معتدل کردن چیست? | فرآیند, دما & تاثیرات روی فولاد

تمپرینگ یکی از اساسی‌ترین و در عین حال اشتباه‌گرفته‌شده‌ترین فرآیندهای عملیات حرارتی در تولید فلز است..

تقریباً هر جزء فولادی کوئنچ شده به عنوان یک عملیات ثانویه اجباری پس از خاموش شدن تحت تعدیل قرار می گیرد, با این حال بسیاری از مهندسان و تیم های تولید آن را به عنوان یک امر پیش پا افتاده در نظر می گیرند, مرحله استاندارد شده به جای یک فرآیند کنترل شده با دقت که استحکام نهایی را مشخص می کند, سختی, وضعیت استرس داخلی, و زندگی خدمت.

در عمل, خاموش کردن قفل در یک سخت, شکننده, ساختار مارتنزیتی مملو از تنش که از نظر عملکردی برای اکثر کاربردهای مهندسی غیرقابل استفاده است.

تلطیف - گرمایش با دقت کنترل شده در زیر دمای بحرانی تبدیل - ریزساختار را خاموش می کند تا تعادل دقیق سختی را ایجاد کند., سختی, ثبات ابعادی, و مقاومت در برابر خستگی برای سرویس مورد نیاز است.

بنابراین معمولاً در ساخت فولادهای ابزار از تمپر استفاده می شود, فولادهای قالبی, فولاد بهاری, اجزای تحمل, چرخ دنده ها, شفت ها, قطعات خودرو, قالب ها, و اجزای ماشین آلات ساختاری.

1. معتدل کردن چیست?

در متالورژی, معتدل کردن یک فرآیند عملیات حرارتی است که در آن یک آلیاژ آهنی که قبلاً سخت شده است دوباره تا دمایی گرم می شود. زیر دمای بحرانی پایین تر (A1), برای یک دوره مشخص برگزار می شود, و سپس تحت شرایط کنترل شده خنک می شود.

برای ساده-فولاد کربن, دمای یوتکتوئید مرتبط با خط A1 تقریباً است 727درجه سانتی گراد (1341درجه فارنهایت), اگرچه دماهای بحرانی واقعی با ترکیب شیمیایی متفاوت است.

تمپر در درجه اول پس از کوئنچ برای اصلاح ساختار مارتنزیتی خاموش شده اعمال می شود..

هدف اصلی کاهش شکنندگی و تنش پسماند با حفظ سطح مناسب سختی و استحکام است..

با انتخاب درجه حرارت و زمان نگهداری, تولید کنندگان می توانند تعادل بین سختی را تنظیم کنند, سختی, شکل پذیری, مقاومت در برابر سایش, و ثبات ابعادی.

اثرات اصلی تلطیف عبارتند از::

دمای تمپر با توجه به درجه فولاد و خواص نهایی مورد نظر انتخاب می شود.

الف دمای پایین ممکن است زمانی استفاده شود که سختی بالا باید حفظ شود, در حالی که درجه حرارت بالاتر معمولاً چقرمگی و شکل پذیری بیشتری با کاهش سختی مربوطه ایجاد می کند..

تمپر کردن نباید با آنیل اشتباه گرفته شود. بازپخت معمولاً برای نرم کردن فولاد و ارتقاء یک پایداری نسبتاً در نظر گرفته شده است, ریزساختار شکل پذیر, اغلب شامل گرمایش بالاتر از دمای تحول بحرانی و به دنبال آن خنک شدن آهسته است.

معتدل کردن, در مقابل, روی فولاد سخت شده اعمال می شود و در زیر محدوده تبدیل بحرانی برای اصلاح به جای حذف کامل شرایط سخت شده انجام می شود..

در ساخت فولاد عملی, بنابراین تعدیل به عنوان یک تنظیم کنترل شده ریزساختار ایجاد شده توسط خاموش کردن بهتر درک می شود.

