سخت کاری سطحی فولاد و فواید آن

<p>هنگامی که از فولاد صحبت می شود منظور آلیاژی از آهن و کربن است. البته علاوه بر کربن عناصر دیگری نیز به صورت خواسته یا ناخواسته نیز در فولاد وجود دارند. تغییر ترکیبات شیمیایی فولاد نقش بسیار مهمی در تغییر خواص و ویژگی های فولاد دارد. به عنوان مثال اضافه کردن حداقل ۱۰ درصد کروم به فولاد باعث می شود تا در برابر خوردگی و زنگ زدگی بسیار مقاوم شود. اما در کنار تغییر ترکیبات فولاد عملیات حرارتی که روی آن انجام می شود نیز بر بسیاری از ویژگی ها وخواص فولاد تاثیرگذار است. در حقیقت عملیات حرارتی از تکنیک های بسیار موثری است که برای رسیدن به ویژگی های مورد نظر در فولاد به کار برده می شود.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="en-heat-treatment-steel-surface-hardening-flame-hardening.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1653912691840-en-heat-treatment-steel-surface-hardening-flame-hardening.jpg" alt="heat-treatment-steel-surface"></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره ۱ - سخت کاری سطحی فولاد</p> <p>در عملیات حرارتی ترکیبات شیمیایی فولاد بدون تغییر باقی می ماند اما با روش های عملیات حرارتی متنوعی مانند انیل کردن، نرماله کردن، تمپرکردن و ... بسیاری از ویژگی های فلز مانند استحکام، سختی، چقرمگی و ... تغییر می کند.</p> <p>یکی از عملیات حرارتی که روی فولاد انجام می شود به نام سخت کاری سطحی شناخته می شود. این روش برای قطعاتی به کار برده می شود که باید سطح سخت داشته باشند و در معرض ضربه یا سایش قرار دارند. قطعاتی مانند چرخ دنده، یاتاقان، ابزارها و .... نیاز دارند از سختی سطح بالایی برخوردار باشند. یکی از روش هایی که می توان به کمک آن به سختی سطح بالایی رسید استفاده از عملیات حرارتی &ldquo;سخت کاری سطحی&rdquo;ست.</p> <h2>سخت کاری سطحی فولاد چیست؟</h2> <p>در عملیات سخت کاری سطحی تنها سطح فولاد سخت می شود. در این روش یک لایه ی نازک از آلیاژی فلزی با سختی بالا روی هسته ی نرم فولادی ساخته می شود. اساس کار سخت کاری سطحی نیز به اینگونه است که کربن از ماده ای حاوی کربن به سطح فلز با فولاد کم کربن یا فولادی آلیاژی نفوذ می کند و باعث افزایش مقاومت و سختی آن می شود. مقدار نفوذ کربن در ساختار بلوری فلز را می توان به خوبی کنترل کرد و به این صورت خصوصیات مکانیکی سطح فولاد قابل کنترل است.</p> <blockquote> <p>بیشتر مطالعه کنید: عملیات حرارتی فلزات</p> </blockquote> <h2>انواع سخت کاری</h2> <p>سخت کاری به دو روش عمقی و سطحی می تواند انجام شود. در سخت کاری عمقی کربن به صورت یکنواخت در تمام قسمت های فلز نفوذ می کند. این روش باعث می شود که کل قطعه سخت شده اما در عوض به دلیل افزایش مقدار کربن قطعه شکننده تر نیز می شود اما در سخت کاری سطحی تنها سطح قطعه سخت می شود.</p> <blockquote> <p>بیشتر مطالعه کنید: عملیات فورجینگ و تاثیر آن بر فولاد</p> </blockquote> <h2>روش اجرای سخت کاری سطحی</h2> <p>سخت کاری سطحی از طریق روش های مختلفی می تواند انجام شود اما یکی از محبوب ترین و پرکاربردترین آن ها که برای فولادهای کربن بالا اجرا می شود استفاده از حرارت دهی و کوئنچینگ است. در این روش از یک منبع حرارتی مانند سیم پیچ های القایی برای حرات دادن به سطح خارجی تا جایی استفاده می شود که میکروساختار فولاد تغییر کند. این دما که به آن دمای بحرانی گفته میشود در حدود ۷۰۰ درجه سانتیگراد می باشد. پس از این مرحله نیاز است تا سطح فولاد در تماس با یک کانال کوئنچینگ به سرعت خنک شود. این کانال می توان آب، روغن یا هوا باشد. هر کدام از این کانال ها نرخ خنک&zwnj;کنندگی متفاوتی دارند و متناسب با کاربرد فولاد می توانند استفاده شوند. سرد شدن سریع فولاد باعث می شود تا فولاد وارد فاز مارتنزیت شود که بسیار سخت و مقاوم به سایش است.