عملیات شیمیایی- حرارتی و ترمومکانیکی. پردازش ترمو مکانیکی فلزات و آلیاژها پردازش حرارتی مکانیکی فلزات و آلیاژها

:

SP 16.13330.2011 سازه های فولادی;SP 128.13330.2012 سازه های آلومینیومی;

1. اطلاعات عمومی

فلزات به عنوان مواد دارای مجموعه ای از خواص ارزشمند برای تجهیزات ساختمانی هستند - استحکام زیاد، شکل پذیری، جوش پذیری، استقامت. توانایی سخت شدن و بهبود سایر خواص تحت تأثیرات ترمومکانیکی و شیمیایی.

این امر استفاده گسترده آنها را در ساخت و ساز و سایر زمینه های فناوری تعیین می کند.

فلزات خالص به دلیل عدم استحکام، سختی و شکل پذیری بالا به ندرت مورد استفاده قرار می گیرند. آنها عمدتاً به شکل آلیاژ با سایر فلزات و غیر فلزات مانند کربن استفاده می شوند

آهن و آلیاژهای آن (فولاد C2.14٪، چدن C>2.14٪) فلزات آهنی نامیده می شوند، بقیه (Be، Mg، Al، Ti, کروم، منگنز، نیکل، مس، روی و غیره) و آلیاژهای آنها - غیر آهنی.

فلزات آهنی بیشترین کاربرد را در ساخت و ساز دارند.

هزینه آنها به طور قابل توجهی کمتر از رنگی است.

با این حال، دومی دارای تعدادی ویژگی ارزشمند است - استحکام ویژه بالا، شکل پذیری، مقاومت در برابر خوردگی و تزئینی، که دامنه کاربرد آنها را در ساخت و ساز، عمدتاً قطعات معماری و ساختمانی و سازه های ساخته شده از آلومینیوم گسترش می دهد.

طبقه بندی فلزات

مواد خام برای تولید فلزات آهنی سنگ آهن است که توسط مواد معدنی کلاس اکسید - مگنتیت (FeFeO)، هماتیت (FeO)، کرومیت (FeCrO) و غیره نشان داده می شود.

بوکسیت برای تولید فلزات غیر آهنی استفاده می شود. سنگ معدن سولفید و کربنات مس، نیکل، روی و غیره.

2. ساختار کریستالی اتمی فلزات

فلزات و آلیاژها در حالت جامد اجسام کریستالی هستند.

اتم های موجود در آنها به طور منظم در محل های شبکه بلوری چیده شده اند و با فرکانس حدود 10 هرتز ارتعاش می کنند.

پیوند در فلزات و آلیاژها الکترواستاتیکی است که در اثر نیروهای جاذبه و دافعه بین یون‌های دارای بار مثبت (اتم‌ها) در گره‌های شبکه بلوری و الکترون‌های رسانش جمع‌آوری شده ایجاد می‌شود که چگالی آنها 10-10 الکترون در هر سانتی‌متر است. ده ها هزار برابر بیشتر از محتوای اتم ها و مولکول های موجود در هوا است.

خواص الکترومغناطیسی، نوری، حرارتی و سایر خواص فلزات به خواص ویژه الکترون های رسانا بستگی دارد.

اتم‌ها در شبکه تمایل دارند موقعیتی متناسب با حداقل انرژی آن اشغال کنند و متراکم‌ترین بسته‌بندی‌ها را تشکیل می‌دهند - حجم مرکزی، صورت محور و شش ضلعی.

اعداد هماهنگی (چگالی بسته بندی) شبکه های کریستالی. آ)مکعب محور (K 12)؛ب) بدن محور (K8)؛ج) شش ضلعی (K 12)

چگالی بسته بندی با عدد هماهنگی مشخص می شود، که تعداد اتم های همسایه است که در مساوی و کوتاه ترین فاصله از یک اتم قرار دارند.

هرچه این عدد بیشتر باشد، بسته بندی متراکم تر است.

برای بسته بندی مکعبی در مرکز بدنه برابر با 8 (K8) است. چهره محور - 12 (K12)؛ شش ضلعی - همچنین 12 (K12).

فاصله بین مراکز نزدیکترین اتم ها در یک شبکه را دوره شبکه می گویند.

دوره شبکه برای اکثر فلزات در محدوده 0.1-0.7 نانومتر است.

بسیاری از فلزات، بسته به دما، دچار تغییرات ساختاری در شبکه کریستالی خود می شوند.

بنابراین، آهن در دماهای کمتر از 910 درجه سانتیگراد و بالاتر از 1392 درجه سانتیگراد دارای بسته بندی اتمهای بدن محور با دوره شبکه 0.286 نانومتر است و -Fe نامگذاری شده است. در محدوده دماهای نشان داده شده، شبکه کریستالی آهن به صورت وجهی با دوره 0.364 نانومتر بازآرایی می شود و -Fe نامگذاری می شود.

تبلور مجدد با آزاد شدن گرما در هنگام سرد شدن و جذب در هنگام گرمایش همراه است که در نمودارها در امتداد مقاطع افقی ثبت شده است.

منحنی سرمایش (گرمایش) آهن

فلزات اجسام پلی کریستالی هستند که از تعداد زیادی کریستال کوچک با شکل نامنظم تشکیل شده اند.

بر خلاف بلورهای با شکل منظم، آنها را کریستالیت یا دانه می نامند.

جهت گیری کریستالیت ها متفاوت است، بنابراین، در همه جهات، خواص فلزات کم و بیش یکسان است، به عنوان مثال. جامدات چند کریستالی همسانگرد هستند.

با این حال، با جهت گیری یکسان بلورها، چنین همسانگردی خیالی مشاهده نخواهد شد.

شبکه کریستالی فلزات و آلیاژها با ساختار ایده آل فاصله زیادی دارد.

این شامل نقص - جای خالی و جابجایی است.

3. مبانی تولید چدن و ​​فولاد

چدن در طی فرآیند کوره بلند بر اساس احیای آهن از اکسیدهای طبیعی موجود در سنگ آهن با کک در دمای بالا به دست می آید.

کک وقتی می سوزد دی اکسید کربن تشکیل می دهد.

هنگام عبور از کک داغ به مونوکسید کربن تبدیل می شود که طبق طرح کلی: FeOFeOFeOFe باعث کاهش آهن در قسمت بالایی کوره می شود.

با افتادن در قسمت داغ پایینی کوره، آهن در تماس با کک ذوب می شود و تا حدی آن را حل می کند، به چدن تبدیل می شود.

چدن تمام شده حاوی حدود 93 درصد آهن، تا 5 درصد کربن و مقدار کمی ناخالصی سیلیکون، منگنز، فسفر، گوگرد و برخی عناصر دیگر است که از سنگ های باطله به چدن منتقل می شود.

بسته به میزان و شکل پیوند کربن و ناخالصی ها با آهن، چدن ها دارای خواص مختلفی از جمله رنگ هستند که بر اساس این معیار به سفید و خاکستری تقسیم می شوند.

فولاد از چدن با حذف مقداری کربن و ناخالصی ها از آن به دست می آید. سه روش اصلی تولید فولاد وجود دارد: مبدل، اجاق باز و ذوب الکتریکی.

مبدل مبتنی بر دمیدن چدن مذاب در مخازن مبدل گلابی شکل بزرگ با هوای فشرده است.

اکسیژن موجود در هوا ناخالصی ها را اکسید می کند و آنها را به سرباره تبدیل می کند. کربن می سوزد

هنگامی که میزان فسفر در چدن کم باشد، مبدل ها با مواد دیرگداز اسیدی مانند دیناسیم پوشانده می شوند؛ زمانی که محتوای فسفر زیاد باشد، آنها با مواد نسوز بازی پریکلاز پوشانده می شوند.

بر این اساس، فولاد ذوب شده در آنها به طور سنتی بسمر و توماس نامیده می شود.

روش مبدل با بهره وری بالا مشخص می شود که منجر به استفاده گسترده از آن شده است.

از معایب آن می توان به افزایش ضایعات فلزی، آلودگی سرباره و وجود حباب های هوا اشاره کرد که کیفیت فولاد را بدتر می کند.

استفاده از اکسیژن بلاست به جای هوا در ترکیب با دی اکسید کربن و بخار آب به طور قابل توجهی کیفیت فولاد مبدل را بهبود می بخشد.

روش اجاق باز در کوره های مخصوصی انجام می شود که در آن چدن همراه با سنگ آهن و ضایعات ذوب می شود.

فرسودگی ناخالصی ها به دلیل ورود اکسیژن هوا به کوره همراه با گازهای قابل اشتعال و سنگ آهن در ترکیب اکسیدها رخ می دهد.

ترکیب فولاد را می توان به راحتی کنترل کرد که این امر امکان تولید فولادهای باکیفیت را برای سازه های حیاتی در کوره های اجاق باز فراهم می کند.

ذوب الکتریکی پیشرفته ترین روش برای تولید فولادهای با کیفیت بالا با خواص مشخص است، اما نیاز به افزایش مصرف انرژی دارد.

با توجه به روش اتصال آن، کوره های الکتریکی به قوس و القایی تقسیم می شوند.

کوره های قوس دار بیشترین کاربرد را در متالورژی دارند. انواع خاصی از فولادها در کوره های الکتریکی ذوب می شوند - آلیاژ متوسط ​​و بالا، ابزار، مقاوم در برابر حرارت، مغناطیسی و غیره.

4. خواص مکانیکی فلزات

خواص مکانیکی بر اساس نتایج آزمون های استاتیکی، دینامیکی و خستگی (استقامتی) تعیین می شود.

استاتیک آزمایش ها با اعمال آهسته و روان بار مشخص می شوند. اصلی ترین آنها عبارتند از: تست های کششی، سختی و چقرمگی شکست.

برای تست های کششیاز نمونه های استاندارد با طول سنج استفاده کنیدمن= 10 دو منطقه 11.3 آجایی که (دو آ- به ترتیب، قطر و سطح مقطع نمونه ای از محصولات بلند با سطح مقطع گرد، مربع یا مستطیل.

آزمایش ها بر روی دستگاه های تست کشش با ثبت خودکار نمودار کشش انجام می شود.

شکل 4 چنین نموداری را برای فولاد کربن متوسط ​​نشان می دهد.

منحنی 1 رفتار یک فلز را تحت تأثیر تنش های معمولی مشخص می کند =R/Aو منحنی 2 - تحت تاثیر تنش های واقعی، S=R/A، (جایی که آو آ- به ترتیب سطح مقطع نمونه قبل از آزمایش و در هر مرحله بارگیری تا زمان تخریب).

معمولاً از نمودار تنش شرطی استفاده می کنند، اگرچه منحنی عینی تر است2.

نمودارهای کشش فلز: الف) برای تنش های شرطی (خطوط جامد) و واقعی (خطوط چین)؛ / - ناحیه تغییر شکل الاستیک؛// - همان پلاستیک؛ /// - منطقه توسعه ترک؛ ب) تنش های واقعی مشروط

حد الاستیک توسط تنشی تعیین می شود که در آن کرنش ازدیاد طولی باقیمانده از 0.05٪ تجاوز نمی کند.

قدرت تسلیم با قدرت تسلیم مشروط مشخص می شود که در آن تغییر شکل باقیمانده از 0.2٪ تجاوز نمی کند.

قدرت تسلیم فیزیکی مربوط به تنشی است که در آن نمونه بدون افزایش بیشتر بار تغییر شکل می‌دهد.

برای موادی که هنگام آزمایش در کشش شکننده هستند، از آزمون های استاتیکی برای فشرده سازی (برای چدن)، پیچش (برای فولادهای سخت شده و سازه ای) و خمش (برای ریخته گری های ساخته شده از آهن خاکستری و شکل پذیر) استفاده می شود.

سختیفلزاتبا فشار دادن یک توپ فولادی، مخروط الماس یا هرم به داخل آن تحت یک بار معین آزمایش می شود و با مقدار تغییر شکل پلاستیک تولید شده ارزیابی می شود.

بسته به نوع نوک مورد استفاده و معیار ارزیابی، سختی برینل، راکول و ویکرز متمایز می شود.

طرح تعیین سختی . الف) به گفته برینل؛ ب) طبق نظر راکول؛ ج) طبق نظر ویکرز

سختی ویکرز HV 5، HV 10 و غیره تعیین می شود. هرچه فلز و آلیاژ نازک تر و سخت تر باشد، بار آزمایش باید کمتر باشد.

برای تعیین ریزسختی محصولات کوچک و اجزای ساختاری فلزات از روش ویکرز در ترکیب با میکروسکوپ متالوگرافی نیز استفاده می شود.

آزمایش فلزات برای چقرمگی شکست بر روی نمونه های استاندارد با یک بریدگی تحت خمش سه نقطه انجام می شود.

این روش به شما امکان می دهد مقاومت یک فلز را در برابر انتشار، به جای شروع، یک ترک یا نقص ترک مانند از هر منشا، که همیشه در فلز وجود دارد، ارزیابی کنید.

چقرمگی شکست با پارامتر تخمین زده می شودبه،نشان دهنده ضریب شدت تنش یا افزایش موضعی در تنش های کششی (MPa) در نوک ترک.

پویا آزمایش فلزات برای خمش ضربه تحت بارگذاری چرخه ای متناوب انجام می شود. نمونه های فلزی با ابعاد (1x1x5.5) 10 متر با یک متمرکز کننده تنش (ناچ) در وسط برای خمش ضربه آزمایش می شوند.

آزمایش بر روی یک راننده شمع آونگ انجام می شود. مقاومت یک فلز در برابر خمش ضربه ای استحکام ضربه ای نامیده می شود و مشخص می شودKSU، KSVو KST(جایی که KS- نماد قدرت ضربه، وU، Vو تی -نوع و اندازه متمرکز کننده ولتاژ).

مقاومت یک فلز در برابر بارگذاری چرخه ای با حداکثر تنشی که فلز می تواند بدون تخریب برای تعداد چرخه معینی تحمل کند مشخص می شود و حد استقامت نامیده می شود. از چرخه های بارگذاری متقارن و نامتقارن استفاده می شود.

حد استقامت در حضور متمرکز کننده های استرس به شدت کاهش می یابد.

5. کریستالیزاسیون و ترکیب فازی آلیاژهای آهن-کربن

تبلور تنها زمانی ایجاد می شود که فلز زیر دمای تعادل فوق سرد شود.

فرآیند تبلور با تشکیل هسته های کریستالی (مراکز تبلور) آغاز می شود و با رشد آنها ادامه می یابد.

بسته به شرایط تبلور (سرعت سرد شدن، نوع و میزان ناخالصی)، بلورهایی با اندازه های مختلف از 10 تا 10 نانومتر به شکل منظم و نامنظم تشکیل می شوند.

در آلیاژها، بسته به حالت، فازهای زیر متمایز می شوند: محلول های مایع و جامد، ترکیبات شیمیایی و میانی (فازهای بینابینی، اتصالات الکترونیکی و غیره).

فاز یک بخش فیزیکی و شیمیایی یک سیستم (فلز یا آلیاژ) است که دارای ترکیب، ساختار، حالت تجمع یکسان است و توسط یک سطح تقسیم از بقیه سیستم جدا شده است.

بنابراین فلز مایع یک سیستم تک فاز است و مخلوطی از دو کریستال مختلف یا وجود همزمان مذاب مایع و کریستال ها به ترتیب دو و سه فاز هستند.

موادی که آلیاژ تشکیل می دهند جزء نامیده می شوند

محلول های جامد فازهایی هستند که در آنها یکی از اجزای آلیاژ شبکه کریستالی خود را حفظ می کند و اتم های دیگر یا اجزای دیگر در شبکه بلوری اولین جزء (حلال) قرار می گیرند و ابعاد (دوره ها) آن را تغییر می دهند.

بین محلول های جامد جانشینی و بینابینی تمایز قائل شد.

در حالت اول، اتم‌های جزء محلول جایگزین بخشی از اتم‌های حلال در محل‌های شبکه کریستالی آن می‌شوند. در دوم، آنها در میان (حفره) شبکه کریستالی حلال، و در آنهایی که فضای آزاد بیشتری وجود دارد، قرار دارند.

در محلول های جایگزین، پارامتر شبکه بسته به نسبت شعاع اتمی حلال و جزء محلول می تواند افزایش یا کاهش یابد. در محلول های کاشت - همیشه افزایش می یابد.

محلول های جامد بینابینی فقط در مواردی بوجود می آیند که قطر اتم های جزء محلول کوچک باشد.

به عنوان مثال، در آهن، مولیبدن و کروم، کربن، نیتروژن و هیدروژن می توانند حل شوند و محلول های جامد بین بافتی تشکیل دهند. چنین محلول هایی غلظت محدودی دارند، زیرا تعداد منافذ در شبکه حلال محدود است.

6. اصلاح ساختار و خواص فولاد

خاصیت آلیاژهای آهن-کربن برای تغییر فاز در طی کریستالیزاسیون و گرمایش و سرمایش مکرر، تغییر ساختار و خواص تحت تأثیر تأثیرات ترمومکانیکی و شیمیایی و ناخالصی های اصلاح کننده به طور گسترده در متالورژی برای به دست آوردن فلزات با خواص مطلوب مورد استفاده قرار می گیرد.

هنگام توسعه و طراحی سازه های فولادی و بتن آرمه ساختمان ها و سازه ها، تجهیزات و ماشین آلات تکنولوژیکی (اتوکلاوها، کوره ها، آسیاب ها، خطوط لوله تحت فشار و بدون فشار برای اهداف مختلف، قالب های فلزی برای ساخت محصولات ساختمانی، ماشین آلات ساختمانی و غیره) ، لازم است شرایط اقلیمی، تکنولوژیکی و اضطراری کاری آنها در نظر گرفته شود.

دمای منفی پایین آستانه شکنندگی سرد، استحکام ضربه و چقرمگی شکست را کاهش می دهد.

درجه حرارت بالا مدول الاستیک، استحکام کششی و استحکام تسلیم را کاهش می دهد، که به وضوح، به عنوان مثال، در هنگام آتش سوزی آشکار می شود.

در دمای 600 درجه سانتیگراد، فولاد و در دمای 200 درجه سانتیگراد، آلیاژهای آلومینیوم به طور کامل به حالت پلاستیکی تبدیل می شوند و ساختارهای تحت بار، پایداری خود را از دست می دهند.

به همین دلیل است که سازه های فلزی محافظت نشده مقاومت نسبتا کمی در برابر آتش دارند.

تجهیزات فن آوری - دیگهای بخار، خطوط لوله، اتوکلاوها، قالب های فلزی، و همچنین تقویت سازه های بتن مسلح، به طور مداوم در طول فرآیند تولید در معرض گرمایش چرخه ای - خنک کننده در محدوده دمایی 20-200 درجه سانتیگراد یا بیشتر، پیری حرارتی و کم را تجربه می کنند. - اعتدال دما، که اغلب در اثر خوردگی تشدید می شود، که هنگام انتخاب گریدهای فولادی برای اهداف خاص، ضروری است.

روشهای اصلی اصلاح ساختار و خواص فولاد مورد استفاده در متالورژی عبارتند از:

ورود موادی به فلز مذاب که ترکیبات نسوز را تشکیل می دهند که مراکز تبلور هستند.

معرفی عناصر آلیاژی که استحکام شبکه‌های کریستالی فریت و آستنیت را افزایش می‌دهند، فرآیندهای انتشار کربن، کاربیدها و حرکت نابجایی‌ها را کاهش می‌دهند.

عملیات حرارتی و ترمومکانیکی فولاد.

هدف آنها عمدتاً آسیاب کردن دانه های فولاد سرد شده، حذف تنش های پسماند و افزایش همگنی شیمیایی و فیزیکی آن است.

در نتیجه، سختی پذیری فولاد افزایش می یابد. سختی، آستانه شکنندگی سرد، شکنندگی مزاج، تمایل به پیری حرارتی و تغییر شکل کاهش می‌یابد و خواص پلاستیکی فولاد بهبود می‌یابد.

ویژگی های خاص این روش ها در زیر مورد بحث قرار می گیرد.

عناصر آلیاژی در فولادهای سازه ای وارد می شوند.

به عنوان عناصر تشکیل دهنده کاربید، به طور همزمان به عنوان افزودنی های اصلاح کننده عمل می کنند که هسته و پالایش دانه های فولادی را در طول تبلور مذاب تضمین می کنند.

در گریدهای فولاد آلیاژی، نوع و محتوای عناصر آلیاژی با حروف و اعداد سمت راست حروف نشان داده می شود.

آنها محتوای تقریبی (%) عنصر آلیاژی را نشان می دهند. عدم وجود ارقام به این معنی است که از 1.5٪ تجاوز نمی کند.

نامگذاری پذیرفته شده عناصر آلیاژی: A - نیتروژن، B - نیوبیم، B - تنگستن، G - منگنز، D - مس، E - سلنیوم، K - کبالت، N - نیکل، M - مولیبدن، P - فسفر، P - بور، C - سیلیکون، T - تیتانیوم، F - وانادیم، X - کروم، C - زیرکونیوم، Ch - خاک کمیاب، یو - آلومینیوم.

عناصر آلیاژی، حل شدن در فریت و آستنیت، اندازه دانه و ذرات فاز کاربید را کاهش می دهند.

آنها در امتداد مرزهای دانه قرار دارند، مانع از رشد، انتشار کربن و سایر عناصر آلیاژی می شوند و مقاومت آستنیت را در برابر سرد شدن بیش از حد افزایش می دهند.

بنابراین فولادهای کم آلیاژ ساختار ریزدانه و شاخص های کیفیت بالاتری دارند.

پردازش حرارتی و ترمومکانیکی روش های رایج برای اصلاح ساختار و بهبود خواص فولاد است.

انواع زیر متمایز می شوند: بازپخت، نرمال سازی، سخت شدن و تمپرینگ. بازپخت شامل فرآیندهای همگن سازی، تبلور مجدد و حذف تنش های پسماند است.

