EN-EZEL 13039 اشتراک گذاری ارسال شده در 18 خرداد، ۱۳۸۹ نويسنده : مسعود بينش درصنعت، قطعاتي نظير چرخدندهها، خارپيستونها و محورهاي انتقال، معمولاً بايد داراي دو ويژگي مشخص باشند: قسمت سطحي آنها بايد سخت و قسمت مرکزي داراي انعطافپذيري کافي باشد تا بتواند در مقابل نيروهاي ديناميکي مقاومت کند. از اين رو، سطح چنين قطعاتي را به روشهاي مختلف سخت ميکنند.بهطور کلي «سختکاري سطحي»1 به دو روش عمده صورت ميگيرد: 1.همراه با تغيير ترکيب شيمايي سطح قطعه2 2. بدون تغيير ترکيب شيميايي سطح قطعه روش اول سختکاري: در واقع اصطلاحي کلي براي فرايندهائي است که در آنها از طريق جذب برخي عناصر به سطح فولاد توسط فرايند نفوذ3 ترکيب شيميايي سطح قطعه را تغيير ميدهند و نوعي شيب غلظتي بهوجود ميآورند. بسته به نوع عنصر مورد استفاده براي نفوذ به سطح فولاد، روش سختکاري سطحي را به نامي مشخص ميخوانند . مثلاً، درصورت استفاده از کربن بهعنوان عنصر نفوذکننده در عمليات سختکاري، روش را «کربن دهي»4 يا سمنتاسيون5 ميگويند. روش دوم، نوعي فرايند سختکاري سطحي است که تنها لايه سطحي يک قطعه کار از طريق گرم کردن القايي6 يا شعله7 يا ... تا حد بالاتر از دماي بحراني گرم و سپس سريعاً سرد ميشود. سختکاري سطحي به روش القايي در اين روش، با القاي جريان، دماي سطح قطعه را در مدتي کوتاه به حدي مناسب ميرسانند و سپس آنرا سريعاً سرد8 ميکنند. درصد کربن فولادهاي مناسب براي اين نوع عمليات سخت کردن، معمولاً در حد 5/0– 35/0 درصد است که در نهايت، سختي RCا60 – 50 را بهدست ميدهد. فولادهاي 1035، 1045، 1050، 1055، 5140، 4140، مطابق استاندارد AISI/SAE براي سختکاري سطحي به روش القايي، مناسب هستند. فولادهايي که براي آب دادن به اين روش، در مورد قطعات نازک در نظر ميگيرند، بايد داراي قابليت سختيپذيري9 يا عمق نفوذ آبدهي اندکي باشند تا تمام قطعه سخت نشود. ضخامت قشر سخت شده در اين روش، ثابت نيست چرا که سرعت گرم کردن قطعه بسيار زياد است (درحد چند ثانيه). موضوع اساسي که در گرم کردن قطعه به روش القايي بايد در نظر گرفت، احتراز از بهوجود آمدن قشري ضعيف با تنشهاي کششي بسيار بالاست. اين امر، تابعي از شرايط مختلف نظير روش گرم کردن و نوع قطعه است. معمولاً براي سخت کردن دندانه محورهاي دندانهدار، از گرم و سرد کردن متوالي استفاده ميشود. در مورد اين نوع قطعات، القاي جريان با فرکانسهاي بالا باعث سوختن10 قسمت تيز دندانهها شده و در پاي دندهها نيز تنشهاي باقيمانده زيادي ايجاد ميکند که حد خستگي را بشدت پايين ميآورد. مزيت عمده سختکاري سطحي به طريق القايي، زمان کوتاه عمليات حرارتي قطعه و امکان اتوماسيون آن است. سختکاري سطحي به روش کربن‌دهي عمليات سمنتاسيون، عبارت است از اشباع قشر سطحي فولاد از کربن، توسط فرايند نفوذ. از آنجا که در اين روش، تغيير ترکيب شيمايي توسط نفوذ رخ ميدهد؛ فرايند عمليات، تابعي از دما و مدت زمان قرار گرفتن قطعه در محيط عمليات است. سمنتاسيون برروي فولادهاي کم کربن با حد کربن1/0- 18/0 درصد براي قطعات نازک و 3/0- 2/0 درصد براي قطعات بزرگ انجام ميگيرد. محيط عمليات سمنتاسيون ميتواند جامد، گاز يا مايع باشد. سمانتاسيون در دماي بالاي AC3 يعني 910 تا 950 درجه سانتيگراد انجام ميشود، به اين ترتيب که کربن، در آستنيت حل ميشود و وقتي به حد اشباع رسيد، شرايط ايجاد فاز سمانته آماده ميشود. زمان عمليات سمانتاسيون، معمولاً چند ساعت است. فولادهاي 