آیا روش های رایج کوئنچینگ فولاد را می شناسید؟

در فرآیند عملیات حرارتی برای فولاد، کوئنچ یک مرحله اصلی در بهبود خواص کلیدی مانند سختی و استحکام است. با حرارت دادن فولاد تا دمای خاص و سپس کنترل خنک شدن آن، ساختار داخلی آن را می توان تغییر داد تا نیازهای عملکرد قطعه کار را در شرایط کاری مختلف برآورده کند. در حال حاضر، روش‌های کوئنچ که معمولاً در تولیدات صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند، عبارتند از: کوئنچ یکباره، کوئنچ با دو-مایع، کوئنچ مرحله‌ای و آسمپرینگ. در زیر به هر یک از این روش های کوئنچ و ویژگی های آنها می پردازیم.

 

 

1. Single- Quenching مایع

Quenching تکی{0}}مایع ابتدایی ترین و متداول ترین فرآیند خاموش کردن است که ساده ترین عملیات را ارائه می دهد. به طور خاص، ابتدا قسمت فولادی تا دمای خاموش شدن مشخص شده گرم می شود. هنگامی که دمای داخلی قطعه یکنواخت و به خوبی عایق شد، سپس مستقیماً در یک محیط کوئنچ قرار داده می شود و به طور مداوم تا دمای اتاق خنک می شود و فرآیند کوئنچ را تکمیل می کند. محیط های معمول خاموش کننده منفرد شامل محلول های آبی، روغن های خاموش کننده مختلف و هوا است. ظرفیت خنک کنندگی هر محیط متفاوت است و انتخاب به ویژگی های درجه فولاد و الزامات قطعه کار بستگی دارد.

 

مزایای قابل توجه این روش در سادگی و راحتی آن نهفته است، بدون نیاز به تعویض تجهیزات پیچیده یا کنترل پارامتر، و آن را برای تولید صنعتی در مقیاس بزرگ-مناسب می کند. از نظر کاربرد، روش خاموش کردن تکی-مایع الزامات خاصی برای شکل قطعه کار دارد. این بیشتر برای قطعات کار ساده با اشکال بدون پیچیدگی، بدون لبه های تیز، و بدون تغییر مقطع{4} ناگهانی مناسب است. هنگامی که در یک محیط سرد می شود، اختلاف دما بین داخل و خارج این قطعات کار نسبتاً کم است و خطر تغییر شکل و ترک خوردگی را کاهش می دهد. همچنین با طیف وسیعی از انواع فولاد سازگار است و نیازهای فرونشاندن قطعاتی با سختی ضعیف مانند فولادهای-کربن و متوسط{8}}کربن کم و همچنین قطعات با سختی پذیری خوب مانند فولادهای آلیاژی و آلیاژی بالا را برآورده می‌کند. این یک فرآیند خاموش کردن اساسی است که اغلب در تولیدات صنعتی استفاده می شود.

 

2. دو-روش کوئنچ مایع

بر خلاف روش "یک-خنک کردن شات" در روش خاموش کردن تکی-روش مایع، روش دو-خنک کردن مایع از رویکرد "خنک کردن مرحله‌ای" استفاده می‌کند و از دو رسانه با ظرفیت‌های خنک‌کننده متفاوت برای دستیابی به کنترل خنک‌کننده دقیق‌تر استفاده می‌کند. این فرآیند شامل گرم کردن بخش فولادی تا حالت آستنیتی است. پس از اطمینان از آستنیتیزه شدن کامل، قطعه کار ابتدا در محیطی با ظرفیت خنک کنندگی بالا خاموش می شود و به سرعت تا دمای بالاتر از دمای شروع مارتنزیت (نقطه Ms) (معمولاً در حدود 300 درجه) خنک می شود. هدف این مرحله کاهش سریع دمای سطح قطعه کار قبل از وقوع دگرگونی ریزساختاری است و پایه‌ای را برای خنک‌سازی آهسته بعدی ایجاد می‌کند. پس از آن، قطعه کار بلافاصله به یک محیط خاموش کننده با ظرفیت خنک کننده کمتر برای خنک کردن بیشتر منتقل می شود. این امر به آستنیت فوق سرد شده اجازه می دهد تا به تدریج با سرعت سرد شدن نسبتاً آهسته به مارتنزیت تبدیل شود و در نهایت به ریزساختار و خواص مکانیکی مورد نظر دست یابد.

 

دو ترکیب متداول -روغن، آب{2}}هوا، روغن-هوا، روغن-حمام نمک و حمام نمک-مایع ترکیب می‌شوند. ترکیبات رسانه های مختلف را می توان به طور انعطاف پذیر بر اساس مواد قطعه کار و الزامات عملکرد تنظیم کرد. مزیت اصلی روش دو{8}}کوئنچ مایع این است که تغییر شکل قطعه کار و ترک خوردگی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. این ترکیب از "سرد شدن سریع + خنک کننده آهسته" به طور موثر تنش های حرارتی و ساختاری ایجاد شده در طول فرآیند خنک سازی را کاهش می دهد. در عمل، کوئنچ آب و خنک کننده روغن به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. با این حال، توجه به این نکته مهم است که کنترل زمان خنک شدن قطعه در آب بسیار مهم است. خنک کننده بیش از حد یا ناکافی می تواند بر کیفیت کوئنچ تأثیر بگذارد و تعیین زمان خنک سازی بهینه نیاز به تمرین گسترده و محاسبات دقیق دارد. این فرآیند به ویژه برای خاموش کردن قطعات حساس به تغییر شکل و ترک، مانند فولاد ابزار با کربن بالا و فولاد کم آلیاژ بزرگ، و نیاز به عملکرد بالا، مناسب است.