محدوده دما برای انواع مختلف آنیلینگ: 1 - همگن سازی؛ 2 - تبلور مجدد در دمای پایین (تمرینگ بالا) برای کاهش سختی. 3 - بازپخت (معلق) برای رفع استرس; 4 - بازپخت کامل با تبلور مجدد فاز. 5، 6 - عادی سازی فولاد پیش و هیپریوتکتوئید. 7 - کروی شدن; 8 - بازپخت ناقص فولاد هیپویوتکتوئید

شمش های فولادی آلیاژی در دمای 1100-1200 درجه سانتیگراد به مدت 15-20 ساعت در معرض همگن شدن قرار می گیرند تا ترکیب شیمیایی یکسان شود، جداسازی دندریتی و درون کریستالی کاهش یابد، که باعث شکستگی شکننده در طی عملیات تحت فشار، ناهمسانگردی خواص، تشکیل پوسته ها و ساختار دانه درشت می شود. .

بازپخت تبلور مجدد برای حذف سخت شدن فلز تغییر شکل داده شده با حرارت دادن آن به بالاتر از دمای آستانه تبلور مجدد، نگه داشتن آن در این دما و خنک کردن آن استفاده می شود.

تغییر شکل سرد و گرم (گرم) وجود دارد.

سرما در دمای زیر آستانه تبلور مجدد و گرم - بالاتر انجام می شود.

تبلور مجدد در طول تغییر شکل سرد استاتیک نامیده می شود و در هنگام تغییر شکل گرم به آن دینامیک می گویند که با باقیمانده "سخت کاری گرم" مشخص می شود که برای سخت شدن از گرمایش نورد مفید است.

بازپخت برای کاهش تنش های پسماند در دمای 550 ... 650 درجه سانتیگراد برای چند ساعت انجام می شود. از تاب برداشتن محصولات جوش داده شده پس از برش، صاف کردن و غیره جلوگیری می کند.

عادی سازی شامل حرارت دادن محصولات نورد طولانی فولاد ساختاری پیش و هایپریوتکتوئید، نگهداری کوتاه مدت و خنک سازی در هوا است.

باعث تبلور مجدد کامل فولاد، کاهش تنش های داخلی، افزایش شکل پذیری و چقرمگی می شود.

سرد شدن سریع در هوا منجر به تجزیه آستنیت در دماهای پایین تر می شود.

نرمال سازی به طور گسترده ای برای بهبود خواص فولادهای ساختمانی کم کربن، جایگزین آنیلینگ استفاده می شود. برای فولادهای کربنی و آلیاژی متوسط، در دماهای زیر آستانه تبلور مجدد با حرارت بالا ترکیب می شود.

سخت شدن و تمپر باعث بهبود استحکام و خواص شکل پذیری فولاد، کاهش آستانه شکنندگی سرد و حساسیت به متمرکز کننده های تنش می شود.

سخت شدن عبارت است از حرارت دادن فولاد، نگه داشتن آن تا زمانی که فولاد کاملا آستنیته شود و سرد کردن آن با سرعتی که انتقال آستنیت به مارتنزیت را تضمین می کند.

بنابراین شبکه کریستالی مارتنزیت به دلیل ویژگی های ساختاری و افزایش حجم ویژه مارتنزیت نسبت به آستنیت به میزان 4...4.25 درصد دچار اعوجاج شدید شده و تنش را تجربه می کند.

مارتنزیت شکننده، سخت و بادوام است. با این حال، یک تبدیل مارتنزیتی نسبتاً کامل فقط برای فولادهای پر کربن و آلیاژی امکان پذیر است که پایداری آستنیت فوق خنک را افزایش داده اند.

در فولادهای ساختمانی کم کربن و کم آلیاژ، کوچک است و بنابراین در هنگام کوئنچ، حتی با سرد شدن سریع با آب، مارتنزیت یا تشکیل نمی شود یا در ترکیب با بینیت در مقادیر کمتری تشکیل می شود.

آستنیت با سرد شدن سریع فولادهای ساختمانی کم کربن (C0.25٪) تجزیه می شود و ساختار فریتی-سیمنتیتی بسیار پراکنده از پرلیت-سوربیت و تروستیت یا مارتنزیت و سمنتیت کم کربن تشکیل می شود.

این ساختار بینیت نامیده می شود.

استحکام، سختی و استقامت را در مقایسه با محصولات تجزیه آستنیت در ناحیه پرلیت - سوربیتول و پروستیت افزایش داده است، در حالی که انعطاف پذیری بالا، ویسکوزیته و آستانه ظرفیت سرد کمتری را حفظ می کند.

تقویت فولاد با خاموش شدن از گرمایش نورد به این دلیل است که تبلور مجدد دینامیکی در طول گرمایش نورد ناقص است و بینیت تراکم بالایی از نابجایی های ایجاد شده در آستنیت تغییر شکل یافته را به ارث می برد.

ترکیب تغییر شکل پلاستیک فولاد در حالت آستنیتی با کوئنچ و تمپرینگ می تواند استحکام، شکل پذیری و چقرمگی آن را به میزان قابل توجهی افزایش دهد و تمایل به ترد بودن را که در دمای متوسط ​​فولاد آلیاژی در دمای 300...400 مشاهده می شود، از بین ببرد. درجه سانتی گراد

تمپرینگ آخرین عملیات عملیات حرارتی فولاد است که پس از آن خواص مورد نیاز را به دست می آورد.

از گرم کردن فولاد سخت شده، نگه داشتن آن در دمای معین و خنک کردن با سرعت معین تشکیل شده است.

هدف از تلطیف کاهش سطح تنش های داخلی و افزایش مقاومت در برابر شکست است.

سه نوع از آن وجود دارد: دمای پایین (کم) با گرمایش تا 250 درجه سانتیگراد. دمای متوسط ​​(متوسط) با گرمایش در محدوده 350-500 درجه سانتیگراد و دمای بالا (بالا) با حرارت دادن در 500-600 درجه سانتیگراد.

پیری فولاد کربنی خود را در تغییرات خواص آن در طول زمان بدون تغییرات قابل توجه در ریزساختار نشان می دهد.

استحکام و آستانه شکنندگی سرد افزایش می یابد، شکل پذیری و مقاومت ضربه کاهش می یابد.

دو نوع پیری شناخته شده است - حرارتی و تغییر شکل (مکانیکی).

پیری کرنش (مکانیکی) پس از تغییر شکل پلاستیک در دمای زیر آستانه تبلور مجدد رخ می دهد.

دلیل اصلی این نوع پیری نیز تجمع اتم های C و N بر روی نابجایی ها است که مانع حرکت آنها می شود.

سازندگان در هنگام استفاده از روش الکتروترمال آرماتور کششی در فرآیند ساخت سازه های بتن مسلح پیش تنیده با بروز شکنندگی مزاج و پیری فولاد مواجه می شوند.

7. چدن

همانطور که در بالا ذکر شد، آلیاژهای آهن-کربن حاوی بیش از 2.14% C چدن نامیده می شوند.

وجود یوتکتیک در ساختار چدن استفاده از آن را منحصراً به عنوان آلیاژ ریخته گری تعیین می کند. کربن موجود در چدن می تواند به صورت سیمانیت و گرافیت و یا به صورت همزمان باشد.

سمنتیت به شکستگی رنگ روشن و درخشندگی خاصی می بخشد. گرافیت - رنگ خاکستری بدون درخشش.

چدنی که تمام کربن آن به صورت سمنتیت است سفید و به صورت سیمانیت و گرافیت آزاد خاکستری نامیده می شود.

بسته به شکل گرافیت و شرایط تشکیل آن، آنها را متمایز می کنند: خاکستری، با استحکام بالا با گرافیت گره دار و چدن چکش خوار.

ترکیب فاز و خواص چدن به طور قاطع تحت تأثیر محتوای کربن، سیلیکون و سایر ناخالصی‌های موجود در آن و همچنین حالت خنک‌کننده و بازپخت قرار دارد.

تأثیر محتوای کربن و سیلیکون بر ساختار چدن (منطقه سایه دار - رایج ترین چدن ها):

I - منطقه چدن سفید؛ II - نیمه چدن؛ III - چدن خاکستری پرلیت؛ IV - چدن فریتی-پرلیت؛ V - چدن خاکستری فریتی؛L - ledeburite; P - پرلیت؛ ج - سمنتیت; G - گرافیت؛ F - فریت

چدن سفید دارای سختی و استحکام بالا (HB 4000-5000 مگاپاسکال)، ماشینکاری سخت و شکننده است.

به عنوان عامل تبدیل فولاد یا چدن شکل پذیر استفاده می شود.

چدن سفید شده دارای ساختاری سفید در لایه سطحی و چدن خاکستری در هسته است که باعث افزایش مقاومت در برابر سایش و استقامت محصولات ساخته شده از آن می شود.

ترکیب تقریبی چدن سفید: C = 2.8-3.6٪. Si=0.5-0.8%; Mn=0.4-0.6%.

چدن خاکستری یک آلیاژ Fe-Si-C با ناخالصی های اجتناب ناپذیر منگنز، فسفر و S است.

بهترین خواص را چدن های هیپوئوتکتیک حاوی 2.4 تا 3.8 درصد C دارد که بخشی از آن تا 0.7 درصد به شکل سمنتیت است.

سیلیکون گرافیت شدن چدن را ترویج می کند، منگنز، برعکس، از آن جلوگیری می کند، اما تمایل چدن به سفید کننده را افزایش می دهد.

گوگرد یک ناخالصی مضر است که خواص مکانیکی و ریخته گری چدن را مختل می کند.

فسفر در مقدار 0.2-0.5٪ بر گرافیت شدن تأثیر نمی گذارد، سیالیت را افزایش می دهد، اما شکنندگی چدن را افزایش می دهد.

خواص مکانیکی و پلاستیکی چدن با ساختار آن، عمدتاً جزء گرافیت، تعیین می شود. هرچه آخال‌های گرافیت کمتر، کوچک‌تر، منشعب‌تر و جداتر از یکدیگر باشند، چدن قوی‌تر و انعطاف‌پذیرتر است.

ساختار پایه فلزی چدن، فولاد هیپویوتکتوئیدی یا یوتکتوئیدی است، یعنی. فریت + پرلیت یا پرلیت. چدن خاکستری با ساختار پرلیت از پایه فلزی با ترکیب تقریبی: C = 3.2-3.4٪ دارای بیشترین استحکام، سختی و مقاومت در برابر سایش است. Si - 1.4-2.2٪; Mn=0.7-1.0%; P، S 0.15-0.2٪.

تاثیر پایه فلزی و شکل اجزاء گرافیت بر خواص مکانیکی و تکنولوژیکی چدن ها

خواص فیزیکی و مکانیکی چدن های سازه های مختلف

اجزاء گرافیت، در حالی که به شدت استحکام کششی چدن خاکستری را کاهش می دهند، عملاً هیچ تأثیری بر مقاومت فشاری، مقاومت خمشی و سختی آن ندارند. آن را نسبت به متمرکز کننده های تنش غیر حساس می کند، ماشین کاری را بهبود می بخشد.

چدن خاکستری با حروف C - خاکستری و H - چدن مشخص می شود.

اعداد بعد از آنها نشان دهنده مقاومت کششی متوسط ​​(kg/mm) است.

چدن پرلیت شامل چدن اصلاح شده از گریدهای SCh30-SCh35 است که حاوی افزودنی های اصلاح کننده - گرافیت، فروسیلیکون، سیلیکوکلسیم به مقدار 0.3-0.8٪ و غیره است.

برای کاهش تنش‌های داخلی، ریخته‌گری‌ها در دمای 500-600 درجه سانتی‌گراد آنیل می‌شوند و به دنبال آن خنک‌سازی آهسته انجام می‌شود.

اصلاح و بازپخت باعث افزایش شکل پذیری، چقرمگی و استقامت چدن می شود

هنگامی که منیزیم در طول ذوب چدن خاکستری به مقدار 0.03-0.07٪ وارد ترکیب چدن خاکستری می شود، گرافیت در طی فرآیند کریستالیزاسیون به جای شکل لایه ای، شکل کروی پیدا می کند.

چنین چدنی دارای استحکام بالا، قابل مقایسه با استحکام فولاد ریختگی، خواص ریخته گری خوب و شکل پذیری، ماشین کاری و مقاومت در برابر سایش است.

گریدهای چدن با مقاومت بالا با حروف و اعداد مشخص می شوند.

دومی به معنای استحکام کششی موقت (kg/mm) و کشیدگی نسبی (%) است.

چدن چکش خوار با حرارت دادن طولانی مدت (پخت) ریخته گری چدن سفید تولید می شود.

بازپخت در دو مرحله با نگهداری در هر یک از آنها تا تجزیه کامل لدبوریت (مرحله اول)، آستنیت و سمنتیت (مرحله دوم) و تشکیل فریت و گرافیت انجام می شود.

دومی به شکل ورقه‌ای آزاد می‌شود و به چدن انعطاف‌پذیری بالایی می‌دهد.

شکستگی آن سیاه مخملی است.

اگر خنک شدن تسریع شود، چدن چکش خوار با پایه پرلیت تشکیل می شود که شکل پذیری را کاهش می دهد و ظاهری سبک (فولادی) به شکستگی می بخشد. مانند چدن با مقاومت بالا مشخص شده است.

اصطلاح "چدن چکش خوار" مشروط است و پلاستیک را مشخص می کند، نه ویژگی های تکنولوژیکی چدن، زیرا محصولات ساخته شده از آن، مانند سایر چدن ها، از طریق ریخته گری و نه آهنگری تولید می شوند.

انواع چدن ها با آخال های گرافیت در نظر گرفته شده در ساختمان سازی مورد استفاده قرار می گیرند.

چدن های خاکستری در سازه هایی که در معرض بارهای ساکن هستند (ستون ها، دال های پایه، صفحات تکیه گاه خرپاها، تیرها، لوله های فاضلاب، منهول ها، دریچه ها) استفاده می شود. چدن های با استحکام بالا و چکش خوار که دارای استحکام، شکل پذیری و چقرمگی بالا هستند، در سازه های در معرض بارهای دینامیکی و ارتعاشی و سایش (کف ساختمان های صنعتی، پایه های تجهیزات آهنگری و پرس سنگین، تکیه گاه های زیر خرپایی راه آهن و ... پل های جاده ای، لوله هایی برای بستن تونل های حمل و نقل حیاتی در زیر زمین، در کوه ها).

8. فلزات غیر آهنی

از میان فلزات غیرآهنی، آلومینیوم بیشترین کاربرد را در ساخت و ساز دارد زیرا دارای استحکام ویژه، شکل پذیری، مقاومت در برابر خوردگی و کارایی اقتصادی بالایی است.

نقره، طلا، مس، روی، تیتانیوم، منیزیم، قلع، سرب و غیره عمدتاً به عنوان افزودنی‌های آلیاژی و اجزای آلیاژها استفاده می‌شوند و به همین دلیل کاربرد ویژه و محدودی در ساخت و ساز دارند (انواع خاص شیشه، اشیاء منحصر به فرد - یادبودهای مامایف). کورگان در ولگوگراد، در تپه پوکلونایا، یک ابلیسک به افتخار تسخیر فضا در مسکو و دیگران، که در آن به طور گسترده ای از تیتانیوم، مس و آلیاژهای آنها استفاده می شود؛ شیرهای خاموش و کنترل و دستگاه های لوله کشی، گرمایش، سیستم های الکتریکی. ساختمان ها و سازه ها).

فلزات غیرآهنی مانند آهن در شکل خالص خود به دلیل استحکام و سختی کم به ندرت مورد استفاده قرار می گیرند.

آلومینیوم- فلز نقره ای سفید، چگالی 2700 کیلوگرم بر متر و نقطه ذوب 658 درجه سانتی گراد. شبکه کریستالی آن یک مکعب رو به مرکز با پریود 0.40412 نانومتر است.

دانه های آلومینیوم واقعی، مانند دانه های آهن، دارای ساختار بلوکی و عیوب مشابه هستند - جای خالی، اتم های بینابینی، نابجایی، مرزهای با زاویه کم و زیاد بین دانه ها.

افزایش استحکام با آلیاژ کردن منیزیم، منگنز، مس، سی، آل، روی، و همچنین با تغییر شکل پلاستیک (فرتینگ)، سخت شدن و پیری به دست می آید. تمام آلیاژهای آلومینیوم به دو دسته فرفورژه و ریخته گری تقسیم می شوند.

آلیاژهای فرفورژه به نوبه خود به تقسیم می شونداز نظر حرارتی سخت شده و غیر سخت شده .

آلیاژهای قابل سخت شدن حرارتی عبارتند از Al-Mg-Si، Al-Cu-Mg، Al-Zn-Mg. از نظر حرارتی سخت نمی شود - آلومینیوم فنی و آلیاژهای دو جزئی Al-Mn و Al-Mg (مگنالیوم).

فلز مس- افزودنی اصلی آلیاژی آلیاژها - دورالومین استحکام را افزایش می دهد، اما خاصیت شکل پذیری و ضد خوردگی آلومینیوم را کاهش می دهد.

منگنز و منیزیم استحکام و خواص ضد خوردگی را افزایش می دهند. سیلیکون سیال و قابل ذوب است، اما شکل پذیری را مختل می کند.

روی، به ویژه با منیزیم، استحکام را افزایش می دهد اما مقاومت در برابر خوردگی استرس را کاهش می دهد.

برای بهبود خواص آلیاژهای آلومینیوم، مقادیر کمی از کروم، وانادیم، تیتانیوم، زیرکونیوم و سایر عناصر وارد آنها می شود. آهن (0.3-0.7٪) ناخالصی نامطلوب اما اجتناب ناپذیر است.

نسبت اجزای موجود در آلیاژها بر اساس شرایطی انتخاب می‌شود تا پس از عملیات حرارتی و پیری، به استحکام، کارایی و مقاومت در برابر خوردگی بالا دست یابند.

آلیاژها با درجه هایی مشخص می شوند که دارای حروف الفبا و عددی هستند که ترکیب و وضعیت آلیاژ را مشخص می کند: M - آنیل شده (نرم). ن - سخت کوش؛ H2 - نیمه سخت شده؛ T - سخت شده و به طور طبیعی پیر شده است. T1 - سخت شده و به طور مصنوعی پیر شده است. T4 - کاملاً سخت نشده و به طور مصنوعی پیر نشده است.

سخت شدن و نیمه سخت شدن مشخصه آلیاژهای گرمایی غیر سخت شونده است. سخت شدن و پیری - برای آنهایی که از نظر حرارتی سخت شده اند.

برندهای آلومینیوم فنی: AD، AD1 (A - آلومینیوم، D - آلیاژ نوع دورالومین، 1 - درجه خلوص آلومینیوم را مشخص می کند - 99.3٪؛ در درجه AD - 98.8 A1). با استحکام بالا - B95، B96، آهنگری - AK6، AK8 (اعداد نشان دهنده محتوای کل عناصر آلیاژی اصلی و اضافی در آلیاژ (٪) است.

مارک های آلیاژهای آلومینیومی که از نظر حرارتی سخت نمی شوند: AD1M، AMtsM، AMg2M، AMg2N2 (M - نرم، Mts - منگنز، Mg2 - منیزیم با محتوای 2٪ در آلیاژ).

تعیین دیجیتال گریدهای آلیاژهای آلومینیوم: 1915، 1915T، M925، 1935T (رقم اول پایه آلیاژ را نشان می دهد - آلومینیوم؛ دوم - ترکیب اجزا؛ 0 - آلومینیوم از نظر فنی خالص، 1 - Al-Cu-Mg، 3 - Al-Mg-Si، 4 - Al-Mn، 5-Al-Mg، 9 - Al-Mg-Zn؛ دو مورد آخر شماره سریال آلیاژ در گروه خود هستند).

انواع اصلی عملیات حرارتی آلیاژهای آلومینیوم عبارتند از بازپخت، سخت شدن و پیری (تمرینگ)

بازپخت بدون تغییر فاز انجام می شود و برای کاهش تنش باقیمانده، همگن سازی، تبلور مجدد و بازیابی استفاده می شود.

در حالت دوم، خواص فیزیکی و مکانیکی اولیه آلیاژ احیا می شود، استحکام کاهش می یابد و شکل پذیری و چقرمگی لازم برای اهداف تکنولوژیکی افزایش می یابد.

9. آرماتورهای فولادی برای سازه های بتن مسلح

برای تقویت سازه های بتنی مسلح، از آرماتورهای میله ای و سیمی پروفیل های صاف و دوره ای و طناب های ساخته شده از فولادهای کم کربن و کم آلیاژ، تقویت شده با سخت شدن با گرمایش نورد، تغییر شکل سرد یا گرم استفاده می شود.

این الزامات تا حد زیادی توسط میله با استحکام بالا (A-1V - AV1؛ At-1VC(K) - At-V1C(K) و غیره)، سیم (B-II، BP-II) و طناب (K-) برآورده می شود. 7, K-9) آرماتور با مقاومت تسلیم 590-1410 مگاپاسکال و کشیدگی نسبی 8-14 درصد به ترتیب برای ساخت سازه های بتن مسلح پیش تنیده استفاده می شود.

در عین حال، همراه با افزایش 20-30 درصدی استحکام و مقاومت در برابر ترک سازه ها، مصرف فولاد تقویت کننده نسبت به پیش تنیده A-I (A-240)، A-II (A-300)، A کاهش می یابد. -III (A-400)، VR-I.

با این حال، از نقطه نظر رفتار خوردگی، آرماتورهای با مقاومت بالا، به ویژه آرماتورهای پیش تنیده، به طور بالقوه آسیب پذیرتر هستند.

رفتار خوردگی آرماتورها در بتن عمدتاً با تغییر در مقاومت، شکل‌پذیری و ماهیت شکست آن و همچنین عمق آسیب خوردگی (mm/سال) یا کاهش جرم (g/m روز یا g/mh) مشخص می‌شود.

حالت غیرفعال آرماتور در بتن، که از نظر ترمودینامیکی مستعد واکنش‌های اکسیداسیون است، توسط ماهیت بسیار قلیایی محیط (pH12) و یک لایه محافظ نسبتاً ضخیم (0.01-0.035 متر) و متراکم از بتن تضمین می‌شود.

مطابق با تئوری فیلم اکسید، حالت غیرفعال تقویت در یک محیط اکسید کننده به دلیل تشکیل یک لایه نازک اکسید روی سطح فلز رخ می دهد.

پتانسیل تعادل برای تشکیل چنین فیلمی مثبت و تقریباً 0.63 ولت است و برای آهن در حالت فعال حدود 0.4 ولت است.

به محض اینکه پلاریزاسیون نواحی آندی فلز به پتانسیل تشکیل یک فیلم اکسید می رسد، چگالی جریان انحلال به شدت کاهش می یابد و فلز به حالت غیرفعال می رسد.

