انواع گازها در کوره

[spow 44197]

انواع گازها در کوره

 

استفاده از گازهای بی‌اثر (نظیر آرگن و نیتروژن)‌ در کوره‌ها، ساده‌ترین روش برای جلوگیری از پوسته شدن (Scaling) و کربن زدایی سطح فولاد است. وقتی فضای یک کوره کاملاً بسته،‌پر از یک گاز بی‌اثر باشد، این گاز با قطعه فولادی داغ ترکیب شیمیایی ایجاد نمی‌کند و سطح قطعه‌کار کربن‌زدایی نخواهد شد. متاسفانه گازهای بی‌اثر گران قیمت هستند و به همین دلیل استفاده از آنها محدود است.

 

اتمسفر گرماگیر

 

اتمسفر گرماگیر هنگامی ایجاد می‌شود که مخلوطی از هوا و گاز طبیعی یا پروپان از روی یک کاتالیزور گرم عبور کند. وجود گرما و کاتالیزور باعث ترکیب هوا و گاز و به وجود آمدن مخلوطی از نیتروژن (40%)، کربن منواکسید (20%)، هیدروژن (40%) و مقداری بخار آب خواهد شد. مخلوط گازهای حاصل سرد شده و سپس به فضای کوره پمپاژ می‌شود. پتانسیل کربن در گاز گرماگیر (مخلوط گاز حاصل) تابعی از نقطه شبنم (میزان رطوبت) در اتمسفر گازی می‌باشد. نقطه شبنم (Dew Point) باید بر اساس نوع فولاد تنظیم گردد. شدت جریان عبور گاز از کوره و فشار مثبت گاز درون کوره باید به دقت کنترل شود. اگر این کار با دقت انجام شود، می‌توان کربن‌زدایی یا کربن‌دهی سطح فولاد را کنترل نمود.

 

اتمسفر گرمازا

 

کوره‌های با اتمسفر گرمازا دارای ساختار ساده و نسبتاً ارزان قیمت هستند. این اتمسفر را می‌توان از احتراق ناقص مخلوط هوا و گاز (اغلب یا پروپان) تولید کرد. مخلوط هوا- گاز در حضور یک کاتالیزور می‌سوزند. رطوبت حاصل از احتراق را می‌توان به هنگام سرد شدن گاز حاصل از احتراق، به صورت میعان جدا نمود. کیفیت گاز گرمازا، که در این عملیات حاصل می‌شود، به یکنواختی ترکیب گاز سوختنی، که با هوا ترکیب شده و از مجاورت کاتالیزور عبور می‌کند، بستگی دارد.

 

نکات احتیاطی

 

مخلوط گازها با هوا، که برای تولید اتمسفر گرماگیر و گرمازا به کار می‌روند، تحت شرایط خاصی، قابل انفجار هستند. بنابراین وقتی کوره روشن می‌شود، نباید بلافاصله گاز اتمسفریک را به کوره هدایت کرد. بلکه باید صبر کرد تا دمای آن به (1400oF (760oC) برسد یا بیشتر از آن شود.

 

خلاء

 

استفاده از کوره‌های با اتمسفر خلاء بهترین روش در محافظت از سطح فولادها در عملیاتی حرارتی می‌باشد. کوره‌های خلاء (Vacuum furnace) به روش الکتریکی گرم می‌شوند. در صورتی که بتوان درب یک کوره و دیگر درزهای آن را به خوبی آب‌بندی کرد و با یک پمپ خلاء، هوای داخل کوره را تخلیه نمود، می‌توان ادعا کرد که قطعات داخل کوره در شرایط نزدیک به خلاء عملیات حرارتی شده‌اند. با ایجاد خلاء در کوره، سطح اکسیژن در آن پایین می‌آید، به طوری که دیگر اثری بر روی فولاد در دماهای بالا نخواهد گذاشت. در کوره‌های خلاء پدیده‌های نامطلوب دیگر از جمله کربن‌دهی و کربن‌زدایی نیز اتفاق نمی‌افتد.