هدف صرفاً نرم کردن فولاد سخت شده نیست, اما برای تبدیل یک ساختار بیش از حد شکننده به عنوان کوئنچ شده به ساختاری که ترکیب مهندسی مفیدتری از خواص را فراهم کند..

2. چرا معتدل کردن ضروری است: علم پشت فولاد خاموش

برای درک اعتدال, ابتدا باید فهمید که کوئنچینگ چه می کند.

هنگامی که فولاد به میدان فاز آستنیت گرم می شود - معمولاً بالای 800 تا 900 درجه سانتیگراد بسته به ترکیب - ساختار بلوری آن مکعبی می شود. (FCC).

آستنیت می تواند مقادیر قابل توجهی کربن را در خود حل کند. اگر فولاد به سرعت سرد شود, معمولا در آب, روغن, یا پلیمر, اتم های کربن زمان انتشار ندارند.

ساختار کریستالی تلاش می کند تا به مکعبی با مرکز بدن تبدیل شود (BCC) فریت, اما کربن به دام افتاده شبکه را به یک چهارضلعی در مرکز بدن تغییر می دهد (BCT) ساختار معروف به مارتنزیت.

مارتنزیت با:

• سختی بسیار بالا.
• قدرت تسلیم بالا.
• شکل پذیری و چقرمگی کم.
• تنش های پسماند بالا.
• تمایل به ترک خوردگی تاخیری.
• وجود آستنیت باقیمانده در بسیاری از آلیاژها.

در این حالت خاموش, فولاد اغلب برای استفاده عملی بسیار شکننده است. یک ابزار برش ممکن است تراشه کند. ممکن است شفت در حین مونتاژ ترک بخورد. دندان دنده ممکن است تحت بارگذاری ضربه ای شکسته شود.

تمپر کردن با اجازه دادن به انتشار کنترل شده و بازآرایی ریزساختاری این خطرات را کاهش می دهد.

بنابراین وجوب معتدل هم علمی و هم عملی است.

از نظر علمی, این اجازه می دهد تا فولاد با کاهش کرنش شبکه و رسوب کاربیدها به تعادل نزدیک شود.. عملاً, فولاد را قادر می سازد تا در شرایط خدماتی در دنیای واقعی زنده بماند.

3. محدوده های دمایی اصلی چیست؟?

دمای تمپرینگ یکی از مهمترین متغیرها در عملیات حرارتی فولاد است زیرا به طور مستقیم میزان تغییرات ریزساختاری پس از خاموش شدن را کنترل می کند..

با افزایش دمای تلطیف, انتشار کربن, بارش, بهبودی, و تبدیل آستنیت باقیمانده به طور کلی بارزتر می شود.

هیچ محدوده دمایی واحدی برای هر فولادی وجود ندارد.

درجه حرارت کم درجه حرارت

معمولاً زمانی که جزء باید سختی و مقاومت در برابر سایش بالایی داشته باشد و در عین حال شکنندگی مربوط به مارتنزیت تازه را کاهش دهد معمولاً از تلطیف دمای پایین استفاده می‌شود..

دمای معمولی تقریباً است 150-250 درجه سانتیگراد (300-480 درجه فارنهایت), اگرچه محدوده مناسب به فولاد بستگی دارد.

در این مرحله, کربن از مارتنزیت فوق اشباع شروع به توزیع مجدد می کند, فازهای کاربید ریز ممکن است ایجاد شود, و تنش های پسماند ناشی از کوئنچ کاهش می یابد.

کاهش سختی معمولاً در مقایسه با درجه حرارت بالاتر محدود است.

این درمان برای کاربردهایی مانند:

• ابزار برش
• بمیرد
• اجزای مقاوم در برابر سایش
• برخی از اجزای بلبرینگ
• ابزار با سختی بالا قطعات فولادی

مبادله این است که چقرمگی در مقایسه با متوسط ​​نسبتاً محدود است- یا شرایط معتدل با دمای بالا.