این پتانسیل مشخصه، پتانسیل Flade نامیده می شود..

غیرفعال سازی آرماتور در بتن در دمای 5±20 درجه سانتیگراد پس از 32-36 ساعت، نه تنها با سطح تمیز، بلکه با زنگ زدگی کامل می شود.

با این حال، مقدار pH محیط به طور مبهم وضعیت آرماتور در بتن را مشخص می کند. تا حد زیادی با وجود یون های فعال کننده تعیین می شود که پتانسیل انحلال فلز را به سمت منفی منتقل می کند. سپس فلز به حالت فعال می رود.

قضاوت عینی در مورد وضعیت الکتروشیمیایی آرماتور در بتن فقط با قطبش پذیری آن امکان پذیر است، یعنی. تغییرات پتانسیل الکترود و چگالی جریان

همه بتن ها با مقدار pH بالا مشخص نمی شوند.

در اتوکلاو، گچ و بتن با مواد افزودنی معدنی فعال از لحظه تولید pH<12.

در چنین بتنی، آرماتور نیاز به پوشش محافظ دارد.

غیرفعال شدن آرماتور می تواند در لایه محافظ کربن دار بتن (محل قرارگیری آرماتور) به خصوص در محل های ترک نیز رخ دهد که در هنگام تعیین ضخامت و تراکم لایه محافظ بسته به نوع، هدف، باید به آن توجه کرد. شرایط عملیاتی و عمر مفید سازه های بتن مسلح.

آسیب خوردگی موضعی به سطح فلز مانند افزایش دهنده های تنش عمل می کند.

در فولادهای نرم انعطاف پذیر، توزیع مجدد تنش در نزدیکی مراکز این ضایعات رخ می دهد که در نتیجه خواص مکانیکی فولادها عملاً تغییر نمی کند.

در فولادهای با استحکام بالا و شکل‌پذیری پایین پروفیل صاف و تناوبی، برای مثال، B-II و BP-II، که تنش‌های کششی نزدیک به نقطه تسلیم را تجربه می‌کنند (و به همین دلیل کمتر در معرض قطبش آندی هستند)، آسیب خوردگی موضعی باعث غلظت بالایی از تنش های ضعیف آرام بخش و احتمال شکستگی شکننده می شود.

بنابراین، فولادهای تقویت‌کننده با مقاومت بالا که برای سازه‌های پیش تنیده توصیه می‌شوند، معمولاً آلیاژی پیچیده هستند، تحت عملیات حرارتی و ترمومکانیکی، نرمال‌سازی و تمپر بالا، در دمای 600-650 درجه سانتیگراد قرار می‌گیرند.

معرفی مقادیر کمی از افزودنی های آلیاژی کروم، منگنز، سی، مس، فسفر، آل و غیره به فولادهای تقویت کننده، همراه با عملیات حرارتی و ترمومکانیکی، خواص مکانیکی و ضد خوردگی فولادها را به میزان قابل توجهی 2 تا 3 برابر بهبود می بخشد.

10. سازه های فولادی

اشکال اصلی سازه و اهداف سازه های فولادی عبارتند از:ساختمان‌های صنعتی، قاب‌ها و پوشش‌های بلند ساختمان‌های عمومی، پل‌ها و روگذرها، برج‌ها و دکل‌ها، شیشه‌های رنگی، پرکننده‌های درب و پنجره، سقف‌های کاذبو غیره.

عناصر اولیه سازه های ساختمانی عبارتند از:

ورق نورد گرم ضخیم به ضخامت 4-160 میلی متر، طول 6-12 متر، عرض 0.5-3.8 متر، به صورت ورق و رول عرضه می شود. نازک نورد گرم و سرد، تا ضخامت 4 میلی متر در رول. یونیورسال فلنج پهن، ضخامت 6-60 میلی متر، نورد گرم با لبه های ماشینکاری شده و تراز شده؛

پروفیل فولادی - زاویه ها، کانال ها، تیرهای I، تیرهای T، لوله ها و غیره که از آنها مقاطع مختلف متقارن مونتاژ می شوند و از افزایش پایداری و کارایی سازه ها اطمینان می دهند.

لوله های گرد بدون درز نورد گرم با قطر 25-550 میلی متر و ضخامت دیواره 2.5-75 میلی متر برای پشتیبانی رادیو و تلویزیون.

لوله های گرد با جوش برقی با قطر 8-1620 میلی متر و ضخامت دیواره 1-16 میلی متر. مقطع مربع و مستطیل با ابعاد جانبی از 60 تا 180 میلی متر و ضخامت دیواره از 3 تا 8 میلی متر. لوله ها در سازه های سقف سبک وزن، دیوارهای نیمه چوبی، قاب ها، پنجره های شیشه ای رنگی استفاده می شود.

پروفیل های شکل سرد ساخته شده از نوار یا نوار به ضخامت 1-8 میلی متر. حوزه اصلی کاربرد آنها سازه های سقف ساختمان سبک و مقرون به صرفه است.

پروفیل برای مقاصد مختلف - قاب پنجره، در و فانوس، ریل جرثقیل، عرشه پروفیل گالوانیزه، طناب های فولادی و سیم با مقاومت بالا برای سقف های آویزان و کابلی، پل ها، دکل ها، سازه های سقف پیش تنیده، لوله ها، مخازن و غیره.

انواع اصلی پروفیل های نورد. الف) ورق فولادی؛ ب) پروفیل های گوشه؛ ج) کانال؛ d) e) f) تیرهای I با عرض فلنج های مختلف. ز) تیرها و کانالهای I با دیواره نازک. ح) لوله های بدون درز و جوش برقی

انواع پروفیل های سرد شکل ساخته شده از نوار یا نوار فولادی با ضخامت ۱ تا ۸ میلی متر. الف) زوایای نابرابر و مساوی؛ ب) کانال ها؛ ج) بخش دلخواه

لیستی از پروفیل های نورد شده که شکل، ابعاد، وزن واحد و تلرانس ها را نشان می دهد، مجموعه نامیده می شود.

پروفیل های جدار نازک اقتصادی ترین هستند.

قطعاتی از ستون‌ها، تیرهای جرثقیل و پل، خرپاها، روکش‌ها، قوس‌ها، پوشش‌های استوانه‌ای و چادری و سایر سازه‌ها از عناصر اولیه در کارخانه ساخته می‌شوند که سپس به صورت بلوک بزرگ شده و در محل ساخت و ساز نصب می‌شوند.

تولید و نصب سازه های فلزی توسط کارخانجات تخصصی و سازمان های تاسیساتی انجام می شود که بهره وری و کیفیت بالای محصولات و نصب را تضمین می کنند.

بسته به هدف و شرایط عملیاتی سازه های فلزی، میزان مسئولیت ساختمان ها و سازه ها، استفاده از دسته های مختلف فولاد با در نظر گرفتن مقاومت سرمایی آنها در دمای طراحی زمستانی در فضای باز توصیه می شود.

انواع سازه ها به 4 گروه تقسیم می شوند که الزامات آنها و بر این اساس، گریدهای فولادی از گروه اول تا چهارم کاهش می یابد.

و اگر در سه مورد اول، فولادهای آلیاژی عمدتا پیچیده، که به خوبی قابل جوش و مقاوم در برابر سرما هستند، برای سازه های بحرانی اصلی توصیه می شود، سپس در گروه چهارم برای سازه های کمکی - فولادهای معمولی VSt3sp (ps) (kp).

فولادهای آلیاژی با مقادیر کم مس، فسفر، نیکل، کروم (به عنوان مثال فولادهای گروه اول و دوم، 15G2AFDps، 10HSND، 10KHNDP، 12GN2MFAYu و غیره) به ویژه در حفاظت از خوردگی جوی موثر است.

توانایی فولادهای کم آلیاژ برای تشکیل لایه‌های محافظ متراکم از زنگ زدگی، متشکل از FeOOH آمورف، منجر به ایجاد به اصطلاح کارتن شد.

آنها برای سازه های ساختمان های صنعتی، پل ها، تکیه گاه ها و سایر سازه هایی که در شرایط جوی کار می کنند استفاده می شوند. کارتن نیازی به رنگ آمیزی ندارد و در طول عمر مفید سازه ها خوردگی نمی کند. خواص محافظتی فیلم با مرطوب کردن و خشک کردن دوره ای افزایش می یابد.

ترکیب کارتن معمولی 0.09٪ C و P است. 0.4٪ منگنز و مس. 0.8٪ کروم و 0.3٪ نیکل.

11. سازه های آلومینیومی

آغاز استفاده از آلومینیوم در ساختمان سازی را می توان نصب قرنیز آلومینیومی بر روی ساختمان لایف در مونترال در سال 1896 و سقف آلومینیومی بر روی دو ساختمان مذهبی رم در سال های 1897-1903 دانست.

در جریان بازسازی پل شهر در پیتسبورگ (ایالات متحده آمریکا) در سال 1933، برای اولین بار، عناصر باربر مسیر راه پل از کانال ها و ورق های آلومینیومی ساخته شد که به مدت 34 سال با موفقیت مورد استفاده قرار گرفت.

در ساخت و سازهای خانگی، سازه های آلومینیومی برای اولین بار در اوایل دهه پنجاه در تجهیزات ایستگاه تحقیقاتی قطب شمال و ساختمان کوهنوردی در قفقاز استفاده شد.

آلومینیوم به طور گسترده در خارج از کشور مورد استفاده قرار گرفته است و تا 27 درصد از کل آلومینیوم مصرفی در این کشورها در بخش ساخت و ساز استفاده می شود.

تولید سازه های آلومینیومی ساختمانی در آنها در کارخانه های بزرگ تخصصی با ظرفیت 30 تا 40 هزار تن در سال متمرکز شده و تولید انواع محصولات با کیفیت بالا را تضمین می کند.

موثرترین آنها عبارتند از:پانل های دیوارهای خارجی و پوشش های بدون قاب، سقف های کاذب، سازه های پیش ساخته و ورق.

بخش قابل توجهی از اثر اقتصادی با کاهش هزینه های حمل و نقل و عملیات به دلیل افزایش مقاومت در برابر خوردگی و سبکی سازه های آلومینیومی در مقایسه با سازه های مشابه ساخته شده از فولاد و بتن مسلح حاصل می شود.

استفاده از آلومینیوم در سازه های باربر از نظر اقتصادی امکان پذیر نیست، به استثنای پوشش های با دهانه طولانی و موارد افزایش تهاجمی محیطی.

این به دلیل مدول الاستیسیته پایین آلومینیوم است که در نتیجه لازم است ابعاد مقطع عناصر و خود سازه ها افزایش یابد تا از صلبیت و پایداری لازم اطمینان حاصل شود.

این امر از استحکام آلومینیوم کم استفاده می کند.

علاوه بر این، آلومینیوم استقامت چرخه و مقاومت در برابر دما را در مقایسه با فولاد کاهش داده است.

این نواقص را می توان (با در نظر گرفتن خواص پلاستیکی بالای آلومینیوم) با ایجاد سازه های فضایی از جمله میله ای و آویزان، با استفاده از عناصر خمیده، مهر و موم و ورق های موجدار که به طور همزمان عملکردهای محصور کننده و قدرت را انجام می دهند، برطرف کرد.

پروفیل های خم شده آلومینیومی از ورق های نورد. الف) میله های ساده را باز کنید. ب) میله های پیچیده را باز کنید. ج) ورق های راه راه با اشکال مختلف راه راه (1 - شیاردار؛ 2 - غشاء؛ 3 - موج دار؛ 4 - آجدار؛ 5 - فرورفتگی)؛ د) ه) پروفیل های چند حفره ای بسته

انواع پروفیل های اکسترود شده یک جامد؛ ب) باز کردن؛ ج) نیمه باز؛ د) توخالی (بسته)؛ ه) پانل های فشرده. و) اتصالات قفل پروفیل های جفت. g) اتصالات پروفیل با snaps

بلوک های پنجره آلومینیومی و شیشه های رنگی در مقایسه با نمونه های چوبی، از جمله در شمال دور، تأثیر اقتصادی قابل توجهی ندارند.

با وجود این، آنها بهترین ویژگی های عملکردی، ظاهر و دوام بالا را دارند که امکان استفاده گسترده از آنها را در انواع ساخت و ساز تعیین می کند.

سازه های آلومینیومی محصور دیوارها و سقف ها را می توان به دو روش ساخت: از پانل های کاملاً پیش ساخته یا از ورق های پروفیل یا صاف، عایق یا بدون عایق در طول فرآیند ساخت.

مورد اخیر به ساختمان ها و انبارهای صنعتی گرم نشده اشاره دارد.

هر دو روش مزایا و معایب خود را دارند.

سادگی و سرعت نصب پانل های آماده کارخانه با عدم پردازش کارخانه در مورد استفاده از نوارهای تخت یا پروفیل در تضاد است. اما نصب عایق پیچیده تر می شود.

در ساخت و سازهای پیش ساخته، مشکل قابلیت اطمینان اتصالات، به ویژه ورق های پروفیلی مطرح می شود. با نوار - نصب و کشش نوارها برای دهانه های بزرگ.

در ساخت و ساز خانگی، روش پانل اول تاکنون بیشترین استفاده را داشته است.

پانل های دیوار و سقف معمولاً از دو ورق آلومینیومی نازک، صاف یا پروفیلی تشکیل شده اند که عایق بین آنها قرار می گیرد.

در بیشتر موارد، دنده ها در امتداد کانتور پانل نصب می شوند و یک قاب ایجاد می کنند.

یکی از ورق های آلومینیومی (معمولا داخلی) را می توان با ورق های تخته سه لا، آزبست سیمان یا پلاستیک، نئوپان و تخته فیبر جایگزین کرد.

تخته های پشم معدنی، PSB، PVC، فوم PSB-S و فوم پلی یورتان، که در طی فرآیند تکنولوژیکی بین پوسته ها فوم می شوند، به عنوان عایق استفاده می شوند. این عایق با چسب اپوکسی یا لاستیکی به ورق های آلومینیومی چسبانده شده و در عملکرد پانل گنجانده شده است. ابعاد پانل 6x1.5x (0.05-0.15) متر، 6.6x3x (0.05-0.2) متر یا بیشتر.

ضخامت ورق های روکش آلومینیومی 1-2.5 میلی متر است. گریدهای توصیه شده آلیاژهای آلومینیوم برای ساخت آنها عبارتند از AMg2M، AMg2N2، AD31T 1(4-5)، 1915.

در خارج از کشور، قاب سه لایه چسبانده شده و پانل های بدون قاب از نوع "ساندویچ" به صورت آنلاین به صورت جداگانه یا به صورت پیوسته به صورت نوار پیوسته تهیه می شود که در انتهای یک خط اتوماتیک به محصولات با اندازه های مشخص بریده می شود. .

برای افزایش مقاومت در برابر آب و هوا و بهبود ظاهر، ورق های آلومینیومی آنودایز یا با ترکیبات پلیمری در رنگ های مختلف رنگ آمیزی می شوند. برای افزایش صلبیت و کیفیت پانل ها، ورق های آلومینیومی به صورت مکانیکی پیش تنیده می شوند.

این به شما امکان می دهد تا روکش را در کار قاب پانل قرار دهید ، فاصله بین دنده ها را افزایش دهید ، موج دار بودن ورق ها را از بین ببرید و از تماس چسب بهتر با عایق اطمینان حاصل کنید.

در ساخت و سازهای صنعتی از ورق های آلومینیومی با پروفیل های طولی و عرضی برای دیوارها و پوشش ها استفاده زیادی می شود.

طول ورق ها 10-30 متر یا بیشتر است، عرض - 0.58-1.6 متر، ضخامت - 0.3-1.62 میلی متر.

ورق های با پروفیل های عرضی مانند "Furral"، "Snap-rib"، "Zip-rib" برای پوشش های سقف، در عمل ساخت و ساز در ایالات متحده آمریکا، انگلستان، آلمان، سوئیس و سایر کشورها استفاده می شود.

برای این سقف از آلیاژ آلومینیوم نرم AMts استفاده شده است.

ورق ها به صورت رول حمل می شوند. در طول ساخت و ساز، آنها رول می شوند و به یک غلاف چوبی متصل می شوند.

بستن ورق های نوع Furral به روکش چوبی. 1 - روکش چوبی؛ 2 - ورق "Furral"؛ 3 - نوار بست

عایق بندی نرده دیواری از ورق های راه راه با عایق دال. 1 - ورق های راه راه؛ 2 - عایق

تجربه داخلی در ساخت ورق با پروفیل های عرضی با نمونه های خارجی در آمادگی کامل کارخانه رول حصار از جمله عایق متفاوت است.

فنس کشی ساختمان های صنعتی ساخته شده از ورق های آلومینیومی پیش تنیده صاف بسیار موثر است.

هزینه آنها 20-30٪ کمتر از پروفیل ها است و منطقه قابل استفاده 25-35٪ بزرگتر است.

عایق هایی مانند لاستیک فوم با لایه ای بافت دار که به عنوان مانع بخار عمل می کند، در کارخانه به ورق ها چسبانده می شود یا در حین نصب روی سطح ورق ها اعمال می شود، به عنوان مثال، در ایتالیا و ژاپن، جایی که فوم پلی اورتان فوم شده یا برای این کار از ترکیب فومی بر پایه قیر با ضخامت 6 استفاده می شود.-8 میلی متر.

طراحی پانل رول سه لایه: 1 - ورق موجدار (باربر)؛ 2 - عایق الاستیک؛ 3 - ورق تزئینی (داخلی); a طول ورق موجدار است. ب - عرض پانل؛ R - شعاع خمش پانل

سازه های آلومینیومی پیش ساخته برای ساخت ساختمان های صنعتی، مسکونی و عمومی و شهرک های شهری در مناطق دورافتاده و شمال دور مورد استفاده قرار می گیرند که از طریق هوا تحویل داده می شوند. در مقایسه با مصالح و سازه‌های سنتی، وزن ساختمان‌ها تقریباً 20 برابر کاهش می‌یابد، دوره ساخت 4 برابر کاهش می‌یابد و هزینه تخمینی 1 متر مساحت قابل استفاده 15-20٪ کاهش می‌یابد. با افزایش گردش مالی سازه های پیش ساخته، اثر اقتصادی به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.

سقف های کاذب ساخته شده از آلومینیوم با سقف های کاذب ساخته شده از گچ، آزبست سیمان، صفحات پشم معدنی مانند "آگمیگران" و سایر مواد مقایسه مطلوبی دارد.

آنها سبک تر هستند، تاب نمی شوند، گرد و غبار ایجاد نمی کنند، نیازی به تعمیر ندارند، می توانند به هر شکلی شکل داده شوند و می توانند آنودایز رنگی شوند، که به عنوان محافظ ضد خوردگی عمل می کند.

مخازن آلومینیومی از دو نوع ساخته می شوند: برای ذخیره مواد تهاجمی مایع (روغن ترش و فرآورده های نفتی، استیک، نیتریک غلیظ و سایر اسیدها). برای ذخیره سازی گازهای مایع

مخازن ساخته شده در زمان های مختلف در کشورهای مختلف دارای حجمی از 500 متر تا 3500 متر بوده و در شرایط خوبی قرار دارند.

خطوط لوله تحت فشار و بدون فشار ساخته شده از گریدهای آلومینیومی AMg2M، AD31T، 1915، 1915T برای حمل و نقل نفت و گاز، نیمه محصولات صنایع غذایی و شیمیایی، پمپاژ ملات و بتن استفاده می شود.

برای ساخت داربست و داربست پیش ساخته از لوله های دورالومین با قطر 38-50 میلی متر استفاده می شود.

معمولا از لوله های بدون درز و جوش برقی با قطر تا 200 میلی متر استفاده می شود.

هنگامی که در خاک قرار می گیرند، لوله ها با ماستیک قیر لاستیکی و مواد پلیمری از خوردگی محافظت می شوند.

عمل ساخت و ساز نمونه های مثبتی از استفاده از آلومینیوم در تهویه و دودکش ها برای حذف گازهای دی اکسید گوگرد دارد که در هنگام تراکم نسبت به فولاد تهاجمی است.

اتصالات عناصر سازه های آلومینیومی انجام می شود:

جوشکاری قوس الکتریکی آرگون با استفاده از الکترودهای غیر مصرفی (تنگستن) و قابل مصرف؛
- جوشکاری تماس الکتریکی (برای ورق های نازک)؛

روی پرچ برای عناصر ساخته شده از آلومینیوم سخت شده و قطعات با ضخامت های مختلف. پرچ کردن در حالت سرد انجام می شود تا از شکاف ها و خوردگی بین کریستالی که در حین پرچ کاری داغ مشاهده می شود جلوگیری شود.

روی پیچ‌ها، پیچ‌ها و واشرهای گالوانیزه و با روکش کادمیوم؛

روی چسب در اتصالات پیچ، قفل و چفت.

اطلاعات کلی.عملیات حرارتی فولاد و سایر مواد ساختاری، فرآیند فن آوری عملیات حرارتی قطعات کار، قطعات ماشین آلات و ابزار است که در نتیجه ریزساختار مواد و به همراه آن خواص مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی و تکنولوژیکی تغییر می کند. فرآیندهای عملیات حرارتی مواد ساختاری با دگرگونی های آلوتروپیک (چند ریختی)، و همچنین با تغییرات در ترکیب شیمیایی مواد محصول همراه است.

بلنک ها، آهنگری ها، مهر زنی ها و همچنین قطعات و ابزار تمام شده تحت عملیات حرارتی قرار می گیرند تا خواص لازم را به آنها بدهند: سختی، استحکام، مقاومت در برابر سایش، خاصیت ارتجاعی، حذف تنش های داخلی و بهبود کارایی.

ماهیت عملیات حرارتی این است که فلز را تا دمای کمی بالاتر یا کمتر از دمای بحرانی گرم کنید، آن را در این دماها نگه دارید و به سرعت یا به آرامی آن را خنک کنید. در طول فرآیند خنک سازی، تغییرات آلوتروپیک در ساختار فلز رخ می دهد که در نتیجه خواص مکانیکی به شدت تغییر می کند. با خنک شدن سریع، سختی، مقاومت در برابر سایش، کشش و غیره افزایش می یابد، با خنک کننده آهسته - شکل پذیری، استحکام ضربه، و کارایی. علاوه بر این، عملیات حرارتی همراه با تغییر در ترکیب شیمیایی مواد محصول وجود دارد که اصطلاحاً به آن عملیات شیمیایی - حرارتی می گویند.

