رفتن به مطلب
EN-EZEL

مقايسه عمليات سخت کردن سطحي به طريق القايي و کربن دهي در مورد چرخ‌دنده

پست های پیشنهاد شده

نويسنده : مسعود بينش

CrThumb.aspx?Pic=sanatekh%5CImages%5C46%5C404872757229061.jpg&X=250&Y=284درصنعت، 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 (CrThumb.aspx?Pic=sanatekh%5CImages%5C46%5C486657598557235.jpg&X=11&Y=20) 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 (CrThumb.aspx?Pic=sanatekh%5CImages%5C46%5C172804467788394.jpg&X=10&Y=15)، آستنيت (CrThumb.aspx?Pic=sanatekh%5CImages%5C46%5C486657598557235.jpg&X=11&Y=20) و مارتزيت (CrThumb.aspx?Pic=sanatekh%5CImages%5C46%5C165618697778916.jpg&X=11&Y=20) 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:

CrThumb.aspx?Pic=sanatekh%5CImages%5C46%5C232128792646990.jpg&X=674&Y=49

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):

CrThumb.aspx?Pic=sanatekh%5CImages%5C46%5C418974147594253.jpg&X=710&Y=53

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

به اشتراک گذاری این ارسال


لینک به ارسال

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

مهمان
ارسال پاسخ به این موضوع ...

×   شما در حال چسباندن محتوایی با قالب بندی هستید.   حذف قالب بندی

  تنها استفاده از ۷۵ اموجی مجاز می باشد.

×   لینک شما به صورت اتوماتیک جای گذاری شد.   نمایش به عنوان یک لینک به جای

×   محتوای قبلی شما بازگردانی شد.   پاک کردن محتوای ویرایشگر

×   شما مستقیما نمی توانید تصویر خود را قرار دهید. یا آن را اینجا بارگذاری کنید یا از یک URL قرار دهید.


×
×
  • جدید...