد می‌کنند. نفوذ یونها به داخل لایه سطحی باعث تغییرات شیمیایی و ریزساختاری در فولاد، متناسب با نوع یون جذب شده می‌شود.
روش Psll در واقع یک نوع پوشش کاری نیست، بلکه ترکیبی از بارورسازی فلز زیرساخت و یک لایه سطحی کامل شده می‌باشد. در واقع لایه سطحی و فولاد لز زیرساخت، واحد و یکپارچه هستند. به علاوه روش PSll یک عملیات نیست بلکه ترکیبی از چند عملیات است که همگی در دمای محیط انجام می‌شوند.

نیتراسیون یونی
در عملیات نیتراسیون یونی نیز یک لایه سطحی نیتریدی سخت بر روی ابزار ایجاد می شود. در این عملیات از تخلیه الکتریکی تابشی برای تولید یونهای نیتروژن و گسیل آنها به طرف سطح برای نفوذ در قطعه فلزی استفاده می‌گردد. این عملیات در واقع یک فرایند حرارتتی شیمیایی است که در یک کوره خلاء و با به کارگیری انرژی الکتریکی قوی برای ایجاد یک جریان پلاسما، اجرا می‌شود. جریان پلاسما باعث جدایش مولکولها و شتاب دادن آنها به طرف سطح قطعه کار می‌گردد. این مولکولها در برخورد با سطح، باعث تمیز کردن آن و به وجود آمدن نیتروژن فعال برای نفوذ در سطح می‌شوند. عمیق نفوذ نیتروژن در فرایند نیتراسیون یونی .۰۰۵-۰٫۰۲۰ in (0.13-0.5 mm) و سختی سطحی حاصله در حدود ۶۰-۶۵HRC خواهد بود.
لایه نیتروره شده، مقاوم به سایش، خستگی و خوردگی است و در برابر خراش نیز مقاومتی عالی دارد. در صورتی که زبری میکروسکوپی این سطح کمی بیشتر باشد، با نگهداشتن مواد روانکار در خود، سطحی لغزنده به وجود می‌آورد. دمای اجرای این فرایند نسبتا پایین است(۳۷۱-۶۴۹۰c معادل (۷۰۰-۱۲۰۰۰F و نسبت به عملیات نیتراسیون معمولی، اعوجاج کمتری در قطعات به وجود می‌آورد.

رسوب‌دهی میکروپلاسما
رسوب‌دهی میکروپلاسما فرایندی برای ایجاد پوشش‌های سخت با ترکیبات متنوع بر روی ابزارها است که رایج‌ترین این پوشش‌ها از جنس تنگستن کارباید و کرم کارباید هستند. این فرایند، اسپری حرارتی پلاسما نیز نامیده می‌شود.
در این عملیات عناصری که قرار است به عنوان پوشش استفاده شوند، به شکل پودر به درون یک جریان پلاسمای پر سرعت وارد شده، به فرم نیمه ذوب در می‌آیند و به طرف قطعه کار شتاب گرفته، با سرعت تقریبی ۸۰۰۰ft/sec(2.4km/sec) به سطح ابزار برخورد می‌کنند. در حالت عادی ضخامت پوشش ۰٫۰۰۰۵-۰٫۰۰۱۵ in (0.013-0.038mm) و سختی آن (برای پوشش‌های تنگستن کارباید و کرم کارباید) در حدود ۶۶ HRC می‌باشد.
اگر چه مواد پوشش به صورت نیمه‌ ذوب شده به قطعه کار برخورد می‌کنند، ولی دمای سطح در این فرایند فقط تا اگر چه مواد پوشش به صورت نیمه ذوب شده به قطعه کار برخورد می‌کنند، ولی دمای سطح در این فرایند فقط تا ۱۵۰۰F (6600C) افزایش می‌یابد. ابزارهای پوشش داده شده به این روش، بر اساس نیازهای مشتری، ممکن است با سطحی مات یا پولیش شده کامل عرضه شوند. قبل از اجرای این فرایند پوشش‌کاری، سطحی ابزار باید به روش سندبلاست با مواد خاصی، آماده‌سازی گردد.