بسته به روش گرمایش و عمق گرمایش، دگرگونی های آلوتروپیک در کل سطح مقطع یا فقط در لایه های سطحی قطعه کار رخ می دهد. هنگامی که تا یک دمای معین گرم می شود، در این دما نگه داشته می شود و با سرعت معینی سرد می شود، ریزساختار قطعات در کل مقطع تغییر می کند.

تغییر در ترکیب شیمیایی در لایه های سطحی قطعات فرآوری شده با استحکام بخشی یا تغییر در خواص دیگر آنها همراه است.

روش های زیر برای عملیات حرارتی فولادها وجود دارد:

• عملیات حرارتی حجمی فولادها با هدف تغییر ریزساختار آلیاژهای فلزی در حالت جامد و دادن خواص لازم به آنها در کل حجم قطعات فرآوری شده (سخت شدن، تمپر کردن، بازپخت، نرمال شدن) انجام می شود.
• عملیات حرارتی سطح فولاد، که باعث تغییر در ساختار و خواص فقط در لایه سطحی محصول می شود.
• عملیات شیمیایی-حرارتی، که شامل حرارت دادن محصولات فلزی همراه با موادی است که می توانند ترکیب و ساختار، عمدتاً لایه سطحی محصول در حال پردازش را تغییر دهند.
• عملیات الکتروترمال، با استفاده از گرمایش القایی با جریان های فرکانس بالا، و همچنین با گرمایش تماسی و گرمایش در الکترولیت ها انجام می شود.
• عملیات ترمومکانیکی مرتبط با گرمایش محصولاتی که به عنوان مثال، نورد، کشش و عملیات مشابه انجام می شود، به منظور از بین بردن سخت شدن ناشی از تغییر شکل های پلاستیکی.

تبدیل به فولاد هنگام گرم شدندگرگونی‌های فولاد هنگام گرم شدن با آلیاژهایی همراه است که به دماهای بحرانی می‌رسند که در آن دگرگونی‌های فاز رخ می‌دهد.

در سیستم آلیاژهای آهن-کربن، نام‌گذاری‌های زیر برای دماهای بحرانی پذیرفته می‌شود: دمای خط PSK (نگاه کنید به شکل 3.6) A1 (727 درجه سانتیگراد) تعیین شده است، دمای خط MO A2 (768 درجه سانتیگراد) است. ، دمای خط GOS A 3 (727 ... 911 درجه سانتیگراد) است، دمای خط ES - صبح(727 … 1147 درجه سانتیگراد). برای تشخیص دمای بحرانی به دست آمده در هنگام سرمایش از دمای بحرانی حاصل از گرمایش، حرف r (Ar 1, Ar 2) در هنگام سرمایش در مقابل شاخص دیجیتال و هنگام گرم کردن c (Ac 1, Ac 2) قرار می گیرد.

تبدیل پرلیت به آستنیت، مطابق با نمودار Fe-Fe 3 C، در دمای 727 درجه سانتیگراد قابل انجام است.

(Ac 1) با گرمایش آهسته. سرعت تبدیل پرلیت به آستنیت به طور مستقیم به محتوای کربن فولاد بستگی دارد.

در دمای 768 درجه سانتی گراد (نقطه کوری - Ac 2)، فولاد خواص مغناطیسی خود را از دست می دهد.

پایان فرآیند تبدیل با تشکیل آستنیت و ناپدید شدن پرلیت مشخص می شود.

هنگام گرم کردن فولادهای با محتوای کربن کمتر از 0.8٪، یعنی هیپویوتکتوئید، با ساختار اولیه متشکل از فریت و پرلیت، تحولات ساختاری زیر رخ می دهد. در دمای 727 درجه سانتی گراد، پرلیت به آستنیت تبدیل می شود. در همان زمان، ساختار دو فاز حفظ می شود - آستنیت و فریت. با گرمایش بیشتر، فریت به آستنیت تبدیل می‌شود که با رسیدن به دمای بحرانی Ac 3، یعنی روی خط GOS، پایان می‌یابد.

در فولادهای هایپریوتکتوئیدی، هنگامی که بالاتر از دمای Ac 1 گرم می شوند، سمنتیت در آستنیت (مطابق با خط SE) حل می شود که در دمای بحرانی به پایان می رسد. Ac m، یعنی روی خط SE.

برای درک کامل تر از فرآیندهای دگرگونی های ساختاری، اجازه دهید نمودار تبدیل همدما پرلیت به آستنیت در اثر حرارت را در نظر بگیریم (شکل 1).

برنج. 1. t - دما؛ τ - زمان؛ الف - آستنیت؛ P - پرلیت؛ ج - سمنتیت; v 1 و v 2 - نرخ گرمایش. Ac 1 - دمای بحرانی (یوتکتوئید)

از آنجایی که پرلیت مخلوطی از سمنتیت و فریت به نسبت 1: 6 است، هنگام گرم شدن، دانه های آستنیت در حد فاصل بین فریت و سمنتیت تشکیل می شود. پس از حرارت دهی بعدی، سمنتیت در آستنیت حل می شود و رشد بیشتر دانه های آستنیت رخ می دهد. با رشد دانه های آستنیت، کسر جرمی کربن موجود در آستنیت به تدریج افزایش می یابد. نرخ گرمایش نیز بر تبدیل پرلیت به آستنیت تأثیر می گذارد. در نمودار، پرتوهای v 1 و v 2 به صورت گرافیکی نرخ گرمایش متفاوتی را نشان می‌دهند. هرچه سرعت گرمایش کمتر باشد، دماهای پایین تر، کل فرآیند تبدیل فاز رخ می دهد.

یکی از ویژگی های مهم فولاد تمایل آن به رشد دانه های آستنیت هنگام گرم شدن است. هنگامی که رشد دانه با گرمای بیش از حد جزئی بالاتر از نقطه بحرانی رخ می دهد، فولاد به طور ارثی درشت دانه در نظر گرفته می شود. اگر دانه با گرمای بیش از حد شروع به رشد کند، به طور ارثی ریزدانه است. رشد دانه تا حد زیادی تحت تأثیر ناخالصی های مختلفی است که در طی فرآیند ذوب وارد فولاد می شود. تمایل به رشد دانه های آستنیت یک ویژگی ذوب است.

اندازه دانه بر خواص مکانیکی فولادها تأثیر می گذارد. فولاد ریزدانه استحکام ضربه ای به طور قابل توجهی بالاتر از فولاد درشت دانه دارد، بنابراین این عامل باید در عملیات حرارتی فولادها در نظر گرفته شود.

اندازه دانه واقعی اندازه دانه در شرایط دمایی معمولی پس از یک نوع خاصی از عملیات حرارتی است. برای تعیین اندازه دانه، یک مقیاس استاندارد اتخاذ شده است. GOST 5639-82* مقیاسی را برای ارزیابی اندازه دانه با استفاده از یک سیستم ده نقطه ای ارائه می دهد (شکل 2).

برنج. 2. مقیاس استاندارد سنگ ریزه فولادی (100x):1-10 - نقاط دانه

اندازه دانه در مقایسه با مقیاس استاندارد با بزرگنمایی صد برابر تعیین می شود. برای تعیین اندازه دانه، فولاد باید تا دمای 930 درجه سانتیگراد گرم شود. اگر در این دما عدد دانه 1 تا 4 باشد، این فولاد به طور ارثی درشت دانه است. فولادهای با دانه بندی 5 تا 8 یا بیشتر به طور ارثی ریزدانه هستند. عناصر آلیاژی (وانادیم، تنگستن، مولیبدن، تیتانیوم و غیره) به شکل گیری یک ساختار درشت دانه ریز ارثی کمک می کنند. در دماهای بالا، چنین فولادی به خوبی برای هر نوع عملیات تغییر شکل (نورد، آهنگری، مهر زنی و غیره) مناسب است. در این حالت درشت شدن دانه و خواص مکانیکی کاهش نمی یابد. به عنوان یک قاعده، اکثر فولادهای آلیاژی، و همچنین فولادهای نرم، ذاتاً دانه ریز هستند. تمام فولادهای در حال جوش به طور ارثی دانه درشت هستند، دارای مقاومت ضربه ای کم و شکنندگی در سرما بالا هستند.

تبدیل به فولاد با سرد شدنهنگام خنک کردن فولادها با ساختار آستنیتی، بسته به سرعت خنک شدن، تغییرات مختلفی ممکن است رخ دهد. اجازه دهید نمودار تبدیل همدما آستنیت به پرلیت را در نظر بگیریم (شکل 3). منحنی های تبدیل آستنیت دارای ویژگی C شکل هستند و نشان می دهند که سرعت تبدیل یکسان نیست. حداکثر نرخ تبدیل مربوط به خنک کردن زیر Ac 1 (727 درجه سانتیگراد) در 170 درجه سانتیگراد است. منحنی های شروع و پایان تبدیل ها به سمت راست منتقل می شوند و با بیشترین ثبات مطابقت دارند.

برنج. 3. t - دما؛ τ - زمان؛ الف - آستنیت؛ P - پرلیت؛ ب - بینیت؛ M - مارتنزیت؛ و بقیه آستنیت حفظ می شود. T - troostite; F - فریت؛ ج - سمنتیت; ج - سوربیتول؛ v 1 و v 2 - نرخ خنک کننده. Mn و M k به ترتیب دمای آغاز و پایان تبدیل مارتنزیتی هستند. A p - نیمه آستنیت؛ v cr - سرعت بحرانی

منحنی سمت چپ در نمودار مربوط به مرز آغاز تحولات است، منحنی سمت راست پایان تبدیل آستنیت را نشان می دهد. تبدیل آستنیت به پرلیت ماهیت انتشاری دارد.

سرعت انتشار به درجه ابرسرد شدن یا سرعت سرد شدن بستگی دارد. محصولات تبدیل پرلیت دارای ساختار لایه ای هستند، به عنوان پرلیت، سوربیتول و تروستیت تعریف می شوند و در درجه پراکندگی متفاوت هستند. اما اگر پرلیت یک ساختار تعادلی است، سوربیتول و تروستیت ساختارهای غیرتعادلی هستند، محتوای کربن آنها بیشتر یا کمتر از 0.8٪ است. همچنین یک تبدیل متوسط ​​(بینیت) در محدوده دمایی 500 ... 350 درجه سانتیگراد وجود دارد. آستنیت با درجه بالاتری از ابرسرد شدن (تا 230 درجه سانتیگراد)، در حالت ناپایدار است، هیچ فرآیند انتشار وجود ندارد و محلول جامد فوق اشباع شده با کربن تشکیل می شود.

تبدیل مارتنزیتی در فولاد دارای سه ویژگی است. اولا، تبدیل مارتنزیتی دارای یک ویژگی بدون انتشار است. در مرحله دوم، بلورهای مارتنزیت جهت دار هستند. ویژگی سوم این است که دگرگونی مارتنزیتی در طول خنک سازی مداوم در محدوده دماهای معین برای هر فولاد رخ می دهد. دمایی که در آن تبدیل مارتنزیتی شروع می شود نقطه مارتنزیتی نامیده می شود و به آن Mn و دمای انتهایی Mk تعیین می شود.موقعیت نقاط Mn و Mk در نمودار بستگی به مقدار کربن در فولاد و وجود عناصر آلیاژی به عنوان یک قاعده، محتوای کربن بالا و وجود عناصر آلیاژی موقعیت نقاط را کاهش می دهد.

بیایید نمودارهای سرعت خنک کننده را روی نمودار قرار دهیم و نموداری از تأثیر سرعت خنک کننده بر دمای تبدیل های آستنیت ترسیم کنیم. از نمودارها می بینیم که هر چه سرعت خنک شدن بیشتر باشد، ساختار حاصل پراکندگی بیشتری دارد. در سرعت کم v 1، پرلیت، با سرعت بیشتر v 2 - سوربیتول و حتی با سرعت بالاتر v cr - تروستیت تشکیل می شود. با سرعت سرد شدن بیشتر از vcr، بخشی از آستنیت به مارتنزیت تبدیل می شود. حداقل سرعت سرمایش که در آن تمام آستنیت تا نقطه منگنز فوق سرد می شود و به مارتنزیت تبدیل می شود، نرخ خاموش شدن بحرانی نامیده می شود. این فرآیند تبدیل به مارتنزیت اهمیت عملی زیادی دارد و اساس عملیات حرارتی را تشکیل می دهد.

تبدیل پرلیت در فولادها در فرآیند بازپخت استفاده می شود. مارتنزیتی - در طول سخت شدن؛ متوسط ​​- در طول سخت شدن همدما.

خواص مکانیکی فولاد با ساختارهای پرلیت، سوربیت و تروستیت به درجه کاهش دمای تجزیه و پراکندگی ساختار فریت-سیمنتیت بستگی دارد. در عین حال، سختی، محدودیت های قدرت، سیالیت و استقامت افزایش می یابد.

ساختار مارتنزیت سختی و استحکام بالاتری دارد و همچنین به میزان کربن فولاد بستگی دارد. یک عامل منفی ساختار مارتنزیتی افزایش شکنندگی است. همانطور که قبلاً ذکر شد، عناصر آلیاژی بر موقعیت نقاط Mn و M k تأثیر می‌گذارند و بر این اساس، بر سرعت سخت شدن عملی، معمولاً در جهت کاهشی تأثیر می‌گذارند.

حالت عملیات حرارتیفرآیند عملیات حرارتی به منظور تغییر ساختار و خواص مکانیکی شامل عملیات گرم کردن محصول، نگه داشتن آن در دمای معین و خنک کردن با سرعت معین است. پارامترهای فرآیند تکنولوژیکی عملیات حرارتی حداکثر دمای گرمایش آلیاژ، زمان نگهداری در دمای معین و نرخ گرمایش و سرمایش خواهد بود.

فولاد گرمایشی یکی از اصلی ترین عملیات عملیات حرارتی است که تغییرات فازی و ساختاری، تغییرات خواص فیزیکی و مکانیکی به آن بستگی دارد، بنابراین حالت گرمایش برای به دست آوردن ویژگی های خاص آلیاژ تعیین کننده است. در عمل، بین نرخ گرمایش فنی ممکن و مجاز فنی برای هر بخش یا دسته ای از قطعات تمایز قائل می شود.

نرخ گرمایش فنی ممکن بستگی به روش گرمایش، نوع وسایل گرمایشی، شکل و محل محصولات، جرم قطعات گرم شده همزمان و عوامل دیگر دارد.

نرخ گرمایش از نظر فنی مجاز یا تکنولوژیکی به ترکیب شیمیایی آلیاژ، ساختار، پیکربندی محصول و محدوده دمایی که در آن گرمایش انجام می‌شود، بستگی دارد. زمان نگهداری زمان مورد نیاز برای یکسان سازی کامل دماها در کل حجم محصول و بر این اساس، برای تکمیل تمام تغییرات فازی و ساختاری است.

خنک سازی فرآیند نهایی است که به منظور به دست آوردن ساختار مورد نظر با خواص مکانیکی لازم انجام می شود.

بسته به دمای گرمایش و سرعت سرمایش، انواع اصلی عملیات حرارتی زیر متمایز می شود: بازپخت، نرمال سازی و سخت شدن و به دنبال آن تمپر کردن.

برنج. 4. 1 - پرلیت + فریت؛ 2 - آستنیت; 3 - مارتنزیت; 4 - تروستیت; 5 - سوربیتول؛ 6 - فریت + پرلیت

در شکل شکل 4 ریزساختارهای به دست آمده در نتیجه گرمایش و سرمایش فولاد درجه 40 را با نرخ های مختلف نشان می دهد. ویژگی های این ریزساختارها در جدول مورد بحث قرار گرفته است. 1.

2. بازپخت و نرمال سازی

آنیل کردن.آنیلینگ یک عملیات نرم کردن قطعات و قطعات کار است که شامل حرارت دادن به دمای معین در نقاط بحرانی و متعاقب آن سرد شدن آهسته همراه با کوره است. هدف اصلی از بازپخت حذف ناهمگونی ساختاری در قطعات و قطعات کار به دست آمده از عملیات تحت فشار، ریخته گری، آهنگری و جوشکاری و تبلور مجدد ساختار قطعات (از جمله به دست آوردن ریزساختار پرلیت دانه ای و سمنتیت) است. با حذف ناهمگونی سازه، تغییر در خواص مکانیکی و تکنولوژیکی، حذف تنش‌های داخلی، حذف شکنندگی، کاهش سختی، افزایش استحکام، شکل‌پذیری و چقرمگی و بهبود مهر و موم و ماشین‌کاری رخ می‌دهد. در عمل، بازپخت نوع اول و دوم متمایز می شود.

بازپخت از نوع اول - این حرارت دادن قطعات و قطعات کار با ساختار غیرتعادلی برای به دست آوردن ساختار تعادلی پایدار است.

بازپخت از نوع دوم - این گرمایش قطعات و قطعات کار بالاتر از دماهای بحرانی است و به دنبال آن خنک شدن آهسته برای به دست آوردن حالت پایدار ساختار است. حرارت دادن قطعات و قطعات کار بالاتر از دمای بحرانی، تبلور مجدد کامل ساختار فلزی را تضمین می کند. به عنوان مثال، فولاد سازه ای کربنی درجه 40 در یک ریخته گری یا آهنگری ساختاری تغییر شکل یافته به شکل دانه های بزرگ فریت و پرلیت خواهد داشت (شکل 5، a). هنگامی که این فولاد تا دمای بالاتر از Ac 3 گرم می شود، ساختار تغییر شکل یافته به آستنیت تبدیل می شود و با سرد شدن آهسته، به ساختار تعادلی به شکل دانه های کوچک فریت و پرلیت شکل منظم تبدیل می شود (شکل 5، b). این ساختار با سختی بالا، شکنندگی و ماشین کاری کم مشخص می شود. پس از عملیات بازپخت کامل، ساختار بزرگتر می شود، دانه های پرلیت به طور یکنواخت توزیع می شوند، سختی کاهش می یابد و کارایی آن بهبود می یابد. این ماهیت فرآیند آنیل کردن قطعات و قطعات کار است.

برنج. 5. ریزساختار فولاد گرید 40 حاصل از ریخته گری و آهنگری (الف) و پس از نرمال سازی (ب)

یک عامل مهم تعیین کننده آنیل با کیفیت بالا، انتخاب صحیح دمای گرمایش است که از نمودار آهن-کربن (سیمنتیت) بسته به عیار فولاد و کسر جرمی کربن تعیین می شود. بنابراین، فولادهای هیپویوتکتوئیدی تا دمای بحرانی Ac 3 + (20 ... 30 درجه سانتیگراد) گرم می شوند، فولادهای هایپریوتکتوئیدی برای بازپخت جزئی تا دمای بحرانی Ac 1 + (20 ... 30 درجه سانتیگراد) گرم می شوند. هنگام گرم کردن فولاد بالاتر از دمای بحرانی Ac 3 یا Ac m(بسته به درجه) ریزساختار پرلیت به ریزساختار آستنیت ریزدانه تبدیل می شود.

برای بازپخت با کیفیت بالا، لازم است که سرعت گرمایش و دما و همچنین میزان سرمایش به درستی انتخاب شود.

انواع آنیلینگ.در عمل، از انواع زیر استفاده می شود: کامل، ناقص، دمای پایین، همدما، همسطح، یا انتشار (شکل 6).

بازپخت کامل در معرض مهر زنی، آهنگری و ریخته گری از فولاد هیپویوتکتوئیدی و هایپریوتکتوئیدی برای تبلور مجدد ریزساختار تغییر شکل یافته خود قرار می گیرند. دمای حرارت برای بازپخت کامل 20 ... 30 درجه سانتیگراد بالاتر از نقطه بحرانی Ac 3 (شکل 7، a) انتخاب می شود و تا دمای 500 درجه سانتیگراد همراه با کوره خنک می شود، سپس در هوا سرد می شود. پس از بازپخت کامل، ساختار تغییر شکل یافته اصلاح می شود، دانه ها تصفیه می شوند و دانه های پرلیت و فریت به طور یکنواخت در کل سطح مقطع قطعات توزیع می شوند. در عین حال، سختی کاهش می‌یابد، استحکام ضربه، استحکام و شکل‌پذیری افزایش می‌یابد، ماشین‌کاری بهبود می‌یابد و مهم‌تر از همه، تنش‌های داخلی کاهش می‌یابد.

برنج. 6.

برنج. 7. طرح بازپخت کامل (الف) و ناقص (ب) فولادهای کربنی:

بازپخت جزئی عمدتاً برای قطعات و قطعات کار ساخته شده از فولادهای هایپریوتکتوئید استفاده می شود. برای فولادهای هیپویوتکتوئیدی از این نوع آنیلینگ برای آهنگری، مهر زنی و ریخته گری استفاده می شود که ریزساختار آنها شکل ریزدانه تعادلی صحیحی را دریافت کرده است. در طول بازپخت ناقص (شکل 7، b)، قطعات تا دمای بحرانی Ac 1 + (20 ... 30 درجه سانتیگراد) گرم می شوند، در این دما نگهداری می شوند و همراه با کوره تا دمای Ac 1 - (20) خنک می شوند. .. 30 درجه سانتیگراد)، در این دما نگهداری می شود و سپس همراه با کوره تا دمای 500 درجه سانتیگراد سرد می شود، سپس قطعه در هوا خنک می شود.

بازپخت ناقص منجر به ریزساختار پرلیت دانه ای (کره ای) یا سمنتیت دانه ای می شود. در عین حال، تنش های داخلی نیز کاهش می یابد. ریزساختار تازه به دست آمده از پرلیت دانه ای سختی را کاهش می دهد، شکل پذیری و چقرمگی را افزایش می دهد. ماشین کاری را بهبود می بخشد.

با کمک آنیل ناقص، تنش های داخلی کاهش می یابد، از تاب برداشتن و ایجاد ریزترک ها جلوگیری می شود و ماشین کاری قطعات و قطعات کار بهبود می یابد. هنگام گرم شدن، قطعات کار به مدت طولانی در کوره نگهداری می شوند تا کاملا گرم شوند و همراه با فر خنک شوند (با سرعت حداکثر 60 درجه سانتیگراد در ساعت). بازپخت ناقص از نظر هدف و فرآیندهای فیزیکوشیمیایی که در قطعات اتفاق می افتد شبیه به آنیل کروی است.