درجه حرارت متوسط

درجه حرارت متوسط, تقریبا 250-450 درجه سانتیگراد (480-840 درجه فارنهایت), تغییر بیشتری در ریزساختار خاموش شده ایجاد می کند.

بارش کاربید توسعه یافته تر می شود, مارتنزیت کمتر فوق اشباع می شود, و تنش های داخلی همچنان کاهش می یابد.

این منطقه زمانی می تواند مفید باشد که یک جزء نیاز به ترکیب متعادل تری از آن داشته باشد قدرت, سختی, سختی, و مقاومت در برابر سایش.

پاسخ دقیق به طور قابل توجهی در فولاد متفاوت است. برخی از فولادها نیز در محدوده دمایی خاصی پدیده شکنندگی مزاج را نشان می دهند, به این معنی که هم دمای تلطیف و هم روش خنک‌سازی بعدی ممکن است نیاز به توجه داشته باشند.

درجه حرارت بالا

معتدل کردن در دمای بالا معمولاً تقریباً انجام می شود 450-700 درجه سانتیگراد (840-1290 درجه فارنهایت), به شرطی که دما برای فولاد خاص و زیر محدوده تبدیل بحرانی مربوطه مناسب باشد.

در این دماها, ریزساختار تحت بازیابی بسیار گسترده‌تر و تکامل کاربید قرار می‌گیرد.

تنش های پسماند به میزان قابل توجهی کاهش می یابد, و مواد به طور کلی چقرمگی و شکل پذیری بسیار بالاتری نسبت به حالت خاموش یا کم مزاج دارند..

تلطیف در دمای بالا به طور گسترده با فولادهای سازه ای خاموش شده و گرم شده مرتبط است., فولاد آلیاژ, شفت ها, چرخ دنده ها, اجزای حاوی فشار, و قطعات ماشین آلات با بارهای سنگین.

یک تمایز بسیار مهم این است که تلطیف در دمای بالا لزوماً به معنای استحکام ضعیف نیست..

فولادهای آلیاژی و عملیات حرارتی مناسب می توانند تسلیم و استحکام کششی قابل توجهی را حفظ کنند و در عین حال مقاومت در برابر شکست بسیار بهتری به دست آورند..

سخت شدن ثانویه در حین تمپر

برخی از فولادهای ابزار بسیار آلیاژی رفتار متفاوتی دارند. به جای کاهش مداوم سختی با افزایش دمای تلطیف, ممکن است الف را نشان دهند اوج سخت شدن ثانویه, اغلب در محدوده معتدل بالاتر.

این در هنگام آلیاژ کردن عناصری مانند کروم رخ می دهد, مولیبدن, تنگستن, یا رسوب وانادیوم به صورت ریز, کاربیدهای آلیاژی پایدار.

این ذرات مانع حرکت دررفتگی می شوند و می توانند سختی را افزایش یا حفظ کنند.

سخت شدن ثانویه به ویژه برای فولادهای پرسرعت و فولادهای ابزار منتخب که برای سرویس در دمای بالا در نظر گرفته شده اند بسیار مهم است..

4. فرآیند تعدیل چیست؟?

فرآیند تمپرینگ یک چرخه حرارتی کنترل شده است که پس از سخت شدن یا عملیات دیگری که یک ریزساختار به اندازه کافی سخت شده ایجاد کرده است انجام می شود..

اگرچه این روش ساده به نظر می رسد, دستیابی به نتایج ثابت مستلزم کنترل دما است, زمان, یکنواختی کوره, در حال بارگذاری, خنک کننده, و وضعیت فولاد خاموش شده.

یک توالی تمپر صنعتی معمولی را می توان به صورت نمایش داد:

کوئنچ ← انتقال به تمپر ← گرمایش ← خیساندن ← سرمایش کنترل شده ← بازرسی

مرحله 1: فولاد را خاموش کنید

معتدل کردن معمولاً با یک جزء به درستی خاموش شده شروع می شود.