1015، 8620، A3115، A3120 و 4720 برطبق استاندارد AISI/SAE براي عمليات سمنتاسيون مناسب هستند. با عمليات سمنتاسيون، علاوهبر افزايش سختي و استحکام، حد خستگي قطعه بهبود مييابد. دگرگوني مارتنزيتي11 بر اثر سريع سرد کردن به نحوي است که قطعه را در مقابل پذيرش تنشهايي بيشتر و وسيعتر مستعد ميسازد. توضيح مختصري درباره دگرگوني مارتنزيتي مارتنزيت، محلول جامد فوق اشباع آهن است. قابليت انحلال کربن در دماي محيط در آهن (مزيت) در حد 0025/0 درصد است. با بالا رفتن دما و رسيدن به دماي آستنيته که عمليات سمنتاسيون در آن انجام ميشود، کربن با حل شدن در فاز آستنيت () اشباع ميشود. با سريع سرد کردن تا دماي محيط، فرصت تجزيه تعادلي آستنيت به فريت و سمنيت گرفته ميشود. لذا در دماي محيط، محلول جامد فوق اشباع آهن وجود خواهد داشت که مارتنزيت نام دارد. به همين دليل، دگرگوني مارتزيتي بدون فرايند نفوذ صورت ميگيرد (Diffusionless) . مشخصه ويژه دگرگوني مارتنزيتي، تغيير حجم قشر سخت شده براثر سرد شدن سريع است. اين تغيير حجم، با توجه به ضريب فشردگي ساختارهاي بلوري فازهاي فريت ()، آستنيت () و مارتزيت () توجيه ميشود. ساختار بلوري مزيت bcc است، ضريب فشردگي 68 درصد، آستنيت fu، ا74 درصد و مارتزيت bet ، افزايش حجم قشر سمانته براثر تبديل آستنيت به مارتنزيت، 27/4 درصد است. همين مشخصه (تغيير حجم) در دگرگوني مارتنزيتي که در عمليات سمانتاسيون اتفاق ميافتد و تفاوت محدوده اين دگرگوني بين سطح سخت شده و مرکز قطعه، باعث ايجاد تنشهاي فشاري در سطح قطعه ميشود، درحاليکه مرکز قطعه تحت تنشهاي کششي است. با اعمال تنش خارجي به قطعه، تنش شعاعي فشاري است و تنش عرضي در سطح اعمال شده کششي و در سطح مقابل فشاري است. بنابراين در حين اعمال تنشهاي خارجي، در قطعاتي که به طريق سمنتاسيون سخت شدهاند، تنش روي سطح قطعه کاهش مييابد. به بياني ديگر ظرفيت تحمل تنش براي چنين قطعاتي بيشتر است. فولاد 17Nicrmo6 با شماره استاندارد 1.6587 داراي اين خصوصيت هستند: خصوصيات مکانيکي چنين فولادي عبارت است از: استحکام کششي (VVTS): 980 - 1420 N/mm2 تنش تسليم (Vy): 685 - 835 N/mm2 ازدياد طول نسبي (e): 7 - 8% سختي: 159 - 229 با توجه به بحث ارائه شده، فولاد 34crmo4 با شماره استاندارد (1.7220) که به روش القايي سخت شده است ظرفيت پذيرش و تحمل بار و تنش کمتري را دارد، يعني هم مقاومت کناره دندهها کم است و هم مقاومت در برابر تنش خستگي در مورد خود دندهها چنين است. ترکيب شيمايي فولاد (1.7220) چنين است (Aisi 4137): با خصوصيات مکانيکي: استحکام کششي (Vvts) 750 - 1200 N/mm2 تنش تسليم (Vy) 580 - 800 N/mm2 ازدياد طول نسبي (e) 11 - 15% سختي 223 HB بنابراين، با توجه به ماهيت دگرگوني مارتنزيتي و تغيير ترکيب شيمايي سطح قطعه که در عمليات سمنتاسيون رخ ميدهد، براي قطعهاي مثل چرخ‌دنده که در معرض اعمال تنشهاي مختلف است، عامل تحمل تنش و بالا بودن حد خستگي اهميت دارد که در عمليات سمنتاسيون تامين ميشود. در صورت اعمال صحيح چرخه حرارتي، همگن بودن ساختار متالورژيکي چنين قطعاتي، مزيتي افزونتر تلقي ميشود. پانوشت‌ها: 1. Surface Hardening 2 . Case Hardening 3 . Diffusion 4 .Carburization 5 . Cementation 6 . Induction Heating 7 .Flame 8 .Quench 9 .Hardenability 10 .Burning 11 .Martensite Tarnsformation منبع: 1.SAE handbook 2. DIN handbook 1 لینک به دیدگاه
ارسال های توصیه شده