بازپخت در دمای پایین برای قطعات و قطعات به دست آمده از آهنگری، مهر زنی و ریخته گری استفاده می شود که ساختار آنها تغییر شکل خاصی نداشته است، در حالت تعادل است و نیازی به اصلاح ندارد، نیازی به تبلور مجدد آن نیست. در این راستا، قطعات کار به منظور رفع تنش های داخلی و بهبود قابلیت ماشین کاری با برش و کشیدن، تحت آنیل در دمای پایین قرار می گیرند. برای این منظور، قطعات زیر نقطه بحرانی Ac 1 گرم می شوند. گرمایش به آرامی با سرعت تا 150 درجه سانتیگراد در ساعت انجام می شود، در این دما حفظ می شود، پس از یک قرار گرفتن طولانی مدت، قطعات همراه با کوره یا در هوا خنک می شوند.

آنیل همدما بخش های موضوعی بخش های کوچک ساخته شده از فولادهای آلیاژی و کربنی. در این حالت، فولادهای سازه ای تا دمای 30 ... 40 درجه سانتیگراد بالاتر از نقطه بحرانی Ac 1 و فولادهای ابزار - تا دمای 50 ... 100 درجه سانتیگراد بالاتر از نقطه بحرانی Ac 3 گرم می شوند. پس از گرم شدن و گرم شدن (نگهداری)، قطعات به کوره دیگری (حمام) منتقل می شوند، جایی که آنها را تا دمای 50 ... 100 درجه سانتیگراد کمتر از دمای اولیه سرد می کنند.

روند. در این دما، قطعات تا تجزیه کامل (ایزوترمال) آستنیت به پرلیت دانه ای نگهداری می شوند. در طی این عملیات حرارتی، سختی کاهش می‌یابد، استحکام و شکل‌پذیری افزایش می‌یابد و ماشین‌کاری با عملیات‌های مختلف تکنولوژیکی بهبود می‌یابد. نمودار بازپخت همدما آهنگری های ساخته شده از فولاد آلیاژی KhVG در شکل نشان داده شده است. 8، الف.

همانطور که از نمودار مشخص است، آهنگری پس از آهنگری با استفاده از روش گام به گام گرم می شود. ابتدا 50 ... 100 درجه سانتیگراد زیر نقطه بحرانی Ac 1 خنک می شود، در این دما حفظ می شود، سپس بالای نقطه بحرانی Ac 1 در 20 ... 50 درجه سانتیگراد گرم می شود، برای مدت طولانی در این دما نگهداری می شود و همراه با کوره خنک می شود.

یک نوع آنیل همدما است بازپخت روی پرلیت دانه ای (شکل 8، ب). بازپخت پرلیت دانه ای با حرارت دادن و سرد کردن گام به گام تا تجزیه کامل آستنیت به پرلیت دانه ای انجام می شود. ابتدا تا نقطه بحرانی Ac 1 + (20 ... 30 درجه سانتیگراد) گرم می شوند، سپس تا دمای کمتر از Ac 1 (700 درجه سانتیگراد) خنک می شوند و سپس دوباره تا دمای 500 ... 660 درجه سانتیگراد گرم می شوند. . پس از قرار گرفتن در معرض طولانی مدت در آخرین دما، قطعات در هوا خنک می شوند.

برنج. 8. طرح بازپخت همدما (الف) و بازپخت روی آهنگری های پرلیت دانه ای (ب) ساخته شده از فولاد آلیاژی HVG:t - دما؛ τ - زمان؛ Ac 1, Ac 3 - دماهای بحرانی

در اکثر ریخته گری ها، از جمله آنهایی که از آلیاژهای آهن-کربن ساخته شده اند، ناهمگونی در ترکیب شیمیایی کریستال ها (دانه ها) به دست می آید - به اصطلاح مایعات یونی بین بلوری (دندریتی یا ناحیه ای). برای از بین بردن این ناهمگونی شیمیایی در عمل از آن استفاده می شود تسطیح ، یا انتشار , بازپخت (یکسان سازی). برای این نوع بازپخت، ریخته گری ها تا دمای بالا، معمولاً تا 1000 ... 1100 درجه سانتیگراد گرم می شوند، برای مدت طولانی در این دما نگهداری می شوند و سپس به آرامی همراه با کوره سرد می شوند. در دماهای بالا، اتم های برخی از عناصر شیمیایی که به طور ناموزون متمرکز شده اند، متحرک تر می شوند و از یک کریستال به کریستال دیگر منتشر می شوند. تراز شیمیایی ترکیب شیمیایی بلورهای بزرگ (دندریت) و بلورهای کوچک وجود دارد.

پس از بازپخت انتشار، یک ساختار دانه درشت به دست می آید که نیاز به بازپخت کامل یا ناقص اضافی دارد. اگر قطعات کار که نیاز به عملیات فشار بیشتری دارند، تحت این بازپخت قرار گیرند، این قطعات کار قبل از پردازش تحت بازپخت اضافی قرار نمی گیرند. چنین قطعاتی تنها پس از عملیات تحت فشار (جعل، مهر زنی، کشیدن) تحت یک نوع بازپخت قرار می گیرند.

نقص در حین بازپختدر حین بازپخت، به دلیل نقض شرایط تکنولوژیکی، عیوب زیر می تواند ایجاد شود: گرمای بیش از حد، فرسودگی، کربن زدایی و اکسیداسیون قطعات و قطعات کار.

بیش از حد گرم شود زمانی اتفاق می‌افتد که رژیم دما در دماهای بالا و در طول قرار گرفتن طولانی مدت غیرقابل توجیه فناوری در کوره مشاهده نشود. در این حالت یک ساختار درشت دانه ظاهر می شود که به آن سازه گرمایش بیش از حد می گویند.

ساختار درشت دانه باعث کاهش شکل پذیری، تمایل به ایجاد ترک، تنش های کششی و تاب برداشتن قطعات شده است. گرمای بیش از حد همچنین می تواند هنگام گرم کردن قطعات کار برای تغییر شکل داغ، هنگام بازپخت محصولات با پیکربندی پیچیده، حرارت دادن به دمایی به طور قابل توجهی بالاتر از دمای بحرانی یا قرار گرفتن در معرض طولانی مدت در دمای توجیه شده از نظر فنی رخ دهد.

گرمای بیش از حد یک نقص قابل اصلاح است. برای اصلاح آن باید آنیل کامل با رعایت تمامی شرایط دما انجام شود.

گرمای بیش از حد قابل توجه با رشد سریع دانه همراه است که به مرزهای این دانه ها آسیب می رساند. آسیب به مرزهای دانه نامیده می شود سوختن . فرسودگی زمانی اتفاق می افتد که فلز برای مدت طولانی در دمای بالا نگهداری شود. در این حالت گاهی ذوب نسبی مرزهای دانه یا اکسیداسیون فعال آنها رخ می دهد. قسمت شکننده می شود.

سوزش بیش از حد عیب جبران ناپذیری است و عیب بازپختی است.

کربن زدایی و اکسیداسیون قطعات و قطعات کار در حمام نمک، کوره های برقی و شعله ای تحت بازپخت قرار می گیرند. با این روش های گرمایشی، سطح قطعات با گازهای مختلف برهمکنش دارد. بر اساس میزان قرار گرفتن در معرض و برهمکنش شیمیایی با سطوح قطعات، معرف ها به اکسید کننده (اکسیژن، مونوکسید کربن، بخار آب) و کربن زدایی (اکسیژن، هیدروژن، بخار آب) تقسیم می شوند.

ماهیت اکسیداسیون در کوره با توجه به سوخت و ترکیب شیمیایی آن، جو کوره، زمان قرار گرفتن قطعات در کوره و نوع مصالح ساختمانی تعیین می شود. اکسیداسیون باعث ایجاد رسوب فلزی بر روی سطح قطعه، تغییر اندازه آن و هزینه عملیات تکنولوژیکی اضافی برای تمیز کردن مقیاس می شود.

کربن زدایی به عنوان یک نقص بازپخت ناشی از این واقعیت است که اکسیژن موجود در جو کوره، کربن را زودتر از آهن اکسید می کند، یعنی کربن تا عمق کمی از سطح قطعه می سوزد. اگر اکسیژن به طور همزمان کربن و آهن را اکسید کند، تشکیل رسوب و ضایعات فلزی رخ می دهد. اگر بخار در اتمسفر کوره وجود داشته باشد، کربن زدایی بسیار فعال اتفاق می افتد. کربن زدایی سختی پذیری را کاهش می دهد یا به طور کلی باعث ایمنی در برابر سخت شدن، کاهش استحکام خستگی و بدتر شدن خواص شیمیایی سطوح قطعات می شود.

برای جلوگیری از کربن زدایی قطعات، جو کوره باید حاوی هیدروژن خشک، مونوکسید کربن یا گازهای خنثی بی اثر باشد. علاوه بر این، در طول بازپخت، قطعات در جعبه های مهر و موم شده هرمتیک که با خاک رس، زغال چوب یا براده های چدنی پوشانده شده اند، گرم می شوند.

عادی سازی.عادی سازی فرآیند عملیات حرارتی قطعات و قطعات کار است که در آن آنها تا دمای بحرانی Ac 3 یا گرم می شوند. Ac m+ (30 … 50 درجه سانتیگراد)، در این دما نگهداری می شود و در هوا سرد می شود. در فرآیند نرمال سازی، ریزساختار پرلیت ریز (پراکنده) به دست می آید. در عین حال، سختی و استحکام اندکی کاهش می یابد، شکل پذیری و استحکام ضربه افزایش می یابد و ماشین کاری بهبود می یابد.

دمای گرمایش برای نرمال سازی بسته به درجه فولاد و کسر جرمی کربن موجود در آن مطابق با بخش فولادی نمودار آهن-کربن انتخاب می شود. هدف نرمال سازی به ترکیب فولاد، عملیات خاص پس از شکل دهی و طراحی قطعه بستگی دارد.

به عنوان مثال، فولادهای کم کربن به جای آنیل نرمال می شوند تا قابلیت ماشین کاری بهبود یابد. قبل از سخت شدن، فولادهای کربنی ابزار نیز در معرض نرمال شدن قرار می گیرند تا شبکه سمنتیت از بین برود و ساختار پرلیت ریز به دست آید. فولاد درجه 30 پس از بازپخت کامل (به عنوان تحویل) دارای خواص زیر است: استحکام - 440 مگاپاسکال. پلاستیسیته - 17٪؛ سختی - 179 HB؛ قدرت ضربه KSV - 62 J/cm2. پس از عادی سازی، همین ویژگی ها تا حدودی تغییر می کند: قدرت 390 مگاپاسکال است. پلاستیسیته - 23٪؛ سختی - 143 ... 179 HB; قدرت ضربه KSV - 49 J/cm2. مثال برای آهنگری با قطر تا 100 میلی متر است. همانطور که مشاهده می کنید، پس از نرمال سازی، به دلیل تثبیت ساختار فلزی قطعات، خواص مکانیکی کمی کمتر از حالت تحویلی خواهد بود. این عامل به طور قابل توجهی ماشینکاری قطعات برش را بهبود می بخشد.

در طول فرآیند عادی سازی، عیوب شبیه به عیوب بازپخت ایجاد می شود، اما به شکل کمتر مشخص. به عنوان مثال، گرم شدن جزئی فلز منجر به فرسودگی نمی شود. کربن زدایی جزئی منجر به تشکیل رسوب و ضایعات فلزی نمی شود.

3. خاموش کردن و تلطیف کردن

سخت شدن.سخت شدن عبارت است از حرارت دادن فولاد تا دمای بالاتر از حد بحرانی، نگهداری در این دما و متعاقب آن سرد شدن سریع. در نتیجه سخت شدن، سختی، استحکام، کشش، مقاومت در برابر سایش و سایر خواص مکانیکی افزایش می یابد.

سرعت سرد شدن باید به طور قابل توجهی بالاتر از نرخ بحرانی باشد که در آن ریزساختار آستنیت به یک ریزساختار مارتنزیت متقابل تجزیه می شود. همانطور که مشخص است، این ریزساختار مانند ریزساختار آستنیت دارای حلالیت یکنواخت کربن است. حفظ حلالیت کربن یکنواخت با تثبیت ریزساختار هدف اصلی سخت شدن است.

با سرعت سرد شدن بحرانی یا به طور قابل توجهی بالاتر از آن، حالت فیزیکوشیمیایی آستنیت در حلالیت یکنواخت کربن آن ثابت می شود.

در طی فرآیند سخت شدن، با تغییر در ریزساختار، خواص مکانیکی (سختی، مقاومت در برابر ضربه)، خواص فیزیکی (مغناطیسی، مقاومت الکتریکی و ...) و خواص شیمیایی (یکنواختی در ترکیب شیمیایی، مقاومت در برابر خوردگی) تغییر می کند.

هدف اصلی سخت شدن به دست آوردن سختی بالا، مقاومت در برابر سایش، افزایش استحکام، کشش و کاهش شکل پذیری است. تمام این خواص با رعایت رژیم های عملیات حرارتی تکنولوژیکی زیر شکل می گیرد:

• دمای گرمایش؛
• نرخ گرمایش و زمان نگهداری؛
• وسیله گرمایشی؛
• نرخ خنک کننده

انتخاب دمای سخت شدندمای حرارت برای سخت شدن از نظر تئوری از نمودار Fe - Fe 3 C تعیین می شود. برای فولادهای کربنی، باید 30 ... 50 درجه سانتیگراد بالاتر از خط GSK باشد (شکل 3.6 را ببینید)، یعنی برای فولادهای هیپویوتکتوئیدی منطبق با دمای بحرانی Ac 3 + (30 ... 50 درجه سانتیگراد)، برای فولادهای یوتکتوئید و هایپریوتکتوئید - با دمای بحرانی Ac 1 + (50 ... 70 درجه سانتیگراد).

برای فولادهای آلیاژی، دمای حرارت برای سخت شدن با سه روش تعیین می شود: سختی قطری، مغناطیسی یا آزمایشی.

مشخص شده است که هرچه فولاد آلیاژی از نظر ترکیب شیمیایی و ماهیت ریزساختار پیچیده تر باشد، دمای حرارت برای سخت شدن باید بالاتر باشد، زیرا فقط در دماهای بالا کاربیدهای وانادیم، تنگستن، مولیبدن، تیتانیوم و کروم وجود دارد. با موفقیت در آستنیت حل می شود. در این مورد، به عنوان پایه، مانند هنگام انتخاب دمای سخت شدن برای فولادهای کربنی، نقاط بحرانی Ac 1، Ac 3 و Ac m. دمای گرمایش برای فولادهای آلیاژی سخت شده 250 ... 300 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای بحرانی و برای فولادهای پرسرعت - 400 ... 450 درجه سانتیگراد افزایش می یابد.

حالت های گرمایش و سرمایش.زمان گرمایش بستگی به سطح مقطع قطعات و قطعات کار، طراحی و قدرت وسایل گرمایشی دارد. به عنوان مثال، هنگام گرم کردن در کوره های هوای الکتریکی، زمان گرمایش به طور متوسط ​​به میزان 1 دقیقه در هر 1 میلی متر مقطع قطعه تعیین می شود. زمان گرمایش در حمام نمک 2 برابر کمتر از کوره های برقی است، زیرا سرعت گرمایش در این حمام ها 2 برابر بیشتر است. پس از گرم شدن قطعات تا دمای معین، آنها تا تبدیل فاز کامل و گرم شدن در کل سطح مقطع نگهداری می شوند. شاخص زمان نگهداری، تبدیل ساختار اولیه پرلیت + فریت به ساختار آستنیتی است. تمرین نشان داده است که دمای حرارت مشخص شده برای قطعات زمانی اتفاق می افتد که رنگ قطعات با رنگ کوره (زیر، دیوارها، سقف) برابر شود.

هم نرخ گرمایش و هم پدیده جانبی (منفی) به محیط در دستگاه های گرمایشی (فرج، کوره، حمام) بستگی دارد. پدیده های منفی شامل کربن زدایی و اکسیداسیون قطعات سخت شده است. کوره های فورج و برقی (مفل) دارای محیطی هوایی هستند که اکسیژن آن قسمت های در حال سخت شدن را اکسید می کند. در حمام نمک، نمک ها نه تنها اکسید می شوند، بلکه قطعات را کربن زدایی می کنند. حمام با فلز مذاب (سرب) تأثیر منفی روی قطعات گرم شده برای سخت شدن ندارد.

قبل از اینکه ساختار آستنیت به طور کامل بدست آید، زمان مورد نیاز 1/5 زمان گرمایش قطعه است. با توجه به رژیم های گرمایش، نگهداری و سرمایش از نظر فنی، ظهور تنش های داخلی بزرگ، تشکیل ترک ها و سایر عیوب سخت شدن حذف می شود. از سوی دیگر، رژیم زمانی تکنولوژیکی اکسیداسیون سطحی و کربن زدایی قطعات را حذف می کند.

ساختار و خواص قطعات در حال سخت شدن به سرعت سرد شدن در حین سخت شدن بستگی دارد. سرعت سرد شدنی که در آن ساختار آستنیت به ساختار سخت شونده (مارتنزیت) تبدیل می شود، نرخ سخت شدن بحرانی نامیده می شود. این حالت زمانی بسته به ریزساختار مورد نیاز قطعه انتخاب می شود. بالاترین سرعت خنک کننده ریزساختار مارتنزیت، کمترین (طبیعی) - سوربیتول است.

رسانه خاموش کنندهمحیط کوئنچ و توانایی خنک کنندگی آن تثبیت انحلال یکنواخت کربن را در ریزساختار تازه تشکیل شده تجزیه آستنیت تضمین می کند. در محدوده دمایی تجزیه آستنیت به مارتنزیت، خنک سازی آهسته به منظور کاهش تنش های داخلی ضروری است. برای به دست آوردن سختی کامل از خنک کننده هایی با ظرفیت های خنک کننده متفاوت استفاده می شود. این توانایی به عوامل مختلفی بستگی دارد: کاهش دمای مایع خنک کننده، ظرفیت گرمایی فلز، هدایت حرارتی آن، حفظ دمای ثابت محیط خنک کننده، سرعت گردش، کاهش دمای تبخیر و کاهش ویسکوزیته خنک کننده. همه این عوامل باعث افزایش سرعت خنک کننده می شوند.

محلول ها و مایعات زیر به عنوان محیط خاموش کننده استفاده می شود: آب، محلول آبی نمک خوراکی، روغن، هوا، مواد معدنی و مواد دیگر.

بر اساس قدرت، کولرها به گروه های زیر تقسیم می شوند:

• ضعیف - جریان هوا، نمک های مذاب، آب گرم و صابون؛
• متوسط ​​- روغن دوک، روغن ترانسفورماتور، حمام نمک مذاب با 1٪ آب؛
• متوسط ​​اثر - محلول هایی در آب سرد آهک، گلیسیرین و شیشه مایع؛
• قوی - آب سرد تمیز، نمک سفره در محلول آب سرد، آب مقطر و جیوه.

سرعت سرد شدن نیز به روش سرد شدن (غوطه وری) قطعه در حال سخت شدن بستگی دارد. در این حالت، زمانی که قسمتی که قرار است سخت شود در آب یا روغن غوطه ور شود، سه مرحله خنک کننده از هم متمایز می شود:

• ظاهر یک ژاکت بخار که از انتقال حرارت بیشتر (جوش فیلم) جلوگیری می کند.
• تخریب ژاکت بخار و افزایش سرعت خنک کننده (جوش هسته).
• همرفت مایع خنک کننده، که در دمای زیر نقطه جوش رخ می دهد.

برای تمام این مراحل، سرعت خنک‌سازی سریع‌تر است، هر چه شرایط دما از مرحله به مرحله پایین‌تر باشد. همچنین به محدوده جوش هسته بستگی دارد.

این یا آن نوع محیط خنک کننده بسته به امکان سنجی تکنولوژیکی، ترکیب شیمیایی فلز قطعه و خواص فیزیکی و مکانیکی مورد نیاز انتخاب می شود.

آب و محلول های آن خنک کننده های قوی تری هستند. با این حال، آب دارای معایب قابل توجهی است. با افزایش دمای آب در طول فرآیند کوئنچ، ظرفیت خنک کنندگی آن به شدت کاهش می یابد. علاوه بر این، آب در محدوده دمایی تبدیل مارتنزیتی دارای سرعت سرد شدن بالایی است.

محلول های آبی نمک ها، قلیایی ها و سودا سرعت خنک شدن را افزایش می دهند و همچنین محدوده جوش هسته را افزایش می دهند. انواع مختلف روغن ها به عنوان رسانه های خنک کننده سرعت خنک سازی را کاهش می دهند، فرآیندهای تبدیل مارتنزیتی پایدارتر هستند. از معایب روغن ها می توان به اشتعال پذیری آنها و ایجاد سوختگی در سطح قطعات اشاره کرد.

سختی و سختی پذیری.سختی به کسر جرمی کربن در فولاد بستگی دارد. هر چه کسر جرمی کربن در فولاد بیشتر باشد، سختی پذیری این فولاد بیشتر است. فولادهای با کسر جرمی کربن تا 0.3٪ و همچنین فولادهای ساختاری کربنی با کیفیت معمولی مطابق با GOST 380-2005، نمی توانند سخت شوند، زیرا کربن در این گروه از فولادها بسیار متفاوت است. با توجه به اینکه انتخاب دما برای سخت شدن بسته به کسر جرمی کربن انجام می شود و در فولادهای با کیفیت معمولی نمی توان میزان آن را به دقت تعیین کرد، این گروه از فولادها در معرض سخت شدن نیستند.

فولادهای ساختاری و آلیاژی کربنی با کیفیت بالا با کسر جرمی کربن 0.3٪ و بالاتر و همچنین تمام فولادهای ابزار، در معرض سخت شدن هستند.

سختی پذیری فولادها به عمق سخت شدن اشاره دارد، یعنی توانایی تشکیل ریزساختارهای مارتنزیت، تروستیت یا سوربیت در طول فرآیند سخت شدن.

سختی پذیری به نرخ بحرانی سرد شدن و در نتیجه به توانایی پایدار آستنیت در عدم تغییر ریزساختار آن بستگی دارد. به ساختار آستنیتی که سرد می ماند آستنیت فوق سرد می گویند.