فولاد ابتدا آستنیته می شود و سپس به سرعت با سرعت کافی برای تولید ساختار سخت شده مورد نظر خنک می شود..

محیط خاموش کننده ممکن است شامل:

• روغن
• اب
• محلول پلیمری
• گاز تحت فشار
• نمک مذاب

محیط مناسب به هندسه آلیاژ و اجزا بستگی دارد.

هدف دستیابی به سختی پذیری و ریزساختار مورد نیاز و در عین حال به حداقل رساندن ترک خوردگی و اعوجاج است.

مرحله 2: قطعه را به کوره تمپرینگ منتقل کنید

پس از خاموش کردن, این جزء باید مطابق با روش تولید مشخص شده تلطیف شود.

برای بسیاری از نمرات, تلطیف سریع مطلوب است زیرا شرایط تازه خاموش شده دارای تنش های پسماند بالایی است..

روش انتقال همچنین باید از شوک حرارتی غیرضروری یا خنک کننده کنترل نشده که می تواند بر شرایط عملیات حرارتی نهایی تأثیر بگذارد جلوگیری کند..

برای اجزای حیاتی, سوابق کوره باید چرخه دمای واقعی را به جای تکیه بر نقطه تنظیم کوره مستند کند.

مرحله 3: تا دمای مشخص شده حرارت دهید

این جزء تا دمای معتدل انتخاب شده گرم می شود, که ممکن است از تقریباً متغیر باشد 150درجه سانتیگراد تا 700 درجه سانتیگراد بسته به فولاد.

گرمایش باید به اندازه کافی کنترل شود تا از شیب بیش از حد دما جلوگیری شود, به خصوص در اجزای بزرگ یا پیچیده.

کوره باید مناسب فراهم کند:

• یکنواختی دما
• کنترل اتمسفر در صورت لزوم
• گردش بار
• کالیبراسیون ابزار
• ثبت دما

برای عملیات حرارتی دقیق, را دمای واقعی قطعه کار مهمتر از دمای برنامه ریزی شده کوره است.

مرحله 4: خیساندن در دما

هنگامی که قطعه به دمای مورد نیاز رسید, برای یک دوره مشخص برگزار می شود.

در این مرحله خیساندن, ریزساختار تحت واکنش های تلطیف متناسب با فولاد قرار می گیرد:

• توزیع مجدد کربن
• بارش کاربید
• تجزیه مارتنزیت
• آرامش استرس
• بازیابی ماتریس
• تبدیل آستنیت حفظ شده
• رسوب کاربید آلیاژی در فولادهای سخت شونده ثانویه

زمان خیساندن مورد نیاز به اندازه قطعه بستگی دارد, هندسه, آلیاژ, نوع کوره, و مشخصات قابل اجرا.

مرحله 5: خنک کننده کنترل شده

پس از مدت زمان نگهداری لازم, جزء با توجه به مشخصات فرآیند خنک می شود.

بسیاری از فولادها را می توان پس از تمپر در هوا خنک کرد, در حالی که برخی از سیستم های آلیاژی یا اجزای حیاتی ممکن است به یک روش خنک کننده خاص نیاز داشته باشند.

شرایط خنک کننده می تواند بر ثبات ابعادی و, در برخی فولادها, حساسیت به شکنندگی مزاج. بنابراین, "خنک کردن" را نباید به عنوان یک مرحله نهایی بی اهمیت تلقی کرد.

مرحله 6: در صورت نیاز، تمپر کردن را تکرار کنید

برخی از فولادها نیاز دارند تلطیف دو یا سه گانه به جای یک چرخه.

ممکن است از تلطیف مکرر استفاده شود:

• تثبیت بیشتر آستنیت باقی مانده
• مارتنزیت تازه تشکیل شده را پس از تبدیل آستنیت ابداع شده تمپر کنید
• بهبود ثبات ابعادی
• ساختار کاربید پایدارتری ایجاد کنید
• دستیابی به خواص ثابت در سراسر جزء

این عمل به ویژه برای فولادهای ابزار پر آلیاژ رایج است.

