سخت کاری فولاد چیست و چه مراحلی دارد؟

سخت کاری فولاد به خاطر مزایایی که دارد امروزه در صنایع از اهمیت بالایی برخوردار است. از جمله موارد استفاده می‌توان به ابزارهای برشی، قطعات ماشین آلات و قطعات خودرو اشاره کرد. این فرایند مهم در صنعت متالورژی به بهبود خواص مکانیکی فولاد کمک می‌کند. به همین دلیل، اهمیت بالایی دارد. ما قصد داریم در ادامه بیشتر در مورد این فرایند با شما صحبت کنیم.

سخت کاری فولاد چیست؟

سخت کاری فولاد به فرایندی گفته می‌شود که برای افزایش سختی و استحکام فولاد در برابر خستگی و سایش انجام می‎‌دهند. بدین ترتیب که در ساختار میکروسکوپی فولاد تغییراتی ایجاد شده که این تغییرات به روش‎های متفاوتی عملی می‎شوند. فرایند گفته شده خواص مکانیکی فولاد را بهبود بخشیده و عمر مفید آن را افزایش می‌دهد.

 

 

روش‌های سخت کاری فولاد شامل حرارتی، سطحی و مکانیکی است. روش حرارتی اینگونه است که فولاد را گرم می‎کنند و به دمای خاص می‌رسانند و سپس سریعاً آن را سرد می‌کنند. سخت کاری سطحی هیچگونه تغییری در خواص داخلی فولاد به وجود نمی‌آورد و تنها روی خواص سطحی تمرکز دارد. سخت کاری مکانیکی هم به این صورت است که شکل مکانیکی فولاد تغییر می‌کند.

بیشتر بخوانید: عوامل موثر بر قیمت فولاد

آشنایی با انواع سخت کاری فولاد

سخت کاری فرایند مهمی در حوز فولاد است. معمولاً دو نوع روش وجود دارد که این دو نوع عبارتنداز:

1️⃣ ترموشیمی

یکی از انواع سخت کاری فولاد ترموشیمی فولاد است. در این نوع تغییرات انرژی و حرارت مورد مطالعه قرار می‌گیرند. اگر بخواهیم به جنبه‌های اصلی ترموشیمی فولاد اشاره کنیم در ابتدا ساختار فولاد نظر ما را به خود جلب می‌کند. فولاد از آهن و کربن ساخته شده ولی از وجود عناصری مانند نیکل و کروم هم بی بهره نیست.

 

 

ویژگی‌های حرارتی و مکانیکی فولاد به ساختار کریستالی آن اشاره می‌کند. آنیلینگ و کربن‌سازی فرایندهای حرارتی را تشکیل می‌دهند. اکسیدهای آهن هم زمانی که کاهش پیدا می‌کنند واکنش‎های شیمیایی رخ می‌دهند. قانون‌های ترمودینامیک را هم نمی‌توان نادیده گرفت. تغییرات انرژی آزاد گیبس را می‌توان نام برد.

تاثیر دما را روی خواص فولاد را هم باید در این نوع  عملیات نادیده گرفت. در پایان مدل سازی و شبیه سازی هم کمک می‎کند تا مهندسین بتوانند در این نوع سخت کاری شرایط را به خوبی ارزیابی کنند.

بیشتر بخوانید: راهنمای جامع خرید فولاد

2️⃣ موضعی

سخت کردن فولاد به صورت موضعی به این صورت است که تنها نقاط خاصی از یک قطعه فولادی تحت تأثیر حرارت قرار می‌گیرند. دو روش برای این نوع سخت کاری وجود دارد که در ادامه به صورت اجمالی توضیح خواهیم داد.

✅ سخت کردن القایی

این فرایند حرارتی هم در سخت کاری انواع فولاد جای می‌گیرد. با این نوع سخت کاری مقاومت سایش فولاد و سختی آن افزایش پیدا می‌کند. در صنایعی مانند خودروسازی از این نوع بسیار استفاده می‌کنند. سخت کردن القایی براساس الکترومغناطیس عمل می‎کند. یعنی جریان الکتریکی با استفاده از کویل عبور پیدا می‌کند و یک میدان مغناطیسی به وجود می‎آید. سختی بالا، سختی موضعی، سرعت بالا و پایین آمدن تغییرات ابعادی از جمله مزایای سخت کردن القایی به شمار می‌آیند.

 

 

✅ سخت کردن شعله ای

سخت کردن شعله‌ای هم از دیگر روش‌های حرارتی بوده که سختی فولاد را تضمین می‌کند. فولاد سخت کاری شده با این نوع به این صورت است که با استفاده از شعله گاز سطح فولاد به شکل موضعی گرم شده و به همین دلیل، دما افزایش یافته؛ ولی به حدی که فولاد به فاز آستنیته تبدیل شده و سپس با ماده‎ای ختک کننده سریعاً سرد می‌شود. قابلیت تنظیم، سختی موضعی، سرعت بالا و سختی بالا از مزایای سخت کردن شعله‌ای فولاد هستند.