اگر سرعت سرد شدن بحرانی قطعه در کل سطح مقطع برابر باشد، آنگاه قطعه دارای سختی پذیری از طریق می باشد، یعنی ساختار مارتنزیت در کل سطح مقطع وجود خواهد داشت. اگر سرعت سرد شدن در کل مقطع به سمت هسته کاهش یابد، آنگاه هسته حاوی فریت، فریت + پرلیت، سوربیتول یا تروستیت خواهد بود. هسته قطعات با سطح مقطع بزرگ عملاً سخت شدن را نمی پذیرد، زیرا سرعت خنک شدن هسته آهسته و طبیعی خواهد بود.

تمام عناصر آلیاژی سختی پذیری را افزایش می دهند. به عنوان مثال، نیکل به افزایش قابل توجهی در سخت شدن و سخت شدن کمک می کند. منگنز، کروم، تنگستن و مولیبدن باعث افزایش دمای کوئنچ و تمپر می شوند و همچنین سختی و سختی پذیری قطعات و ابزار را افزایش می دهند، بنابراین تمام فولادهای آلیاژی که در معرض سخت شدن قرار می گیرند سختی پذیری بالایی دارند و فولادهای کربنی سختی پذیری کمتری دارند. با سخت شدن در تمام سطح مقطع، سختی قطعه یکسان خواهد بود. با سخت شدن غیر از طریق، از سطح به هسته کاهش می یابد. این قسمت دارای ساختار مارتنزیت در سطح و ساختار تروستیت در هسته خواهد بود. هرچه کسر جرمی کربن در فولاد کمتر باشد، ساختار تروستیت بیشتر و سختی کمتر است و بالعکس.

سختی پذیری قطعات در طول سخت شدن به عنوان یک پارامتر مهم ارزیابی می شود. این پارامتر بیانگر حداکثر قطر (قطعه) قطعاتی است که هسته آن دارای ساختار سفت شوندگی نیمه مارتنزیتی خواهد بود. به طور معمول، برای فولادهای ساختاری و ابزار کربن، پارامتر بحرانی 10 ... 20 میلی متر است، و برای فولادهای آلیاژی - تا 100 میلی متر یا بیشتر (بسته به کسر جرمی کربن و عناصر آلیاژی). علاوه بر این، سختی به محیط خنک کننده بستگی دارد. آب سختی بالاتری نسبت به روغن می دهد.

فولاد با کسر جرمی کربن 0.2% (خنک شدن در آب) پس از کوئنچ دارای سختی 25 HRC و فولاد با کسر جرمی کربن 0.5% پس از کوئنچ دارای سختی 45 HRC خواهد بود. در نتیجه هر چه کربن در فولاد بیشتر باشد، سختی قطعه به دست آمده در هنگام سخت شدن بیشتر و در نتیجه عمق سختی پذیری بیشتر می شود. برای تعیین عمق سختی پذیری فولادهای ابزار کربنی، نمونه هایی با طول 100 میلی متر پس از تلطیف زیاد مقاطع مربع یا گرد (21 ... 23 میلی متر) تهیه می شود. برشی با عمق 5 ... 7 میلی متر در وسط نمونه ها ایجاد می شود. نمونه های تمام شده در دماهای زیر سخت می شوند: 760; 800; 840 درجه سانتی گراد نمونه های سخت شده روی درایورهای شمع آونگ (یا در پرس) از بین می روند. عمق سختی پذیری (لایه سخت شده) یا غیر سخت شدنی (لایه سخت نشده)، ترک های بیش از حد گرم یا سخت شونده بر اساس حالت و نوع شکست تعیین می شود.

با استفاده از مقیاس استاندارد، گروه (یا امتیاز) عمق سختی پذیری نمونه های سخت شده در دماهای مختلف تعیین می شود. در مقیاس استاندارد، هر گروه (از 0 تا V) مربوط به عمق سختی پذیری از 0.3 میلی متر تا 9 میلی متر، از طریق سختی پذیری، هسته سخت، منطقه سخت نشده و ترک های سخت شونده است. همه اینها به صورت بصری با شکستن نمونه ها مشخص می شود. علاوه بر این، با شکستن نمونه ها، می توان ساختار سخت شونده (مارتنزیت، نیمه مارتنزیت، تروستیت، سوربیت) یا ناحیه سخت نشده (پرلیت یا فریت + پرلیت) را تعیین کرد.

در شکل 9، و به طور معمول نمونه هایی از فولاد درجه 40 (GOST 1050-88*) را با قطر 12 ... 60 میلی متر پس از کوئنچ و سرد شدن در آب نشان می دهد. نمونه های 1 - 4 با تشکیل ساختار مارتنزیت سخت شدن کامل را دریافت می کنند (سختی پذیری مداوم). با افزایش قطر، سخت شدن پیوسته تشکیل می شود، اما ساختارها به نرخ سخت شدن بحرانی بستگی دارند: مارتنزیت، نیمه مارتنزیت، تروستیت و سوربیتول. سختی مقطع نمونه نیز متفاوت خواهد بود و بسته به ساختار از 25 تا 46 HRC متغیر است. با افزایش قطر نمونه، سرعت خاموش شدن بحرانی کاهش می یابد. ساختار مقطع نمونه به صورت زیر خواهد بود: مارتنزیت، نیمه مارتنزیت، تروستیت، سوربیتول و پرلیت (یا پرلیت + فریت). سختی در طول مقطع نمونه 25 ... 46 HRC خواهد بود. هسته نمونه با دارا بودن ساختار سوربیتول + پرلیت دارای استحکام و استحکام ضربه بالایی خواهد بود.

برنج. 9. الف - پس از خاموش شدن و خنک شدن در آب؛ ب - پس از خاموش شدن و سرد شدن در روغن؛ - مارتنزیت؛ - نیمه مارتنزیت؛ - تروستیت؛ - سوربیتول؛ - پرلیت (یا پرلیت + فریت)

در طول سخت شدن مداوم (سرد شدن در آب)، نمونه های 1 تا 4 شکننده خواهند بود.

در عمل از روش های زیر برای تعیین سختی پذیری استفاده می شود:

• توسط ساختار شکست نمونه؛
• در سختی سنج نوع TK در امتداد یک مقطع در چندین نقطه (از سطح تا هسته)؛
• به روش پایان سخت شدن

برای تعیین قطر قطعاتی که نیاز به سخت شدن مداوم دارند، باید شرایط زیر رعایت شود: قطر بحرانی سخت شدن باید بیشتر از قطر محصول باشد.

هنگام تعیین سختی پذیری فولاد با استفاده از روش سخت کاری انتهایی، تعیین عمق سختی پذیری با استفاده از نمودارهای مختلف توصیه می شود.

عیوب سخت شدننقض شرایط سخت شدن (دمای گرمایش، روش های خنک کننده و غیره) می تواند باعث ایجاد انواع عیوب در قطعات و ابزار شود:

• تغییر شکل، تاب خوردگی و ترک؛
• سختی ناکافی؛
• افزایش شکنندگی؛
• تشکیل لکه های نرم؛
• تغییر اندازه؛
• استرس های داخلی؛
• اکسیداسیون و کربن زدایی

تعطیلات.تمپر کردن فرآیند تکنولوژیکی گرم کردن قطعات پس از سخت شدن تا دمای پایین (150 ... 650 درجه سانتیگراد) است، یعنی در زیر نقطه بحرانی Ac 1، نگه داشتن در این دما و خنک شدن طبیعی آهسته در هوا.

هدف از تمپر حذف تنش های داخلی قطعات پس از سخت شدن، افزایش مقاومت ضربه ای، کاهش شکنندگی و کاهش جزئی سختی است. این شاخص ها در ارتباط با به دست آوردن ساختار فلزی پایدار قطعه به دست می آیند. دمای تمپر بستگی به نوع قطعات سفت شده و هدف از تلطیف دارد. در عمل از تعطیلات کم، متوسط ​​و زیاد استفاده می شود.

تعطیلات کم برای کاهش تنش های داخلی و افزایش مقاومت ضربه ای ابزارهای ساخته شده از فولادهای آلیاژی و کربنی استفاده می شود. در طول حرارت کم، قطعات تا دمای 150 ... 250 درجه سانتیگراد گرم می شوند، در این دما نگهداری می شوند و در هوا سرد می شوند. در عین حال، سختی و مقاومت در برابر سایش ابزار برش به دست آمده پس از سخت شدن حفظ می شود.

حرارت کم برای ابزارهای برش و اندازه گیری، قطعات بلبرینگ و غلتک، آهنرباهای دائمی و قطعات ماشین آلیاژی ساخته شده از فولادهای ساختاری آلیاژی سخت شده و با استحکام بالا اعمال می شود.

میانگین تعطیلات برای قطعات الاستیک استفاده می شود: فنرها، فنرها، ابزار ضربه ای و مهر زنی، میله های پیچشی و غیره. با این نوع تمپر، قطعات تا دمای 300 ... 500 درجه سانتیگراد گرم می شوند، در تمام سطح مقطع گرم می شوند و در هوا سرد می شوند. . پس از سرد شدن، ساختار تروستیت تمپر شده به دست می آید. سختی قطعات به دست آمده در هنگام سخت شدن پس از تمپر به طور محسوسی کاهش می یابد. استحکام ضربه به شدت افزایش می یابد که منجر به افزایش چقرمگی چرخه ای می شود (این خاصیت برای قطعات الاستیک ضروری است).

تعطیلات بالا برای قطعات ماشین آلات از فولادهای ساختاری و آلیاژی کربنی با کیفیت بالا که تحت بارهای سنگین کار می کنند: شفت، دوک، بلوک دنده، کوپلینگ پنجه، مکانیسم ضامن دار و غیره تولید می شوند. 35 ... 47 HRC است.

در طول حرارت بالا، قطعات تا دمای 500 ... 650 درجه سانتیگراد گرم می شوند، در این دما نگهداری می شوند و در هوا سرد می شوند (در برخی موارد، همراه با کوره). پس از تمپر، ساختار قطعات سوربیتول تمپر می شود. این قطعه دارای مقاومت در برابر سایش، استحکام، مقاومت ضربه ای و شکل پذیری نسبی خواهد بود. در عمل از تمپر زیاد با تغییر شکل قطعات در حین گرمایش نیز استفاده می شود (شکل 10). این قطعه بین دماهای بحرانی Ac 1 و Ac 3 تغییر شکل داده است. پس از تغییر شکل، قطعات به آرامی تا دمای کمتر از Ac 1 خنک می شوند، سپس گرم می شوند، نگه داشته می شوند و به آرامی سرد می شوند.

برنج. 10. t - دما؛ τ - زمان؛ Ac 1، Ac 3 - دماهای بحرانی؛ M n - دمای شروع تبدیل مارتنزیتی

بهبود - این سخت شدن فولاد و به دنبال آن تلطیف زیاد است. این عملیات حرارتی برای قطعات ماشینی که تحت شرایط قابل توجهی کار می کنند از جمله بارهای متناوب و ساخته شده از فولاد سازه ای درجه های 30، 35، 40، 45، 50، 40X و غیره استفاده می شود.

سالخورده فرآیند تغییر خواص آلیاژها بدون تغییر قابل ملاحظه ریزساختار است. اگر تغییر در سختی، استحکام و شکل پذیری در شرایط عادی (18 ... 20 درجه سانتیگراد) رخ دهد، چنین پیری طبیعی نامیده می شود. اگر این فرآیند در دمای بالا (120 ... 150 درجه سانتیگراد) رخ دهد، پیری مصنوعی نامیده می شود.

با پیری طبیعی، قطعات چند ماه دوام می آورند، با پیری مصنوعی - 24 ... 36 ساعت. در طول فرآیند پیری، حلالیت عناصر شیمیایی (کربن، سیلیکون و منگنز و همچنین مواد افزودنی آلیاژی) در ساختار قطعات است. تثبیت شده و همراه با آنها، سازه ها تثبیت می شوند.

تمپر کردن به عنوان یک عملیات حرارتی یک عملیات اجباری پس از سخت شدن است و همزمان با سخت شدن بلافاصله پس از سرد شدن قطعات انجام می شود.

4. عملیات شیمیایی- حرارتی

سخت شدن سطح.در حین کار قطعات ماشین آلات، مکانیزم ها و ابزار، سطوح کار (اصطکاک) قطعات و ابزار فرسوده شده و نیاز به تیز کردن مجدد یا تعویض کامل دارند.

پوشیدن سطوح کار حتی در عمق کم می تواند منجر به عواقب جدی شود. به منظور ایجاد مقاومت در برابر سایش، قابلیت اطمینان و دوام به سطوح کار، از روش‌های فن‌آوری مختلفی برای سخت‌سازی این سطوح استفاده می‌شود. انواع پوشش های زیر وجود دارد:

• پوشش های یک جزئی - اشباع سطوح با یک عنصر شیمیایی (فلزی یا غیرفلزی): کربن، نیتروژن، کروم، تانتالم، منگنز و غیره؛
• پوشش های دو جزئی - اشباع سطوح با دو عنصر شیمیایی (فلزی و غیر فلزی): کربن + کروم، کربن + بور، کربن + نیتروژن، کربن + منگنز، کربن + گوگرد و غیره.
• پوشش های چند جزئی: کربن + کروم + نیتروژن، کربن + بور + نیتروژن، کربن + فسفر + نیتروژن، کروم + آمونیوم + سیلیکون و غیره.

یک گروه جداگانه از پوشش های ساخته شده از ترکیبات شیمیایی: کاربیدها، نیتریدها و اکسیدها تشکیل شده است.

با تفاوت های قابل مشاهده در فرآیندهای تکنولوژیکی، سخت شدن سطوح کار (مالش) شامل اشباع کردن آنها با هر فلز یا غیرفلز تحت تأثیر دما یا سایر فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی است.

عملیات شیمیایی- حرارتی با توجه به هدف مورد نظر به دو گروه تقسیم می شود:

• عملیات شیمیایی و حرارتی طراحی شده برای افزایش مقاومت در برابر سایش و سختی سطح سطوح کاری قطعات. این نوع فرآوری شامل کربوریزاسیون، نیترید کردن، نیتروکربورسازی و متالیزاسیون انتشار می باشد.

• عملیات شیمیایی- حرارتی برای به دست آوردن خواص ضد اصطکاک بالا (فشار شدید) استفاده می شود. یک عنصر شیمیایی که سطح قطعات را اشباع می کند، از خراشیدگی و چسبندگی سطوح مالشی جلوگیری می کند. این نوع شامل سولفیداسیون، آبکاری سرب، تلوراسیون و غیره است.

بنابراین، عملیات شیمیایی- حرارتی معمولاً یک فرآیند تکنولوژیکی نامیده می شود که شامل اشباع لایه سطحی قطعات در دماهای بالا با فلزات یا غیر فلزات با استفاده از روش انتشار است.

عملیات شیمیایی - حرارتی برای افزایش سختی، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خوردگی و خستگی و برای تکمیل تزئینی استفاده می شود.

عملیات شیمیایی- حرارتی قطعات در محیطی (کاربورایزر) انجام می شود که اتم های آن می توانند در سطح این قطعات پخش شوند. فرآیندهای تصفیه شیمیایی- حرارتی شامل سه مرحله تفکیک، جذب و انتشار است. تفکیک - آزاد شدن اتم های عناصر شیمیایی (فلزات و غیرفلزات) است که قادر به حل شدن در فلزات (آلیاژ) قطعات با انتشار است. این فرآیند در یک محیط گازی انجام می شود. جذب - این تماس اتم های جدا شده (جدا شده) عناصر شیمیایی (فلزات و غیرفلزات) با سطوح قطعات و تشکیل پیوند شیمیایی با اتم های فلزی قطعات است.

انتشار فرآیند نفوذ یک عنصر اشباع کننده به شبکه های اتمی قطعات فلزی است.

هر چه دمای حرارت دادن قطعات بیشتر باشد، هر سه مرحله سریعتر می گذرد. این فرآیند به ویژه در دماهای برابر با دمای بحرانی فعال است، زیرا در این دماها بازسازی شبکه های اتمی فلز قطعات رخ می دهد. در طی فرآیند بازسازی، اتم های عنصر پخش کننده با موفقیت به شبکه های اتمی وارد می شوند یا اتم های فلزی قطعات موجود در آنها را جایگزین می کنند.

عملیات شیمیایی- حرارتی در مقایسه با عملیات حرارتی دارای چندین مزیت است:

• توانایی پردازش قطعات و ابزار با هر شکل، پیچیدگی و پیکربندی؛
• تفاوت در خواص مکانیکی قسمت کار قطعات و هسته آنها.
• امکان از بین بردن عیوب گرمای بیش از حد با عملیات حرارتی بعدی؛
• امکان سخت شدن فولادهای کم کربن

برنج. یازده 1 - کربورایزر جامد; 2 - شاهدان; 3 - جعبه سیمان; 4 - قطعات سیمانی

سیمان کاری.سیمان کاری یک عملیات شیمیایی- حرارتی است که طی آن لایه سطحی قطعات از کربن اشباع می شود. سیمان کاری به منظور به دست آوردن سختی و مقاومت سایشی بالا در سطح قطعات با مقاومت ضربه ای بالای هسته انجام می شود. آنها قطعات فولادی با کسر جرمی کربن تا 0.25٪ را سیمان می کنند که تحت اصطکاک و تحت بارهای متناوب کار می کنند: چرخ دنده، بلوک چرخ دنده، غلتک توزیع و بادامک، بادامک، شیر سوپاپ و سایر قطعات، و همچنین ابزارهای اندازه گیری - گیج، شابلون، پروب و ... سطح قطعات و ابزار در برخی موارد تا عمق 1.4 میلی متر از کربن اشباع می شود که معمولاً این لایه 0.8 میلی متر است. کسر جرمی کربن اشباع شده در سطح قطعات به 0.8 ... 1.0٪ می رسد. غلظت کربن از سطح قطعه تا هسته کاهش می یابد. بنابراین، قطعات ساخته شده از کربن ساختاری و فولادهای کم آلیاژ، که با سخت شدن به بهبود پاسخ نمی دهند، در معرض کربوریزاسیون قرار می گیرند.

سیال کاری که عملیات شیمیایی- حرارتی در آن انجام می شود، کربوریزر نامیده می شود. کربورسازی در کربورایزرهای جامد، مایع و گاز وجود دارد. برای کربوریزه شدن در یک کاربراتور جامد، قطعاتی که باید کربوریزه شوند در یک جعبه فولادی قرار می گیرند (شکل 11) که به طور یکنواخت با کاربراتور ریخته می شوند. نمونه های کنترلی که به اصطلاح شاهد هستند، همزمان با کاربورایزر قرار می گیرند. در طول فرآیند گرمایش و نگهداری، نمونه‌های کنترل برداشته می‌شوند و پیشرفت فرآیند تکنولوژیکی از آنها مشخص می‌شود.

در شکل شکل 12 وابستگی غلظت کربن به عمق اشباع را نشان می دهد. بنابراین، در عمق اشباع 0.1 میلی متر، غلظت کربن به 1٪، 0.2 میلی متر - 0.9٪، 1 میلی متر - 0.6٪، 1.6 میلی متر - 0.16٪ می رسد. این غلظت کربن در سطوح قطعات مالشی (دنده، چرخ دنده، شفت، محور و غیره) اطمینان و دوام جفت تماس را تضمین می کند.

برنج. 12.

در طول سیمان، بسته به عمق اشباع کربن، ریزساختارهای مختلفی تشکیل می شود (شکل 13). قبل از عملیات حرارتی، در عمق تا 1 میلی متر ساختار سمنتیت، بیش از 1 میلی متر - پرلیت و بیشتر - فریت وجود خواهد داشت. پس از عملیات حرارتی (سخت شدن)، در عمق تا 1 میلی متر ساختار مارتنزیت، سپس تروستیت و سوربیتول وجود خواهد داشت. در عمق بیش از 2 ... 3 میلی متر - ساختار اصلی.

برنج. 13. بسته به عمق اشباع کربن، ریزساختارهای مختلفی در طول سیمان‌کاری شکل می‌گیرد:1 - ناحیه هیپریوتکتوئید (P+C); 2 - ناحیه یوتکتوئید (P); 3 - ناحیه هیپویوتکتوئید (P + F); 4 - هسته

سیمان کاری در محیط گازی، اصلی ترین فرآیند شیمیایی-حرارتی در تولید انبوه است. کربوریزاسیون گاز در کوره های صدادار یا شفت در یک اتمسفر کربنی انجام می شود. جو کوره با متان، نفت سفید یا بنزن کربنیزه می شود. پس از کربوهیداسیون گاز، از سخت شدن و سپس تلطیف کم استفاده می شود. سیمان کاری گاز امکان کنترل فرآیند را فراهم می کند که به نوبه خود شرایطی را برای مکانیزاسیون و اتوماسیون تولید ایجاد می کند.

در طول سیمان سازی، عیوب زیر ایجاد می شود:

• خوردگی لایه سطحی توسط نمک های سولفات باریم؛
• کاهش کسر جرمی کربن در لایه سیمانی.
• کربن زدایی که در طول فرآیند خنک سازی به دلیل ترک یا سوختگی در جعبه ها رخ می دهد.
• عمق ناهموار لایه سیمانی به دلیل تغییرات دما در کوره؛
• فوق اشباع شدن با کربن در لایه سیمانی به دلیل نقض رژیم های دما و زمان و همچنین به دلیل محتوای بالای کربنات ها در کاربرساز.
• عمق کم لایه سیمانی که در دماها و نورهای پایین رخ می دهد.
• اکسیداسیون داخلی که در حین کربورسازی گاز به دلیل محتوای بالای اکسیژن در جو کوره رخ می دهد.

با رعایت ترکیبات شیمیایی کاربراتورها، شرایط حرارتی و زمانی می توان از بروز این عیوب جلوگیری کرد. تصحیح عیوب در قطعات ماشین از طریق عادی سازی اضافی و درمان شیمیایی-حرارتی بعدی انجام می شود.

