فولاد عملیات حرارتی پذیر

عملیات های حرارتی پذیر

فولادهای عملیات حرارتی پذیر برای ساخت قطعاتی استفاده میشوند که تحت بارگذاری های شدید کششی، خمشی و پیچشی قرار میگیرند. فولادهای عملیات حرارتی پذیر غیرآلیاژی نظیر IASC1221 و IASC1191 برای ساخت قطعاتی باسطح مقطع کم و استحکام پایین بکار میرود درحالیکه فولادهای عملیات حرارتی پذیر آلیاژی (حاوی عناصر آلیاژی کرم،نیکل،مولیبدن ویا وانادیم) نظیر IASC6580 یا IASC7225 برای ساخت قطعاتی با سطح مقطع بزرگ استفاده میشوند که معمولاً تحت بارگذاری شدید قرار میگیرند. استحکام کششی این فولادها پس از سختکاری و تمپر تاحدود 1300 N/mm2 قابل افزایش است.

آنالیز بعضی از فولادهای عملیات حرارتی پذیر

ترکیب شیمیائی ( درصد )

نام فولاد

Ni

Mo

Cr

S

P

Mn

Si

C

<0.40

<0.10

<0.40

<0.035

<0.035

0.50-0.80

<0.40

0.42-0.50

IASC1191

1.80-2.20

0.30-0.50

1.80-2.20

<0.035

<0.035

0.30-0.60

<0.40

0.26-0.34

IASC6580

1.30-1.70

0.15-0.30

1.30-1.70

<0.035

<0.035

0.40-0.80

<0.40

0.30-0.38

IASC6582

-

0.15-0.30

0.90-1.20

<0.035

<0.035

0.50-0.80

<0.40

0.38-0.45

IASC7225

کاربردها:

قطعات طول بلند در ماشین آلات ووسایل نقلیه که نیاز به:

  • استحکام بالا

  • مقاومت کششی بالا

  • انعطاف پذیری خوب

  • مقاومت بالا در برابر شکست

دارند از این نوع فولاد ساخته میشوند مانند میل لنگ ها، محورهای غیر هم مرکز، اجزاء و قطعات دندانه دار، شافتهای مربوط به صنایع سیمان، شاسی اتومبیل، صفحه دیسک.

کارگرم (فورجینگ):

درجه حرارت کارگرم 1050 است که تا پایان کارگرم نباید دما زیر 850 برسد وبرای جلوگیری از ترک خوردن احتمالی توصیه میشود به صورت آهسته درکوره سرد میشود.

فرآیندهای عملیات حرارتی

  • نرماله:

دمای نرماله بین840-880 است. زمان نگهداری با توجه به ضخامت تعیین میگردد و سپس در هوا سرد میشود.

  • آنیل:

برای ساختار پرلیتی: در دمای 845 حرارت داده میشود، سپس نسبتاً سریع تا 755 سردشده، آنگاه از 775 تا 665 باسرعت کمتر ازh/ 14 سرد میشود یا در 845 حرارت داده سپس تا 675 سرد شده و به مدت 5 ساعت نگهداری میشود. برای ساختار کروی : در دمای 750 حرارت داده شده سپس تادمای 665 باسرعت کمتر از h/ 6 سرد میشود و یا در دمای 750 حرارت داده، سپس تا 670 به صورت تقریباً سریع سرد شده و سپس در همین دما تا 9 ساعت نگهداری میشود. ماکزیمم سختی 241 HB است.

  • تنش زدائی:

دمای تنش زدائی در محدوده 525-650 است. برای فولادهایی که تا مغز سخت شده اند تا 25 زیر دمای تمپر حرارت داده میشود. برای فولادهایی که تا مغز نرم شده اند (آنیل) در دمای 600-650 حرارت داده میشود. سپس به مدت 0.5 تا 2 ساعت در این دما نگهداری کرده، سپس تا دمای 450 در کوره خنک کرده و در نهایت در هوای آزاد سرد میگردد.

  • سختکاری:

دمای سختکاری برای کوئنچ در آب بین 830-860 است و برای کوئنچ در روغن بین 840-870 است (برای شکل های پیچیده و ضخامت های نازک کوئنچ در روغن پیشنهاد میشود.) پس از اینکه سطح نمونه به دمای آستینیته رسید زمان سختکاری مساوی است با:

(mm) ضخامت نمونه*0.7 = زمان نگهداری(دقیقه)

  • تمپر:

بعد از سختکاری بلافاصله باید بازگشت انجام شود. دمای بازگشت حدود 540-680 است. زمان نگهداری دردمای تمپر به دقیقه برابر ضخامت قطعه(mm) * 2.5 است. البته حداقل زمان نگهداری یک ساعت است.