5. چرا برخی از فولادها به حرارت دو یا سه گانه نیاز دارند؟?

برای بسیاری از فولادهای کوئنچ شده، یک چرخه تمپر کافی است, اما با آلیاژ بالا فولادهای ابزار و برخی از فولادهای پرکربن اغلب به دو یا حتی سه چرخه تمپر نیاز دارند.

دلیل اصلی این است که اولین عملیات حرارتی می تواند پایداری آستنیت باقیمانده را تغییر دهد و مارتنزیت تازه را در طی سرد شدن بعدی تولید کند..

سپس یک مزاج دوم یا سوم این مارتنزیت تازه تشکیل شده را خنثی می کند و پایداری ریزساختار نهایی را بهبود می بخشد..

آستنیت باقی مانده دلیل اصلی است

پس از خاموش کردن, برخی از فولادها بخشی از آستنیت اصلی را حفظ می کنند زیرا تبدیل مارتنزیتی به پایان نمی رسد..

این امر به ویژه در فولادهای حاوی سطوح نسبتاً بالایی از کربن و عناصر آلیاژی مرتبط است.

در طول اولین چرخه تلطیف, پایداری آستنیت باقی مانده می تواند تغییر کند. در خنک شدن پس از تمپر, برخی از این آستنیت باقی مانده ممکن است تبدیل به تازه, مارتنزیت تمپر نشده.

این یک مشکل جدید ایجاد می کند: اگر چه مارتنزیت اصلی تمپر شده است, مارتنزیت تازه تشکیل نشده است.

بنابراین از یک چرخه تلطیف دوم برای معتدل کردن این مارتنزیت تازه استفاده می شود.

چرا مارتنزیت تازه یک نگرانی است؟?

مارتنزیت تازه همان معایب اساسی را دارد که ساختار اصلی به عنوان کوئنچ شده است:

• سختی بالا
• استرس پسماند بالا
• انعطاف پذیری کم
• چقرمگی نسبتا ضعیف
• افزایش حساسیت به ترک خوردگی

عدم درمان این ساختار می تواند تغییرات موضعی در سختی و چقرمگی ایجاد کند. در فولادهای ابزار دقیق, همچنین می تواند به بی ثباتی ابعادی کمک کند.

بنابراین تلطیف مضاعف کمک می کند تا اطمینان حاصل شود که هم مارتنزیت اصلی و هم مارتنزیت تشکیل شده پس از اولین چرخه تلطیف به درستی تمپر می شوند..

زمانی که از تمپر سه گانه استفاده می شود?

زمانی که به درجه بالاتری از تثبیت ریزساختاری نیاز است، از تمپر سه‌گانه استفاده می‌شود.

به ویژه در برخی از فولادهای پرسرعت رایج است, فولادهای ابزار گرم کار, و فولادهای قالبی بسیار آلیاژی, بسته به مشخصات عملیات حرارتی سازنده.

چرخه سوم ممکن است انتخاب شود:

• تثبیت بیشتر آستنیت باقی مانده
• هر مارتنزیت تازه تشکیل شده را گرم کنید
• تعادل بین سختی و چقرمگی را اصلاح کنید
• بهبود ثبات ابعادی
• شرایط سخت شدن ثانویه مورد نیاز را ایجاد کنید

تمپر سه گانه نباید به طور خودکار اعمال شود. این تنها زمانی توجیه می شود که عیار فولاد و ویژگی های مورد نیاز آن را بخواند.

فولادهای معمولی که نیاز به تمپر مکرر دارند

تمپر مکرر به ویژه برای فولادهایی مانند:

• فولاد ابزار گرم کار H13
• فولادهای پرسرعت
• فولادهای ابزار سرد کار با آلیاژ بالا
• انتخاب فولادهای داغ و قالب
• برخی از فولادهای ابزار رسوب یا سخت کننده ثانویه

تعداد واقعی چرخه‌های حرارتی باید همیشه از درجه فولاد خاص و روش عملیات حرارتی واجد شرایط پیروی کند. چرخه های بیشتر به طور خودکار به معنای عملکرد بهتر نیست.