نیتریدینگ.نیتریدینگ یک فرآیند تصفیه شیمیایی- حرارتی است که در آن سطوح قطعات با نیتروژن اشباع می شود. نیتریدینگ برای به دست آوردن سختی سطح بالا، مقاومت در برابر سایش، استحکام خستگی و مقاومت در برابر خراشیدگی، افزایش حد استقامت، مقاومت در برابر خوردگی در جو، آب شیرین و بخار آب و همچنین مقاومت در برابر کاویتاسیون قطعات و ابزارهای مختلف انجام می شود. نیتریدینگ برای تکمیل تزئینی نیز استفاده می شود. لایه نیترید شده می تواند تا 0.5 میلی متر عمق داشته باشد و دارای سختی 1000 ... 1100 HV است که بسیار سخت تر از سمنتیت است. با توجه به طول مدت فرآیند (تا 90 ساعت) و هزینه بالا، نیتریدینگ کمتر از کربورسازی استفاده می شود. فرآیند نیتریدینگ در محیط آمونیاکی در دمای 500 ... 600 درجه سانتیگراد انجام می شود. هنگامی که گرم می شود، نیتروژن اتمی از آمونیاک آزاد می شود که در سطح قطعات پخش می شود. به منظور سرعت بخشیدن به فرآیند نیتریدینگ، از یک چرخه دو مرحله ای استفاده می شود (شکل 14). این فناوری نیتریدینگ فرآیند را 1.5 تا 2 برابر سرعت می بخشد. ابتدا قطعه تا دمای 500 ... 520 درجه سانتیگراد گرم می شود، سپس گرمایش سریع تا دمای 580 ... 600 درجه سانتیگراد انجام می شود و سپس - قرار گرفتن در معرض طولانی مدت و خنک سازی همراه با کوره یا در هوا

برنج. 14. t - دما؛ τ - زمان

نیتروژن مایع در دمای 570 درجه سانتیگراد در مذاب نمکهای حاوی نیتروژن انجام می شود. نیتریدینگ مایع فرآیند را ده برابر سرعت می بخشد و ویسکوزیته قطعه را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. عیب نیتریدینگ مایع استفاده از نمک های سیانید سمی است.

بنابراین، نیتریدینگ یک عملیات تکنولوژیکی چند منظوره از عملیات شیمیایی - حرارتی است که برای افزایش استحکام و سایر خواص کربن و آلیاژهای مختلف ساختاری، ابزار و فولادهای ویژه (مقاوم در برابر خوردگی، مقاوم در برابر حرارت و مقاوم در برابر حرارت) انجام می شود. مواد نسوز و متخلخل و همچنین پوشش های گالوانیکی و انتشاری.

در طول فرآیند نیتریدینگ ممکن است نقص هایی رخ دهد. تغییر شکل و تغییر در ابعاد قطعات به دلیل تنش های داخلی زیاد ناشی از افزایش حجم لایه نیترید شده رخ می دهد. برای رفع این عیب در حین ماشینکاری، باید ابعاد را به میزان 4 ... 6 درصد از عمق لایه نیترید شده کاهش داد.

شکنندگی و لایه برداری زمانی رخ می دهد که لایه نیترید شده با نیتروژن بیش از حد اشباع شود. یک پوسته شکننده روی سطح به عمق 0.05 میلی متر تشکیل می شود و پوسته می شود. این عیب را می توان با سنگ زنی برطرف کرد.

کاهش سختی، سختی لکه دار یا کاهش عمق لایه نیترید شده، نقص هایی هستند که در صورت عدم رعایت ترکیب شیمیایی محیط، آماده سازی ضعیف سطح قطعات و نقض رژیم حرارتی ظاهر می شوند. برای جلوگیری از بروز این عیوب، رعایت الزامات فنی برای آماده سازی قطعات برای نیتریدینگ و رعایت توالی فرآیند فن آوری ضروری است.

سیانیداسیون و نیتروکربورسازی.سیانیداسیون فرآیند اشباع سطح قطعات با کربن و نیتروژن به طور همزمان است. قطعات ساخته شده از فولاد با کسر جرمی کربن 0.3 ... 0.4٪ در معرض سیانیداسیون قرار می گیرند. سیانیداسیون برای افزایش سختی سطح، استحکام، مقاومت در برابر سایش، استقامت و سایر خواص مکانیکی و عملیاتی انجام می شود. سیانیداسیون چندین مزیت نسبت به انواع دیگر پردازش های شیمیایی-حرارتی دارد: توانایی پردازش قطعات با اشکال پیچیده، مدت زمان کوتاه، و عملاً بدون تاب برداشتن یا تغییر شکل قطعات در طول پردازش. به عنوان معایب، باید به هزینه های بالای حفاظت از نیروی کار به دلیل سمیت و هزینه بالای نمک های سیانید اشاره کرد. همه اینها به طور قابل توجهی هزینه قطعات سیانیده را افزایش می دهد.

سیانیداسیون مایع و گاز وجود دارد. سیانیداسیون گاز را نیتروکربوریزه می گویند.

سیانیداسیون مایع در محیطی از نمک های مذاب سیانید سدیم انجام می شود. در دمای 820 ... 850 یا 900 ... 950 درجه سانتیگراد انجام می شود. این فرآیند، که در دمای 820 ... 850 درجه سانتیگراد، در 30 ... 90 دقیقه انجام می شود، به شما امکان می دهد یک لایه تا ضخامت 0.35 میلی متر، اشباع از کربن و نیتروژن و در دمای 900 ... 950 درجه به دست آورید. C در 2 ... 6 ساعت - یک لایه تا ضخامت 2 میلی متر. در شکل شکل 15 وابستگی ضخامت لایه سیانیده شده به دما و مدت زمان فرآیند را نشان می دهد. به عنوان مثال، با مدت زمان نگهداری 2 ساعت در دمای 890 درجه سانتی گراد، عمق لایه سیانیده شده به 0.6 میلی متر می رسد و با مدت زمان نگهداری 4.5 ساعت در دمای 830 درجه سانتی گراد - همچنین 0.6 میلی متر.

پس از سیانور شدن، سخت شدن و تمپر کم انجام می شود. سختی لایه سیانیده شده به 58 ... 62 HRC می رسد.

در عمل، سیانیداسیون در دمای پایین در نمک های سیانید مذاب برای کربوره کردن ابزارهای ساخته شده از فولادهای پرسرعت استفاده می شود. در دمای 540 ... 560 درجه سانتیگراد با زمان نگهداری 1.0 ... 1.5 ساعت انجام می شود در نتیجه این عملیات لایه سیانیده شده دارای سختی 950 ... 1100 HV خواهد بود.

برنج. 15.

کسر جرمی کربن در فرآیند سیانیداسیون به 1٪، نیتروژن - 0.2٪ می رسد. این شاخص ها به دمای سیانیداسیون بستگی دارد (شکل 16).

متالیزاسیون انتشار.فرآیند اشباع لایه سطحی قطعات با انتشار در دمای بالا

برنج. 16. محتوای کربن (C) و نیتروژن (N) در طول فرآیند سیانیداسیون

فلزات مختلف را متالیزاسیون انتشاری می نامند. می توان آن را در کربورایزرهای جامد، مایع و گاز (متالایزر) انجام داد.

متالایزرهای جامد مخلوط پودری متشکل از فروآلیاژها هستند: فروکروم، کروم فلزی، کلرید آمونیوم و غیره.

متالایزرهای مایع معمولاً فلزات مذاب هستند مانند روی، آلومینیوم و غیره.

متالایزرهای گازی کلریدهای فرار فلزات هستند: آلومینیوم، کروم، سیلیکون، تیتانیوم و غیره.

بسته به فلز پخش مورد استفاده قطعات، انواع زیر متالیزاسیون انتشار متمایز می شود: آلومینیزاسیون (اشباع با آلومینیوم)، آبکاری کروم، آبکاری تیتانیوم، آبکاری تنگستن، سولفاتاسیون (اشباع با گوگرد)، بریدینگ و غیره.

آلومینیوم سازی در دمای 700 ... 1100 درجه سانتیگراد انجام شد. در لایه سطحی در ساختار آهن α، آلومینیوم حل می شود، یک فیلم متراکم از اکسید آلومینیوم بر روی سطح تشکیل می شود که دارای مقاومت در برابر خوردگی بالا در جو و آب دریا و همچنین مقاومت در برابر مقیاس بالا در دمای 800 درجه است. .. 850 درجه سانتی گراد، سختی 500 HV. آلومینیوم سازی برای قطعاتی که در دماهای بالا کار می کنند اعمال می شود: سوپاپ های موتور، پوشش های ترموکوپل ها، و غیره. آلومینیوم سازی با استفاده از روش های زیر انجام می شود: در مخلوط پودری، در آلومینیوم مذاب، با الکترولیز، در آئروسل ها با آلومینیوم و پاشش گاز. آبکاری کروم در مورد قطعاتی که در محیط های تهاجمی کار می کنند: قطعات تاسیسات بخار، دستگاه های بخار آب، قطعات و مجموعه هایی که در محیط های گازی در دمای بالا کار می کنند. آبکاری کروم در مخلوط های پودری، خلاء، کروم مذاب، محیط گاز و توده های سرامیکی انجام می شود. سطح اشباع شده با کروم تا عمق 0.15 میلی متر، در محیط گاز تا دمای 800 درجه سانتی گراد، در آب شیرین و دریا و در اسیدهای ضعیف در برابر رسوب مقاوم است. هر فولادی را می توان روکش کروم کرد. سختی لایه کروم در سطح به 1200 ... 1300 HV می رسد. برای افزایش سختی و چقرمگی، پس از آبکاری کروم، قطعات نرمال می شوند.

یکی از فرآیندهای فناورانه عملیات سخت شدن است درمان حرارتی مکانیکی (TMT).

عملیات حرارتی مکانیکی به روش های ترکیبی تغییر ساختار و خواص مواد اشاره دارد.

پردازش حرارتی مکانیکی ترکیبی از تغییر شکل پلاستیک و عملیات حرارتی (سخت شدن فولاد از پیش تغییر شکل یافته در حالت آستنیتی) است.

مزیت عملیات ترمومکانیکی این است که با افزایش قابل توجه استحکام، ویژگی های شکل پذیری اندکی کاهش می یابد و استحکام ضربه 1.5 ... 2 برابر بیشتر از مقاومت ضربه برای همان فولاد پس از کوئنچ با تمپر کم است.

بسته به دمایی که تغییر شکل در آن انجام می‌شود، بین عملیات حرارتی مکانیکی با دمای بالا (HTMT) و عملیات حرارتی مکانیکی دمای پایین (LTMT) تمایز قائل می‌شود.

ماهیت عملیات حرارتی مکانیکی با دمای بالا گرم کردن فولاد تا دمای حالت آستنیتی (در بالا آ 3 ). در این دما، فولاد تغییر شکل می دهد که منجر به سخت شدن آستنیت می شود. فولاد با این حالت آستنیت در معرض سخت شدن قرار می گیرد (شکل 16.1 a).

پردازش ترمومکانیکی در دمای بالا عملاً ایجاد شکنندگی مزاج را در محدوده دمایی خطرناک حذف می‌کند، شکنندگی غیرقابل برگشت مزاج را تضعیف می‌کند و چقرمگی را به طور چشمگیری در دمای اتاق افزایش می‌دهد. آستانه دما برای شکنندگی سرد کاهش می یابد. عملیات حرارتی مکانیکی با دمای بالا مقاومت در برابر شکست شکننده را افزایش می دهد و حساسیت به ترک خوردگی را در طی عملیات حرارتی کاهش می دهد.

برنج. 16.1. طرح حالتهای عملیات حرارتی مکانیکی فولاد: الف - عملیات حرارتی مکانیکی با دمای بالا (HTMT). ب - عملیات حرارتی مکانیکی با دمای پایین (LTMT).

پردازش ترمومکانیکی با دمای بالا می تواند به طور موثر برای فولادهای کربن، آلیاژی، ساختاری، فنر و ابزار استفاده شود.

تمپر بعدی در دمای 100 ... 200 درجه سانتیگراد برای حفظ مقادیر مقاومت بالا انجام می شود.

پردازش حرارتی مکانیکی در دمای پایین (Ausforming).

فولاد تا حالت آستنیتی گرم می شود. سپس در دمای بالا نگهداری می شود، تا دمای بالاتر از دمای شروع تبدیل مارتنزیتی (400...600 درجه سانتی گراد)، اما کمتر از دمای تبلور مجدد سرد می شود و در این دما تحت فشار، عملیات تصفیه و کوئنچ انجام می شود. شکل 16.1 ب).

عملیات ترمومکانیکی در دمای پایین، اگرچه استحکام بیشتری می دهد، اما تمایل فولاد به شکنندگی را کاهش نمی دهد. علاوه بر این، به درجات بالایی از تغییر شکل (75 ... 95٪) نیاز دارد، بنابراین تجهیزات قدرتمند مورد نیاز است.

پردازش ترمومکانیکی در دمای پایین برای فولادهای آلیاژی کربن متوسط ​​سخت شده با مارتنزیت که پایداری ثانویه آستنیت را دارند، اعمال می شود.

افزایش استحکام در طی عملیات حرارتی مکانیکی با این واقعیت توضیح داده می شود که در نتیجه تغییر شکل آستنیت، دانه ها (بلوک) آن خرد می شوند. ابعاد بلوک ها در مقایسه با سخت کاری معمولی دو تا چهار برابر کاهش می یابد. تراکم دررفتگی نیز افزایش می یابد. با خاموش کردن بعدی چنین آستنیتی، صفحات مارتنزیت کوچکتر تشکیل شده و تنش ها کاهش می یابد.

خواص مکانیکی پس از انواع مختلف TMT برای فولادهای مهندسی به طور متوسط ​​دارای مشخصات زیر است (جدول 16.1 را ببینید):

جدول 16.1. خواص مکانیکی فولادها پس از TMT

تست

در علم مواد

با موضوع: عملیات حرارتی فلزات و آلیاژها

ایژفسک

1. معرفی

2. هدف و انواع عملیات حرارتی

4. سخت شدن

6. پیری

7. درمان سرماخوردگی

8. درمان حرارتی

9. هدف و انواع عملیات شیمیایی- حرارتی

10. عملیات حرارتی آلیاژهای فلزات غیرآهنی

11. نتیجه گیری

12. ادبیات

معرفی

عملیات حرارتی در مراحل مختلف تولید قطعات ماشین آلات و محصولات فلزی مورد استفاده قرار می گیرد. در برخی موارد، این می‌تواند یک عملیات میانی باشد که به بهبود ماشین‌کاری آلیاژها با فشار و برش کمک می‌کند؛ در برخی دیگر، این عملیات نهایی است که مجموعه‌ای از شاخص‌های لازم از خواص مکانیکی، فیزیکی و عملیاتی محصولات یا نیمه را فراهم می‌کند. -محصولات نهایی. محصولات نیمه تمام تحت عملیات حرارتی قرار می گیرند تا ساختار را بهبود بخشد، سختی را کاهش دهد (بهبود کارایی)، و قطعات را - برای دادن ویژگی های خاص و مورد نیاز (سختی، مقاومت در برابر سایش، استحکام و موارد دیگر) به آنها ببخشد.

در نتیجه عملیات حرارتی، خواص آلیاژها را می توان در محدوده وسیعی تغییر داد. امکان افزایش قابل توجه خواص مکانیکی پس از عملیات حرارتی نسبت به حالت اولیه، افزایش تنش های مجاز، کاهش اندازه و وزن ماشین آلات و مکانیزم ها و افزایش قابلیت اطمینان و عمر مفید محصولات را ممکن می سازد. بهبود خواص در نتیجه عملیات حرارتی امکان استفاده از آلیاژهایی با ترکیبات ساده تر و در نتیجه ارزان تر را فراهم می کند. آلیاژها نیز خواص جدیدی به دست می آورند و بنابراین دامنه کاربرد آنها گسترش می یابد.

هدف و انواع عملیات حرارتی

عملیات حرارتی (حرارتی) به فرآیندهایی اطلاق می شود که جوهر آنها گرم کردن و خنک کردن محصولات بر اساس حالت های خاص است که منجر به تغییر در ساختار، ترکیب فاز، خواص مکانیکی و فیزیکی مواد، بدون تغییر ترکیب شیمیایی می شود.

هدف از عملیات حرارتی فلزات به دست آوردن سختی مورد نیاز و بهبود خصوصیات مقاومتی فلزات و آلیاژها می باشد. عملیات حرارتی به دو دسته حرارتی، حرارتی مکانیکی و شیمیایی-حرارتی تقسیم می شود. عملیات حرارتی فقط قرار گرفتن در معرض حرارتی است، ترمومکانیکی ترکیبی از قرار گرفتن در معرض حرارتی و تغییر شکل پلاستیکی است، شیمیایی-حرارتی ترکیبی از قرار گرفتن در معرض حرارتی و شیمیایی است. عملیات حرارتی، بسته به حالت ساختاری به دست آمده در نتیجه کاربرد آن، به بازپخت (نوع اول و دوم)، سخت شدن و تمپر تقسیم می شود.

آنیل کردن

بازپخت کردن -عملیات حرارتی عبارت است از گرم کردن فلز تا دمای معین، نگه داشتن آن و سپس خنک کردن بسیار آهسته آن همراه با کوره. برای بهبود برش فلز، کاهش سختی، به دست آوردن ساختار دانه و همچنین برای کاهش تنش، تمام انواع ناهمگونی هایی را که در طول عملیات قبلی (ماشینکاری، عملیات تحت فشار، ریخته گری، جوشکاری) وارد فلز شده بودند، به طور جزئی (یا کامل) از بین می برد. ساختار فولاد را بهبود می بخشد.

بازپخت از نوع اول. این بازپختی است که در آن هیچ تغییر فازی رخ نمی دهد و در صورت وقوع، بر نتایج نهایی در نظر گرفته شده برای هدف مورد نظر تأثیر نمی گذارد. انواع زیر از بازپخت از نوع اول متمایز می شود: همگن سازی و تبلور مجدد.

یکسان سازی- این بازپخت با قرار گرفتن در معرض طولانی در دمای بالاتر از 950 درجه سانتیگراد (معمولاً 1100-1200 درجه سانتیگراد) به منظور یکسان سازی ترکیب شیمیایی است.

تبلور مجدد- این آنیل کردن فولاد سخت شده در دمایی بیش از دمایی است که در آن تبلور مجدد شروع می شود، به منظور حذف سخت شدن و به دست آوردن اندازه دانه مشخص.

بازپخت از نوع دوم. این بازپخت است، که در آن تبدیل فاز هدف مورد نظر آن را تعیین می کند. انواع زیر متمایز می شوند: کامل، ناقص، انتشار، همدما، سبک، نرمال شده (نرمال سازی)، کروی (برای پرلیت دانه ای).

بازپخت کاملتولید شده با حرارت دادن فولاد 30 تا 50 درجه سانتیگراد بالاتر از نقطه بحرانی، نگهداری در این دما و خنک شدن آهسته تا 400 تا 500 درجه سانتیگراد با سرعت 200 درجه سانتیگراد در ساعت برای فولادهای کربنی، 100 درجه سانتیگراد در ساعت برای فولادهای کم آلیاژ. و 50 درجه سانتیگراد در ساعت برای فولادهای پر آلیاژ. ساختار فولاد پس از بازپخت متعادل و پایدار است.

بازپخت جزئیتولید شده با حرارت دادن فولاد به یکی از دماهای واقع در محدوده تبدیل، نگهداری و سرد شدن آهسته. بازپخت جزئی برای کاهش تنش های داخلی، کاهش سختی و بهبود قابلیت ماشین کاری استفاده می شود.

بازپخت انتشار. این فلز تا دمای 1100-1200 درجه سانتیگراد گرم می شود، زیرا در این حالت فرآیندهای انتشار لازم برای یکسان سازی ترکیب شیمیایی به طور کامل انجام می شود.

آنیل همدمابه شرح زیر است: فولاد گرم می شود و سپس به سرعت سرد می شود (معمولاً با انتقال آن به کوره دیگر) تا دمایی کمتر از دمای بحرانی 50-100 درجه سانتیگراد. عمدتا برای فولادهای آلیاژی استفاده می شود. از نظر اقتصادی مفید است، زیرا مدت زمان آنیل معمولی (13-15) ساعت و بازپخت همدما (4-6) ساعت است.

آنیلینگ کروی (روی پرلیت دانه ای) متشکل از گرم کردن فولاد بالاتر از دمای بحرانی 20 تا 30 درجه سانتیگراد، نگه داشتن آن در این دما و سرد شدن آهسته است.

بازپخت روشنبا توجه به حالت های آنیل کامل یا ناقص با استفاده از اتمسفرهای محافظ یا در کوره هایی با خلاء جزئی انجام می شود. برای محافظت از سطح فلز در برابر اکسیداسیون و کربن زدایی استفاده می شود.

عادی سازی- شامل حرارت دادن فلز تا دمای (30 تا 50) درجه سانتیگراد بالاتر از نقطه بحرانی و خنک شدن متعاقب آن در هوا است. هدف نرمال سازی بسته به ترکیب فولاد متفاوت است. به جای آنیل، فولادهای کم کربن نرمال می شوند. برای فولادهای با کربن متوسط، نرمالیزاسیون به جای کوئنچ و تمپر بالا استفاده می شود. فولادهای پر کربن به منظور حذف شبکه سمنتیت در معرض نرمال سازی قرار می گیرند. برای اصلاح ساختار فولادهای آلیاژی به جای بازپخت از نرمال سازی و به دنبال آن تلطیف بالا استفاده می شود. نرمال سازی، در مقایسه با بازپخت، عملیات اقتصادی تری است، زیرا نیازی به خنک سازی با کوره ندارد.

سخت شدن

سخت شدن- این گرمایش تا دمای بهینه، نگهداری و متعاقباً خنک‌سازی سریع به منظور به دست آوردن ساختار غیرتعادلی است.

در نتیجه سخت شدن، استحکام و سختی فولاد افزایش می یابد و شکل پذیری فولاد کاهش می یابد. پارامترهای اصلی در طول سخت شدن، دمای گرمایش و سرعت سرمایش است. نرخ بحرانی کوئنچ سرعت خنک‌سازی است که تشکیل یک ساختار - مارتنزیت یا مارتنزیت و آستنیت باقی‌مانده را تضمین می‌کند.

بسته به شکل قطعه، عیار فولاد و مجموعه خواص مورد نیاز، از روش‌های سخت‌کاری مختلفی استفاده می‌شود.