  • سختکاری القایی و شعله ای:

دمای حرارت دادن سطحی در محدوده 875-900 است. برای قطعات ساده، پس از حرارت دادن در دمای فوق در آب یا آب و روغن کوئنچ کرده سپس در دمای 200 بازگشت داده که به سختی حدود 58RC خواهد رسید. برای قطعات پیچیده، پس از حرارت دادن در دمای فوق در روغن کوئنچ کرده، سپس در دمای 200 بازگشت داده که به سختی 45-52RC خواهد رسید.

  • نیتریده کردن:

نیتریده کردن در این فولاد بوسیله گاز آمونیاک صورت میگیرد. در این روش یک لایه نازک سخت بوجود می آید که یک جزء مرکب از نیترید اپسیلن است در این حالت نه تنها مقاومت به سایش سطحی افزایش پیدا میکند بلکه استحکام خستگی برای شافتها حدود 30% افزایش می یابد.

این فولاد باید در ابتدا سختکاری و بازگشت داده شود سپس نیتریده شود. همچنین نیتریدکردن باید عملیات نهایی باشد زیرا هیچ عملیات دیگری نمیتوان پس از نیتریده کردن روی فولاد انجام داد. یک نوع سیکل نیتریده کردن به صورت زیر است:

  • خشن کاری

  • آستنیته کردن در دمای 845

  • کوئنچ کردن در روغن

  • بازگشت در دمای 620

  • ماشینکاری نهائی

  • نیتریده کردن به مدت 24 ساعت در دمای 525 در محلول آمونیاک 30% یا نیتریده کردن در دمای 525 برای 5 ساعت با محلول آمونیاک 25% سپس نیتریده کردن در دمای 565 برای 20 ساعت با محلول آمونیاک 70-80%.

ترتیب عملیات

  1. کارگرم

  2. نرماله

  3. آنیل

  4. خشن کاری

  5. آستنیته کردن

  6. کوئنچ

  7. بازگشت دادن

  8. ماشینکاری نهایی

  9. نیتریده کردن

دماهای بحرانی

Ac1=730 ، Ac3=800 ، Ms=360

خواص فیزیکی

    دما ( )     20
    چگالی (3 g/cm)     7.85
    ضریب هدایت حرارت(W/m.k)     42
    مقاومت ویژه الکتریکی(Cm.10-4.Ω)     0.19

    محدوده دما ( )     20     100     200     300     400     500     600
    مدول الاستیسیته (103N/mm2)     210     205     195     185     175     165     155

    محدوده دما( )     20-100     20-200     20-300     20-400     20-500     20-600
    ضریب انبساط حرارتی10-6m/m )     11.1     12.1     12.9     13.5     13.9     14.1
 

خواص مکانیکی پس از نرماله دردمای محیط

            محدوده قطر       (mm)           حداقل مقدار استحکام تسلیم (yp)     (N/mm2)       مقداراستحکام نهایی       (UTS)     (N/mm2)       حداقل کاهش     سطح مقطع (%)       حداقل ازدیادطول     EL%       حداقل انرژی ضربه     J(DVM)
    طولی     مورب     عرضی     طولی     مورب     عرضی
    <100     330     590-750     40     18     -     -     38     -     -
    100-250     325     590-750     -     18     14     12     31     24     17
    250-500     305     590-720     -     16     13     11     27     21     14
    500-1000     295     590-720     -     15     12     10     24     17     14

خواص مکانیکی پس از سختکاری وتمپر در دمای محیط

محدوده قطر (mm) حداقل مقدار استحکام تسلیم (yp) (N/mm2) مقداراستحکام نهایی (UTS) (N/mm2) حداقل کاهش سطح مقطع (%)   حداقل ازدیادطول EL% حداقل انرژی ضربه J(DVM)
طولی مورب عرضی طولی     مورب     عرضی
    <16     480     700-850     35     14     -     -     27     -     -
    16-40     410     650-810     40     16     -     -     27     -     -
    40-100     370     620-780     45     17     -     -     27     -     -
    100-250     345     590-740     45     18     15     12     27     24     17
    250-500     325     590-740     45     18     14     11     27     21     14
    500-750     320     550-740     45     18     14     10     25     20     14

مقدار تضمین شده برای استحکام تسلیم در دماهای مختلف (دروضعیت سختکاری و تمپر)

دما محدوده قطر(mm) 20 100 200 250 300 350
    40>     410     365     325     300     270     230
    40-250     345     314     284     255     235     206
    250-500     325     296     265     245     226     196

*استحکام تسلیم برحسب N/mm2 میباشد.