پوشش‌کاری CVD به کمک پلاسما
فرایند پوشش کاری CVDبه کمک پلاسما برای پوشش دادن سطوح ابزارها با کربن آمورف شبه الماس به کار می‌رود. همانن روش PVD در فرایند CVD به کمک پلاسما نیز از تجهیزات با خلاء زیاد استفاده می‌شود. این عملیات با تخلیه الکتریکی فرکانس بالا آغاز می‌شود. در ابتدای عملیات، فضای کوره دارای گاز آرگن است و سطح قطعه کار با تخلیه الکتریکی تمیز شده و فعال می‌گردد. سپس اتمسفر کوره از آرگن تخلیه و به جای آن مخلوطی از هیدروکربنها و هیدروژن شارژ می‌شود. اختلاف جنبششی یونهای مثبت و الکترونهای منفی و اختلاف پتانسیل بین این یونها و سطح قطعه کار باعث ایجاد یک پلاریزاسیون منفی در قطعه کار شده و در نتیجه یونها به سمت سطوح قطعه کار شتاب می‌گیرند.
میزان انرژی اعمالی در این فرایند، تعیین کننده وضعیت و کیفیت پوشش خواهد بود. اگر انرژی اعمالی کم باشد، پوشش به صورت نرم و پلیمر مانند می‌شود. اگر انرژی خیلی زیاد باشد، پوشش گرافیت مانند به وجود می‌آید. بنابراین برای ایجاد یک پوشش کربنی شبه الماس، سخت و آمورف، لازم است که کنترل دقیقی بر روی پتانسیل DC فشارهای جزیی و شدت جریان گاز در کوره به عمل آید.
فرم هندسی ابزار نیز بر کیفیت پوشش موثر است. معمولا برای هر قطعه کار با فرم خاص، از یک فیکسچر خاص باید استفاده شود. با توجه به این که عناصر جذب شده در سطح قطعه کار، همگی از گازهای موجود در اتمسفر کوره جدا شده اند، ضخامت پوشش نهایی بسیازی یکنواخت خواهد بود. دمای اجرای این فرایند پایین است و بنابراین می‌توان قطعاتی از جنس آلیاژهای آلومینیوم، تیتانیم و حتی پلاستیکها را نیز با این روش پوشش داد. توان پرتاب یونها در این فرایند به شدت و فرم هندسی تخلیه الکتریکی بستگی دارد.
پوشش کربنی شبه الماس امورف حاصل از این فرایند دارای سختی بالا وضریب اصطکاک بسیار پایین است و مقاومت در برابر خوردگی بالایی در تماس با اسیدها، قلیاها و حلالها دارد.

منابع و پیوندها

مقالات مرتبط با عملیات حرارتی
۱- بررسی عوامل موثر بر «مقاومت به خوردگی» ناشی از فرایند نیتروکربوراسیون پلاسمایی الکترولیتی فولاد زنگ نزن آستنیتی ۳۱۶L
۲- تاثیر عملیات حرارتی پیرسازی بر مقاومت به سایش آلیاژهای Al-Si و برسی تغییرات الگوهای پراش اشعه ایکس
۳- بررسی اثر تنگستن بر ریز ساختار حاصل از عملیات حرارتی و رفتار سایشی چدن پرکروم Fe-17%Cr
منابع و پیوندها
گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن
ASM Handbook:Heat Treatment, Vol. 4, 1991
محمد علی گلعذار, اصول و کاربرد عملیات حرارتی فولادها و چدن ها، انتشارات دانشگاه صنعتی اصفهان
بویر، ترجمه اسرافیل بشارت، عملیات حرارتی کاربردی، نشر طراح، ۱۳۷۹
صفحه مهندسی مواد و متالورژی
مجله علمی ویکی پی جی
منابع و پیوندها ی سخت کاری سطحی گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن
http://metallurgybank.persianblog.ir/post/22/
مهندس عارفه آزادمنش توضیح درباره ی کربوره کردن صفحه ی۹و۱۰
http://www.imes.ir/article.aspx?a=3&i=76
نوشته شده در یکشنبه سیزدهم مرداد ۱۳۹۲ساعت ۱۴:۱۵ توسط محمد رضا ابراهیمی
رشته تحصیلی : متالورژی
مهارت : عملیات حرارتی -آبکاری – مهندسی سطح
mr_ebrahimi62@yahoo.com

درخواست انجام پروژه آنالیز تصویر

همچنین ببینید

تشکیل فریت فوق ظریف (UFF) درفولاد فریتی – پرلیتی با کارسرد و آنیل

با توجه به استفاده گسترده فولادهای فریتی – پرلیتی درکاربردهای صنعتی بهینه سازی خواص آنها …

پاسخ دهید

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

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.