کوئنچ در یک کولر. قسمت تا دمای سخت شدن گرم می شود و در یک کولر (آب، روغن) خنک می شود.

سخت شدن در دو محیط (سختی متناوب)- این سخت شدن است که در آن قطعه به طور متوالی در دو محیط خنک می شود: محیط اول خنک کننده (آب)، دومی هوا یا روغن.

مرحله سخت شدن. قسمتی که تا دمای کوئنچ گرم می شود در نمک های مذاب سرد می شود؛ پس از نگه داشتن مدت زمان لازم برای یکسان سازی دما در کل مقطع، قسمت در هوا خنک می شود که به کاهش تنش های خاموش کننده کمک می کند.

سخت شدن ایزوترمالدرست مانند پلکانی در دو محیط خنک کننده تولید می شود. دمای محیط داغ (حمام نمک، نیترات یا قلیایی) متفاوت است: به ترکیب شیمیایی فولاد بستگی دارد، اما همیشه 20 تا 100 درجه سانتیگراد بالاتر از نقطه تبدیل مارتنزیتی برای یک فولاد معین است. خنک سازی نهایی تا دمای اتاق در هوا انجام می شود. سخت شدن همدما به طور گسترده ای برای قطعات ساخته شده از فولادهای پر آلیاژ استفاده می شود. پس از سخت شدن همدما، فولاد خواص استحکام بالایی پیدا می کند، یعنی ترکیبی از چقرمگی و استحکام بالا.

سفت شدن با خود تلطیفبه طور گسترده ای در تولید ابزار استفاده می شود. فرآیند به این صورت است که قطعات نه تا زمانی که کاملاً خنک شوند در یک محیط خنک کننده نگهداری می شوند، بلکه در یک لحظه معین از آن خارج می شوند تا مقدار معینی گرما را در هسته قطعه حفظ کنند. که تلطیف بعدی انجام می شود.

تعطیلات

تعطیلاتفولاد آخرین عملیات عملیات حرارتی است که ساختار و در نتیجه خواص فولاد را تشکیل می دهد. تمپر شامل گرم کردن فولاد در دماهای مختلف (بسته به نوع تلطیف، اما همیشه زیر نقطه بحرانی)، نگه داشتن آن در این دما و سرد کردن با سرعت های مختلف است. هدف از تلطیف کاهش تنش های داخلی ناشی از فرآیند سخت شدن و به دست آوردن ساختار لازم است.

بسته به دمای گرمایش قسمت سخت شده، سه نوع تمپر متمایز می شود: زیاد، متوسط ​​و کم.

تعطیلات بالاتولید شده در دمای بالای 350-600 درجه سانتیگراد، اما زیر نقطه بحرانی. چنین تلطیف برای فولادهای ساختاری استفاده می شود.

میانگین تعطیلاتتولید شده در دمای حرارت 350 تا 500 درجه سانتیگراد؛ چنین تمپر به طور گسترده ای برای فولادهای فنری و فنری استفاده می شود.

تعطیلات کمدر دمای 150 تا 250 درجه سانتیگراد تولید می شود. سختی قطعه پس از سخت شدن تقریباً بدون تغییر باقی می ماند. برای فولادهای ابزار آلیاژی و کربنی استفاده می شود که به سختی و مقاومت در برابر سایش بالا نیاز دارند.

کنترل تمپر بوسیله رنگ های کدر که روی سطح قطعه ظاهر می شوند انجام می شود.

سالخورده

سالخوردهفرآیند تغییر خواص آلیاژها بدون تغییرات قابل توجه در ریزساختار است. دو نوع پیری شناخته شده است: حرارتی و تغییر شکل.

پیری حرارتیدر نتیجه تغییر در حلالیت کربن در آهن بسته به دما رخ می دهد.

اگر تغییر در سختی، شکل پذیری و استحکام در دمای اتاق اتفاق بیفتد، چنین پیری نامیده می شود طبیعی

اگر این فرآیند در دماهای بالا رخ دهد، پیری نامیده می شود ساختگی.

تغییر شکل (مکانیکی) پیریپس از تغییر شکل پلاستیک سرد رخ می دهد.

درمان سرماخوردگی

نوع جدیدی از عملیات حرارتی برای افزایش سختی فولاد با تبدیل آستنیت حفظ شده فولاد سخت شده به مارتنزیت. این کار با خنک کردن فولاد تا دمای نقطه مارتنزیتی پایین انجام می شود.

روش های سخت کاری سطحی

سخت شدن سطحیک فرآیند عملیات حرارتی است که شامل حرارت دادن لایه سطحی فولاد تا دمای بالاتر از بحرانی و خنک‌سازی بعدی به منظور به دست آوردن ساختار مارتنزیت در لایه سطحی است.

انواع زیر متمایز می شوند: سخت شدن القایی. سخت شدن در الکترولیت، سخت شدن هنگام گرم شدن با جریان های فرکانس بالا (HF)، سخت شدن با گرمایش با شعله گاز.

سخت شدن القاییبر اساس یک پدیده فیزیکی است که ماهیت آن این است که یک جریان الکتریکی با فرکانس بالا که از یک هادی عبور می کند یک میدان الکترومغناطیسی در اطراف آن ایجاد می کند. جریان های گردابی بر روی سطح قطعه ای که در این میدان قرار داده شده القا می شود و باعث گرم شدن فلز تا دمای بالا می شود. این باعث می شود که تبدیل فاز رخ دهد.

سخت شدن القایی بسته به روش گرمایش به سه نوع تقسیم می شود:

گرمایش و سخت شدن همزمان کل سطح (برای قطعات کوچک استفاده می شود).

گرمایش متوالی و سخت شدن بخش های جداگانه (مورد استفاده برای میل لنگ و قطعات مشابه)؛

حرارت دادن و خاموش کردن متوالی با حرکت (برای قطعات طولانی استفاده می شود).

سخت شدن شعله گاز.فرآیند سخت شدن با شعله گاز عبارت است از گرم کردن سریع سطح یک قطعه با شعله استیلن-اکسیژن، گاز-اکسیژن یا اکسیژن-نفت سفید تا دمای سخت شدن و به دنبال آن خنک شدن با آب یا امولسیون.

کوئنچ در الکترولیتفرآیند سخت شدن در یک الکترولیت به این صورت است: قسمتی که باید سخت شود در یک حمام الکترولیت (محلول 5-10٪ نمک کلسینه) پایین می آید و جریانی 220-250 ولت از آن عبور می کند. قسمت تا دمای بالا گرم می شود. این قطعه یا در همان الکترولیت (پس از قطع جریان) یا در یک مخزن کوئنچ مخصوص خنک می شود.

عملیات حرارتی مکانیکی

پردازش حرارتی مکانیکی (T.M.O.) یک روش جدید برای تقویت فلزات و آلیاژها با حفظ شکل پذیری کافی، ترکیب تغییر شکل پلاستیک و تقویت عملیات حرارتی (سخت کردن و تمپر) است. سه روش اصلی برای پردازش ترمومکانیکی وجود دارد.

عملیات حرارتی مکانیکی با دمای پایین (L.T.M.O.)بر اساس سخت شدن مرحله ای است، یعنی تغییر شکل پلاستیک فولاد در دمای پایداری نسبی آستنیت و به دنبال آن سخت شدن و تمپر انجام می شود.

عملیات حرارتی مکانیکی با دمای بالا (H.T.M.O.)تغییر شکل پلاستیک در دمای پایداری آستنیت و به دنبال آن خاموش شدن و تمپر انجام می شود.

عملیات ترمومکانیکی اولیه (P.T.M.O.)تغییر شکل در این حالت می تواند در دماهای N.T.M.O و V.T.M.O یا در دمای 20 درجه سانتیگراد انجام شود. در مرحله بعد، عملیات حرارتی معمول انجام می شود: سخت شدن و تمپر کردن.

عملیات حرارتی آلیاژها بخشی جدایی ناپذیر از فرآیند تولید متالورژی آهنی و غیرآهنی است. در نتیجه این روش، فلزات می توانند ویژگی های خود را به مقادیر مورد نیاز تغییر دهند. در این مقاله انواع اصلی عملیات حرارتی مورد استفاده در صنعت مدرن را بررسی خواهیم کرد.

ماهیت عملیات حرارتی

در طی فرآیند تولید، محصولات نیمه تمام و قطعات فلزی تحت عملیات حرارتی قرار می گیرند تا خواص مورد نظر (استحکام، مقاومت در برابر خوردگی و سایش و غیره) به آنها داده شود. عملیات حرارتی آلیاژها مجموعه ای از فرآیندهای ایجاد شده مصنوعی است که طی آن تغییرات ساختاری و فیزیکی-مکانیکی در آلیاژها تحت تأثیر دمای بالا رخ می دهد، اما ترکیب شیمیایی ماده حفظ می شود.

هدف از عملیات حرارتی

محصولات فلزی که روزانه در هر بخش از اقتصاد ملی مورد استفاده قرار می گیرند باید الزامات مقاومت در برابر سایش بالا را داشته باشند. فلز به عنوان یک ماده خام نیاز به افزایش خواص عملکردی لازم دارد که با قرار دادن آن در دمای بالا می توان به آن دست یافت. دمای بالای حرارتی ساختار اصلی یک ماده را تغییر می دهد، اجزای تشکیل دهنده آن را دوباره توزیع می کند و اندازه و شکل کریستال ها را تغییر می دهد. همه اینها منجر به به حداقل رساندن تنش داخلی فلز و در نتیجه افزایش خواص فیزیکی و مکانیکی آن می شود.

انواع عملیات حرارتی

عملیات حرارتی آلیاژهای فلزی به سه فرآیند ساده خلاصه می شود: حرارت دادن مواد خام (محصول نیمه تمام) تا دمای مورد نیاز، نگهداری آن در شرایط مشخص شده برای زمان مورد نیاز و سرد شدن سریع. در تولید مدرن، از چندین نوع عملیات حرارتی استفاده می شود که در برخی ویژگی های تکنولوژیکی متفاوت است، اما الگوریتم فرآیند به طور کلی در همه جا یکسان است.

بسته به روش اجرا، عملیات حرارتی می تواند از انواع زیر باشد:

• حرارتی (سختی، تلطیف، بازپخت، پیری، درمان برودتی).
• ترمو مکانیکی شامل پردازش در دماهای بالا در ترکیب با تنش مکانیکی روی آلیاژ است.
• شیمیایی-حرارتی شامل عملیات حرارتی فلز با غنی سازی بعدی سطح محصول با عناصر شیمیایی (کربن، نیتروژن، کروم و غیره) است.

آنیل کردن

بازپخت یک فرآیند تولید است که در آن فلزات و آلیاژها تا دمای معینی گرم می شوند و سپس همراه با کوره ای که این روش در آن انجام شده است، به آرامی به طور طبیعی سرد می شوند. در نتیجه بازپخت، می توان ناهمگنی ها را در ترکیب شیمیایی ماده از بین برد، تنش داخلی را کاهش داد، به ساختار دانه ای دست یافت و آن را بهبود بخشید، همچنین سختی آلیاژ را برای تسهیل پردازش بیشتر آن کاهش داد. دو نوع از نوع اول و دوم وجود دارد.

بازپخت نوع اول شامل عملیات حرارتی است که در نتیجه تغییرات در حالت فاز آلیاژ ناچیز است یا اصلاً وجود ندارد. همچنین انواع خاص خود را دارد: هموژن - دمای بازپخت 1100-1200 است، در چنین شرایطی آلیاژها به مدت 8-15 ساعت نگه داشته می شوند، بازپخت مجدد (در t 100-200) برای فولاد پرچ شده استفاده می شود، یعنی زمانی که تغییر شکل می دهد. از قبل سرد است

آنیل مرتبه دوم منجر به تغییرات فاز قابل توجهی در آلیاژ می شود. همچنین دارای چندین گونه است:

• بازپخت کامل عبارت است از گرم کردن آلیاژ 30 تا 50 بالاتر از مشخصه دمای بحرانی یک ماده و خنک کردن با سرعت مشخص (به ترتیب 200 در ساعت - فولادهای کربنی، 100 در ساعت و 50 / ساعت - فولادهای کم آلیاژ و پر آلیاژ. ).
• ناقص - گرمایش تا نقطه بحرانی و خنک کننده کند.
• انتشار - دمای بازپخت 1100-1200.
• همدما - گرمایش به همان روشی که در زمان بازپخت کامل اتفاق می‌افتد، رخ می‌دهد، اما پس از آن، خنک‌سازی سریع تا دمای کمی کمتر از حد بحرانی انجام می‌شود و در هوا خنک می‌شود.
• نرمال شده - بازپخت کامل و به دنبال آن سرد شدن فلز در هوا به جای کوره.

سخت شدن

سخت شدن دستکاری با یک آلیاژ است که هدف از آن دستیابی به تبدیل مارتنزیتی فلز است که باعث کاهش شکل پذیری محصول و افزایش استحکام آن می شود. سخت شدن، و همچنین بازپخت، شامل حرارت دادن فلز در یک کوره بالاتر از دمای بحرانی تا دمای سخت شدن است؛ تفاوت در سرعت سرد شدن بالاتر است که در حمام مایع رخ می دهد. بسته به فلز و حتی شکل آن، انواع مختلفی از سخت شدن استفاده می شود:

• کوئنچ در یک محیط، یعنی در یک حمام با مایع (آب برای قطعات بزرگ، روغن برای قطعات کوچک).
• خاموش کردن متناوب - خنک سازی در دو مرحله متوالی انجام می شود: ابتدا در یک مایع (یک خنک کننده تیزتر) تا دمای تقریباً 300، سپس در هوا یا در حمام روغن دیگری.
• پله ای - هنگامی که محصول به دمای سخت شدن رسید، مدتی در نمک های مذاب خنک می شود و سپس در هوا خنک می شود.
• ایزوترمال - این فناوری بسیار شبیه به سخت شدن مرحله ای است و فقط در زمان قرار گرفتن در معرض محصول در دمای تبدیل مارتنزیتی متفاوت است.
• کوئنچ با خود تلطیف با انواع دیگر متفاوت است، زیرا فلز گرم شده کاملاً خنک نمی شود و یک ناحیه گرم در وسط قطعه باقی می ماند. در نتیجه این دستکاری، محصول دارای خواص افزایش استحکام در سطح و ویسکوزیته بالا در وسط است. این ترکیب برای سازهای کوبه ای (چکش، اسکنه و ...) بسیار ضروری است.

تعطیلات

تمپر کردن مرحله نهایی عملیات حرارتی آلیاژها است که ساختار نهایی فلز را تعیین می کند. هدف اصلی از تمپر کردن، کاهش شکنندگی محصول فلزی است. اصل این است که قطعه را تا دمای زیر بحرانی گرم کنید و آن را خنک کنید. از آنجایی که حالت‌های عملیات حرارتی و سرعت خنک‌سازی محصولات فلزی برای اهداف مختلف ممکن است متفاوت باشد، سه نوع تمپر وجود دارد:

• دمای گرمایش بالا از 350-600 تا مقداری زیر بحرانی. این روش اغلب برای سازه های فلزی استفاده می شود.
• متوسط ​​- عملیات حرارتی در t 350-500، معمول برای محصولات بهاره و فنرهای برگ.
• کم - دمای گرمایش محصول بالاتر از 250 نیست که به شما امکان می دهد به استحکام و مقاومت بالای قطعات دست پیدا کنید.

سالخورده

پیری یک عملیات حرارتی آلیاژها است که باعث تجزیه فلز فوق اشباع پس از سخت شدن می شود. نتیجه کهنه شدن، افزایش محدودیت سختی، سیالیت و استحکام محصول نهایی است. نه تنها چدن، بلکه آلیاژهای آلومینیومی که به راحتی قابل تغییر شکل هستند نیز دچار پیری می شوند. اگر یک محصول فلزی در معرض سخت شدن در دمای معمولی نگهداری شود، فرآیندهایی در آن رخ می دهد که منجر به افزایش خود به خودی در استحکام و کاهش شکل پذیری می شود. به این حالت طبیعی می گویند، اگر همین دستکاری در شرایط دمای بالا انجام شود، پیری مصنوعی نامیده می شود.

درمان برودتی

تغییرات در ساختار آلیاژها، و در نتیجه خواص آنها، نه تنها در دماهای بالا، بلکه در دمای بسیار پایین نیز قابل دستیابی است. عملیات حرارتی آلیاژها در دمای زیر صفر را برودتی می گویند. این فناوری به طور گسترده در بخش های مختلف اقتصاد ملی به عنوان مکمل عملیات حرارتی با دمای بالا استفاده می شود، زیرا می تواند هزینه های سخت شدن حرارتی محصولات را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

پردازش برودتی آلیاژها در t -196 در یک پردازنده برودتی ویژه انجام می شود. این فناوری می تواند طول عمر قطعه تحت درمان و خواص ضد خوردگی را به میزان قابل توجهی افزایش دهد و همچنین نیاز به درمان های مکرر را از بین ببرد.

عملیات حرارتی مکانیکی

یک روش جدید برای پردازش آلیاژها ترکیبی از پردازش فلزات در دماهای بالا با تغییر شکل مکانیکی محصولات در حالت پلاستیک است. عملیات حرارتی مکانیکی (TMT) با توجه به روش اجرا می تواند سه نوع باشد:

• TMT دمای پایین شامل دو مرحله است: تغییر شکل پلاستیک و به دنبال آن سخت شدن و تمپر قطعه. تفاوت اصلی با سایر انواع TMT دمای حرارت دادن به حالت آستنیتی آلیاژ است.
• TMT در دمای بالا شامل حرارت دادن آلیاژ به حالت مارتنزیتی در ترکیب با تغییر شکل پلاستیک است.
• تغییر شکل اولیه در t 20 به دنبال سخت شدن و تلطیف فلز انجام می شود.

عملیات شیمیایی- حرارتی

همچنین می توان ساختار و خواص آلیاژها را با استفاده از عملیات شیمیایی- حرارتی که ترکیبی از اثرات حرارتی و شیمیایی روی فلزات است، تغییر داد. هدف نهایی این روش، علاوه بر افزایش استحکام، سختی و مقاومت در برابر سایش به محصول، ایجاد مقاومت اسیدی و مقاومت در برابر آتش نیز به قطعه است. این گروه شامل انواع عملیات حرارتی زیر است:

• سیمان کاری برای دادن استحکام بیشتر به سطح محصول انجام می شود. ماهیت این روش این است که فلز را با کربن اشباع کنید. سیمان کاری را می توان به دو صورت کربوریزاسیون جامد و گازی انجام داد. در حالت اول، ماده در حال فرآوری به همراه زغال سنگ و فعال کننده آن در کوره قرار می گیرد و تا دمای معینی گرم می شود و به دنبال آن در این محیط نگهداری می شود و خنک می شود. در مورد کربوریزاسیون گاز، محصول در یک کوره تا 900 تحت جریان مداوم گاز حاوی کربن گرم می شود.
• نیتریدینگ یک عملیات شیمیایی- حرارتی محصولات فلزی با اشباع سطح آنها در محیط های نیتروژن است. نتیجه این روش افزایش مقاومت کششی قطعه و افزایش مقاومت در برابر خوردگی آن است.
• سیانیداسیون اشباع فلز با نیتروژن و کربن است. محیط می تواند مایع (نمک های مذاب حاوی کربن و نیتروژن) و گازی باشد.
• متالیزاسیون انتشار یک روش مدرن برای ایجاد مقاومت حرارتی، مقاومت در برابر اسید و مقاومت در برابر سایش به محصولات فلزی است. سطح چنین آلیاژهایی با فلزات مختلف (آلومینیوم، کروم) و متالوئیدها (سیلیکون، بور) اشباع شده است.

ویژگی های عملیات حرارتی چدن

آلیاژهای چدن با استفاده از تکنولوژی کمی متفاوت از آلیاژهای فلزات غیرآهنی تحت عملیات حرارتی قرار می گیرند. چدن (خاکستری، با استحکام بالا، آلیاژی) تحت انواع عملیات حرارتی زیر قرار می گیرد: بازپخت (در t 500-650 -)، نرمال شدن، سخت شدن (پیوسته، همدما، سطح)، تلطیف، نیتریدینگ (چدن خاکستری)، آلومینیوم سازی. (چدن پرلیت)، آبکاری کروم. در نتیجه، تمام این روش ها به طور قابل توجهی خواص محصولات چدنی نهایی را بهبود می بخشد: آنها عمر مفید را افزایش می دهند، احتمال ترک در حین استفاده از محصول را از بین می برند و استحکام و مقاومت حرارتی چدن را افزایش می دهند.

عملیات حرارتی آلیاژهای غیر آهنی

فلزات و آلیاژهای غیرآهنی خواص متفاوتی دارند و به همین دلیل با استفاده از روش‌های مختلف پردازش می‌شوند. بنابراین، آلیاژهای مس برای یکسان سازی ترکیب شیمیایی تحت تبلور مجدد آنیل می شوند. برای برنج، فناوری بازپخت در دمای پایین (200-300) ارائه شده است، زیرا این آلیاژ مستعد ترک‌خوردگی خود به خود در یک محیط مرطوب است. برنز در دمای تا 550 در معرض همگن شدن و بازپخت قرار می گیرد. منیزیم آنیل، سخت شده و در معرض پیری مصنوعی قرار می گیرد (پیری طبیعی برای منیزیم سخت شده رخ نمی دهد). آلومینیوم، مانند منیزیم، تحت سه روش عملیات حرارتی قرار می گیرد: بازپخت، سخت شدن و پیری که پس از آن ماده تغییر شکل یافته استحکام آن را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. فرآوری آلیاژهای تیتانیوم شامل: سخت شدن، پیری، نیتریدینگ و کربورسازی می باشد.

خلاصه

عملیات حرارتی فلزات و آلیاژها فرآیند تکنولوژیکی اصلی در متالورژی آهنی و غیرآهنی است. فن آوری های مدرن دارای انواع روش های عملیات حرارتی هستند که دستیابی به خواص مطلوب هر نوع آلیاژهای فرآوری شده را ممکن می سازد. هر فلز دمای بحرانی خود را دارد، به این معنی که عملیات حرارتی باید با در نظر گرفتن ویژگی‌های ساختاری و فیزیکوشیمیایی ماده انجام شود. در نهایت، این نه تنها به دستیابی به نتایج مورد نظر، بلکه به طور قابل توجهی فرآیندهای تولید را ساده می کند.