 

3. روش کوئنچ مرحله ای

روش کوئنچ مرحله‌ای نیز مبتنی بر مفهوم خنک‌سازی مرحله‌ای است و تا حدودی شبیه به دو روش{0}}کوئنچ مایع است که در بخش قبل مورد بحث قرار گرفت، اما به کنترل دمای خنک‌کننده پیچیده‌تر و انتخاب متوسط ​​نیاز دارد. این فرآیند شامل خاموش کردن سریع قسمتی است که تا حالت آستنیتی گرم شده است در یک حمام نمک مذاب کمی بالاتر یا پایین تر از نقطه Ms. خواص دمای ثابت حمام نمک مذاب به قطعه کار اجازه می دهد تا به سرعت تا دمای نزدیک به نقطه Ms خنک شود. سپس قطعه کار برای مدتی در حمام می ماند و اجازه می دهد دمای سطح و هسته قطعه کار به تدریج با هم همگرا شوند و به همان دمای محیط برسند. در طی این فرآیند، هیچ تبدیل مارتنزیتی رخ نمی دهد. پس از اتمام دوره نگهداری، قطعه کار از حمام خارج شده و به آرامی در هوا یا روغن سرد می شود و تبدیل تدریجی آستنیت فوق سرد شده به مارتنزیت را افزایش می دهد.

 

به طور معمول، حمام مورد استفاده برای کوئنچ مرحله ای یک حمام نیترات، قلیایی یا نمک در 150-260 درجه است. در این محدوده دما، تبدیل مارتنزیتی در درجه اول در هوا رخ می دهد. در مقایسه با کوئنچ دو مایع، کوئنچ مرحله ای با محیط کوئنچ در حدود 200 درجه تنش حرارتی کمتری در طول خنک شدن ایجاد می کند. علاوه بر این، چندین دقیقه نگه داشتن دمای ثابت اجازه می دهد تا مقداری آستنیت در طول خنک شدن هوا به مارتنزیت تبدیل شود و تنش ساختاری را بیشتر کاهش دهد و ترک خوردگی را در قطعه کار به حداقل برساند. از نظر کاربرد، کوئنچ مرحله ای کمی بالاتر از نقطه Ms برای قطعات کوچکتر مانند فولاد آلیاژی، فولاد کربنی و فولاد ابزار مناسب تر است. کوئنچ مرحله ای کمی زیر نقطه Ms برای فولادهای بزرگتر با سختی پذیری ضعیف تر مناسب است و تعادل بهتری بین سختی پذیری و کنترل تغییر شکل ارائه می دهد.

 

4. Austmpering

Austempering یک فرآیند خاموش کردن پیشرفته با کنترل دقیق تر بر دمای خنک کننده و زمان نگهداری است. در درجه اول شامل آستمپرینگ بینیتی و آستمپرینگ مارتنزیتی است. مسیر فرآیند مناسب را می توان بر اساس ریزساختار و عملکرد قطعه کار مورد نظر انتخاب کرد.

 

برای آستمپرینگ بینیتی، این فرآیند شامل حرارت دادن قطعه به حالت آستنیتی و سپس خاموش کردن سریع آن به محیطی در دمایی در ناحیه تبدیل بینیت با سرعت خنک‌سازی بیشتر از نرخ سرد شدن بحرانی است. سپس قطعه برای مدت زمان کافی در این دما نگه داشته می شود تا از تبدیل کامل بینیت آستنیت فوق سرد شده اطمینان حاصل شود و در نهایت ساختار بینیتی حاصل شود. از طرف دیگر، آستنیت مارتنزیتی شامل خاموش کردن قسمتی است که به حالت آستنیتی گرم شده است در یک حمام داغ (مانند حمام نمک یا حمام فلزی) در دمای کمی بالاتر از نقطه Ms برای مدت طولانی، و به آستنیت فوق سرد شده اجازه می دهد تا به تدریج در دمای ثابت به مارتنزیت تبدیل شود.

 

مزیت برجسته آسمپرینگ این است که می تواند به خواص مکانیکی کلی عالی در قطعه کار دست یابد و سختی بالا را با چقرمگی ضربه خوب ترکیب کند و در عین حال تغییر شکل را به حداقل برساند. بنابراین، این فرآیند اغلب برای ابزارها و قالب‌هایی با اشکال پیچیده، نیاز به تغییر شکل شدید و نیاز به سختی بالا و چقرمگی ضربه استفاده می‌شود. Austmpering همچنین می تواند به طور موثر عملکرد قطعات ساخته شده از فولاد کربنی با محتوای کربن بیشتر از 0.6٪ را بهبود بخشد.

 

5. خلاصه

به طور خلاصه، کوئنچ تکی-مایع، دو-کوئنچ مایع، کوئنچ مرحله‌ای و آسترپرینگ هر کدام دارای مزایای منحصربه‌فرد خود هستند که برای قطعات فولادی با اشکال، مواد و الزامات عملکرد متفاوت مناسب است. در تولید واقعی، شرایط خاص قطعه کار مستلزم انتخاب دقیق روش‌های خاموش کردن و کنترل دقیق پارامترهای فرآیند برای استفاده کامل از فرآیند خاموش کردن و تولید قطعات فولادی با کیفیت بالا است که الزامات کاربرد را برآورده می‌کند. در حالی که روش‌های مختلف خاموش کردن وجود دارد، اصل اساسی دستیابی به ریزساختار مناسب برای برآوردن عملکرد مورد نیاز، یا اصلاح روش کوئنچ برای جلوگیری از تغییر شکل و ترک است. یک مهندس عملیات حرارتی که می تواند بر این دو جنبه کلیدی تسلط داشته باشد بسیار ماهر است.