 

آنیل کردن فولادهای ابزار و فولادهای آلیاژی

 

آنیل کردن (annealing) فولاد باعث کاهش سختی و بهبود قابلیت ماشینکاری آن می‌شود. فولاد آنیل شده را می‌توان به صورت سرد تغییر شکل داد و ریزساختار مورد نظر را در آن ایجاد نمود. معمولاً فولادهای آلیاژی و فولادهای ابزار در حالت آنیل شده در بازار عرضه می‌شوند. گاهی اوقات نیز لازم می‌شود مصرف کننده نهایی فولاد را آنیل کند، مثلاًٌ هنگامی که فولاد در حالت فورج شده یا نورد شده خریداری می‌شود، یا قبل از سختکاری مجدد فولادی که سخت شده است و یا به هنگام آماده سازی یک ابزار فولادی قبل از جوشکاری. برای اجرای یک عملیات آنیلینگ موفق باید قطعه کار ابتدا بآرامی گرم شود تا به دمای آنیل مناسب برسد و سپس برای مدت کافی در این دما نگهداشته شود تا تبدیلات ساختاری آن انجام شود و در نهایت باید قطعه کار بسیار آهسته، با سرعت یکنواخت و تحت کنترل سرد شود و این مرحله بسیار مهم است.

 

چند نکته مفید در آنیل کردن قطعات عبارتند از:

 

· هنگامی‌ که لازم است یک ساختار بهینه و با قابلیت ماشینکاری خوب در فولاد به وجود آید، آن را آنیل کنید،

· هنگامی که لازم است یک قطعه فولادی مجدداً سختکاری شود، مخصوصاً‌ اگر سختی فعلی آن 45 HRC یا بیشتر است، آن را آنیل کنید،

· وقتی که لازم است برای رفع اعوجاج یا تغییرات ابعادی، بر روی ابزار دوباره‌کاری شود، آن را آنیل کنید،

· برای آنیل کردن از کوره‌های با اتمسفر کنترل شده، حمام نمک خنثی (neutral salt bath) یا کوره خلاء استفاده نمایید،

· قطعه کار را بآرامی و با سرعت یکنواخت تا دمای آنیلینگ گرم کنید،

· به دقت دمای کوره و قطعه کار را کنترل کنید و

· سرد کردن بسیار آهسته و یکنواخت نیز مرحله پایانی و مهم‌ترین مرحله هر عملیات آنیلیگ می‌باشد.

 

نرمالیزه کردن

 

نرمالیزه کردن (normalizing) نیز یک عملیات حرارتی است که در آن فولاد را ابتدا تا دمای مناسب، که معمولاً 100oF (56oC) بالاتر از دمای تغییر ساختار فولاد (transformation) است و دمای بحرانی بالایی (upper critical temperature) نیز نامیده می‌شود، گرم می‌کنند و سپس آنرا در هوا خنک می‌کنند تا به دمای محیط برسد. فولادهای کم کربن، با کربن متوسط، پرکربن، بعضی فولادهای آلیاژی، بعضی فولادهای زنگ نزن و بعضی فولادهای ریخته‌گری شده را می‌توان نرمالیزه کردن فولادها به این دلایل انجام می‌شود: 1) برای سخت‌تر کردن یا افزایش استحکام فولاد؛ 2) به عنوان یک پیش عملیات حرارتی قبل از آنیلینگ یا سختکاری، برای ریزدانه کردن (refine) ساختار فولاد. البته نرمالیزه کردن را نمی‌توان بر روی بسیاری از فولادهای ابزار انجام داد، زیرا این فولادها در هوا کوئنچ می‌شوند و سخت خواهند شد.

یک کاربرد دیگر نرمالیزه کردن، همگن سازی (homogenizing) فولادهای کربنی و آلیاژی (قبل از آنیلینگ یا سختکاری) است که قبلاً فورج یا نورد شده باشند. فولادهای فورج شده و نورد شده از نظر ریزساختاری تقریباً غیر همگن هستند و عملیات آنیلینگ و سختکاری بخوبی پاسخ نمی‌دهند. وجود حرارت بالا در عملیات نرمالیزه کردن، این نوع ریزساختار نامطلوب را پاک کرده و یک ساختار همگن و نسبتاً ریزدانه در فولاد به وجود می‌آورد که بخوبی به عملیات حرارتی بعدی پاسخ می‌دهد.

نرمالیزه کردن فولادها، همچنین قابلیت ماشینکاری و دانه‌بندی را بهبود می‌بخشد و باعث ایجاد یک ساختار ریزدانه و همگن خواهد شد. این عملیات می‌تواند تنشهای ایجاد شده در قطعات فولادی و سازه‌های جوشکاری شده را نیز آزاد نماید.