</p> <p>یکی دیگر از روش هایی که برای ایجاد سختی سطحی به کار برده می شود نیتروژن دهی (Nitriding) است. در این فرایند بر سطح فولاد نیترید شکل می گیرد. این کار با حرارت دهی فولاد و سپس قرار گرفتن در معرض آمونیاک یا ماده ای دیگر حاوی نیتروژن انجام می شود. تشکیل نیترید بر سطح فولاد باعث سخت شدن و مقاومت آن در برابر سایش می شود. اما باید دقت داشت این فرایند تنها زمانی قابل اجراست که در ساختار فولاد عناصری مانند کروم و مولیبدن وجود داشته باشد که می تواند نیترید تشکیل دهد.</p> <p>نیتروژن دهی معمولا در دمایی کمتر از حراردت دهی و کوئنچنیگ انجام می شود و نیاز به فرایند کوئنچ نیز ندارد.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="what-is-case-hardening.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1653912833580-what-is-case-hardening.jpg" alt="what-is-case-hardening"></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره ۲ - خنک کاری فولادی گداخته</p> <h2>مزایای سخت کاری سطحی</h2> <p>دلایل بسیار زیادی وجود دارد که ما بخواهیم به جای اینکه کل یک قطعه را سخت کنیم تنها به سخت کردن سطح آن اکتفا کنیم. یکی از مهمترین این دلایل نیز افزایش بهره روی ست. هنگامی که تنها سطح ماده را سخت می کنیم زمان کمتری صرف می شود و همچنین انرژی کمتری نیز مورد نیاز است. همین مساله در ابعاد بزرگ می تواند باعث کاهش چشمگیر هزینه ها شود. دلیل دیگر نیز عملکرد این روش است. از جهات مختلف داشتن قطعه ای که سطح آن سخت اما مغز آن نشکن است مزیت دارد. از جمله کاربردهای این قطعات در مواردی ست که قطعه در معرض سایش قرار دارد اما از طرفی نیاز است تا بتواند ضربه هایی که به آن وارد می شود را نیز به خوبی جذب کند. از دیگر فواید سخت کاری سطحی می توان به موارد زیر اشاره کرد.</p> <ul> <li>افزایش عمر و استحکام قطعات</li> <li>داشتن استحکام سطحی بالا در عین قابلیت ماشین کاری خوب</li> <li>کاهش مصرف انرژی در تولید قطعات</li> <li>کاهش زمان تولید قطعات سخت</li> <li>ایجاد مقاومت در برابر شکست</li> <li>افزایش مقاومت در برابر خوردگی</li> <li>افزایش مقاومت در برابر خستگی</li> </ul> <blockquote> <p>بیشتر بخوانید: بررسی فولاد ساختمانی و مشخصات آن</p> </blockquote> <h2>چه فلزاتی می توانند تحت سخت کاری سطحی قرار بگیرند؟</h2> <p>فلزاتی که می توانند تحت عملیات سخت کاری سطحی قرار بگیرند، به فلزات آهنی محدود هستند. البته مواردی استثنایی مانند برخی آلیاژهای آلومینیوم و تیتانیوم نیز می توانند تحت سخت کاری سطحی قرار بگیرند.</p> <p>فلزات آهنی که معمولا تحت سخت کاری سطحی قرار می گیرند عبارتند از:</p> <ul> <li>فولاد کم کربن</li> <li>فولاد پر کربن</li> <li>چدن</li> <li>فولاد کم آلیاژ استحکام بالا</li> <li>فولاد ابزار</li> <li>فولاد ضد زنگ (استنلس استیل)</li> </ul> <p>موارد استفاده فولاد سخت کاری شده سطحی ساخت قطعاتی مانند موارد زیر می باشد:</p> <ul> <li>چرخ دنده</li> <li>بست ها</li> <li>شفت ها</li> <li>یاقان</li> <li>بلبرینگ</li> </ul> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="einsatzstahl_zahnrad_getrieb_dummy_image_w668_h375.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1653912744625-einsatzstahl_zahnrad_getrieb_dummy_image_w668_h375.jpg" alt="6541"></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره ۳ - قطعه سخت کاری شده سطحی</p> <p>&nbsp;</p>