بیشتر بخوانید: چگالی آهن بیشتر است یا فولاد

مراحل سخت کاری فولاد

مراحل خاصی برای سخت کاری انواع فولاد وجود دارد که هر کدام از این مراحل حساسی خاص خود را دارند. مراحل مهمی که می‌توانیم نام ببریم شامل:

➕ حرارت دهی

این مرحله یکی از مراحل سخت کاری فولاد است که کلیدی بوده و خواص مکانیکی را بهبود می‌بخشد. در این مرحله ساختار میکروسکوپی فولاد تغییر پیدا کرده و مقاومت فولاد افزایش پیدا می‌کند. در این مرحله فولاد تا دمای معینی گرم می‌شود که از فرایندهایی نظیر آستنیته کردن، سرد کردن و هدف استفاده می‌شود. وابسته به نوع فولاد و همچنین درصد کربن دما متفاوت است. ضخامت و نوع فولاد هم مشخص می‌کند که چقدر زمان برای آستنیته کردن لازم است. حرارت دهی مناسب سختی را افزایش داده و به انعطاف‌پذیری فولاد کمک می‌کند.

 

 

➕ نگهداری دما

یک سری مجموعه اقداماتی وجود دارد گه نگهداری فولاد را در سخت کاری فولاد به مرحله‎ای مهم تبدیل کرده است. در طی فرایند سخت کاری نگهداری به صورت مناسب کیفیت نهایی قطعه را تضمین کرده و اینچنین هزینه‎های تولید پایین می‎آیند. آماده‌سازی سطح، حرارت دهی، سرد کردن و تمپر کردن مراحل نگهداری فولاد را شامل می‌شوند.

➕ خنک کاری

در سخت کاری فولاد مرحله‌ای به نام خنک کاری وجود دارد که روی خواص نهایی فولاد تأثیر می‌گذارد. در این مرحله دما کاهش پیدا کرده و می‌توان گفت بعد از آستنیته کردن این مرحله به تبدیل ساختار آستنیته به مارتنزیت کمک می‌کند. خنک کاری با آب، روغن، هوا و مایعاتی خاص از جمله روش‌های خنک کاری به حساب می‌آیند. کنترل دما، انتخاب مایع خنک کننده و زمان خنک کاری از جمله نکات مهم در این مرحله هستند.

بیشتر بخوانید: خم کاری فولاد چیست و چگونه انجام می شود؟

مزایای سخت کاری فولاد

یکی از ابزارهای مهم در صنایع مهم که با فولاد سروکار دارند، جدول سخت کاری فولاد است. با این جدول مهندسین می‌توانند مشخص کنند که از چه روش و زمانی برای سخت کاری انواع فولاد می‌توانند استفاده کنند. مزایای سخت کاری که برای فولاد در نظر گرفته شده است عبارتنداز:

• افزایش سختی
• مقاومت در برابر سایش
• افزایش مقاومت در برابر خستگی
• بهبود خواص مکانیکی
• کاهش هزینه‌های نگهداری
• توانایی طراحی قطعات با ابعاد کوچک‌تر
• تنوع در انتخاب مواد اولیه
• امکان بهینه‌سازی خواص
• کاهش شکنندگی

 

 

معایب سخت کاری فولاد

آشنایی با آموزش سخت کاری فولاد بسیار مقوله مهمی است. به این دلیل که در آموزش به این آگاهی می‌رسید که علاوه بر مزایا، سخت کاری انواع فولاد معایبی هم می‌تواند به همراه داشته باشد. از جمله این معایب شامل:

• افزایش شکنندگی
• ایجاد تنش‌های داخلی در فولاد
• کاهش انعطاف‌پذیری
• کنترل دقیق دما
• ایجاد هزینه‌های اضافی
• محدودیت در انتخاب مواد
• خنک کاری نادرست
• تغییرات ابعادی

بیشتر بخوانید: فولاد سبز چیست و چه اهمیتی دارد؟

نتیجه گیری

در مورد انواع روش‎های سخت کاری فولاد با شما صحبت کردیم. توجه داشته باشید که قیمت سخت کاری فولاد با نوع روش به کار رفته متفاوت است. سخت کاری برای فولاد به عنوان یک فرایند حرارتی، به بهبود خواص مکانیکی آن کمک می‌کند. مراحل سخت کاری بسیار حساس و کلیدی هستند و به همین دلیل، آموزش و آگاهی در این زمینه را باید بسیار جدی گرفت. امروزه سخت کاری انواع فولاد باعث افزایش سختی و مقاومت در برابر سایش شده و در برابر خستگی هم بسیار فولاد را مستحکم می‌کند. برای اینکه هزینه‎های نگهداری فولاد کاهش پیدا کنند. نباید سخت کاری را در زمینه فولاد نادیده بگیرید.