6. سخت شدن ثانویه در طی تمپر چیست؟?

سخت شدن ثانویه پدیده‌ای است که در آن برخی از فولادهای بسیار آلیاژی در طی تلطیف در دماهای نسبتاً بالا سختی بیشتری ایجاد می‌کنند, حتی اگر تلطیف معمولی فولادهای کربنی معمولاً باعث کاهش سختی می شود.

این رفتار مشخصه فولادهایی است که حاوی مقادیر قابل توجهی عناصر آلیاژی کاربید هستند, به ویژه مولیبدن, تنگستن, وانادیم, و کروم.

چرا سخت شدن ثانویه رخ می دهد؟?

در طول تلطیف معمولی, سختی مارتنزیت خاموش شده معمولاً با خروج کربن از ماتریس فوق اشباع و پایدارتر شدن کاربیدها کاهش می یابد..

در فولادهای ابزار بسیار آلیاژی, با این حال, یک فرآیند متفاوت می تواند در دماهای معتدل بالاتر رخ دهد. عناصر آلیاژی پخش می شوند و بسیار ریز تشکیل می شوند کاربیدهای آلیاژی.

این رسوبات می توانند در مقاومت در برابر حرکت دررفتگی بسیار موثر باشند.

تقویت حاصل می تواند جبران کند, و گاهی اوقات فراتر می رود, سختی از دست رفته در مراحل اولیه تمپر.

دنباله کلی است:

کوئنچ ← تمپر/نرم شدن اولیه ← بارش آلیاژ-کاربید ← سخت شدن ثانویه

عناصر آلیاژی درگیر

مهمترین عناصر شامل:

نوع دقیق کاربید به ترکیب فولاد و تاریخچه عملیات حرارتی بستگی دارد.

چرا سخت شدن ثانویه مهم است؟?

سخت شدن ثانویه به فولادهای ابزار خاصی اجازه می دهد تا پس از تلطیف در دماهایی که به طور قابل ملاحظه ای بالاتر از آنهایی که برای اعتدال معمولی در دمای پایین استفاده می شوند، به سختی بالایی دست یابند..

این با ارزش است زیرا اعتدال در دمای بالا نیز می تواند بهبود یابد:

• مقاومت در برابر حرارت
• ثبات ابعادی
• پایداری سازه
• سختی گرم
• مقاومت در برابر نرم شدن در حین سرویس

برای ابزارهایی که در دمای بالا کار می کنند, حفظ سختی در طول سرویس ممکن است مهمتر از دستیابی به حداکثر سختی ممکن در دمای اتاق باشد.

سختی ثانویه و فولاد ابزار H13

H13 یک فولاد ابزار گرم کار است که در آن بارش آلیاژ-کاربید به پاسخ آن در هنگام گرم کردن با دمای بالا کمک می کند..

عملیات حرارتی آن برای ایجاد تعادل مناسب از سختی طراحی شده است, سختی, مقاومت در برابر خستگی حرارتی, و مقاومت در برابر نرم شدن.

پاسخ دقیق سخت شدن ثانویه به شیمی فولاد بستگی دارد, دمای آستنیته, روش خاموش کردن, دمای دما, و زمان برگزاری.

بنابراین، این نادرست است که سخت شدن ثانویه را صرفاً به عنوان "سخت شدن با گرم کردن مجدد" تلقی کنیم.

این پدیده نتیجه بارش کنترل شده کاربیدهای غنی از آلیاژ در یک ریزساختار سخت شده قبلی است..

7. چگونه معتدل کردن بر خواص مکانیکی تأثیر می گذارد?

تمپر کردن خواص مکانیکی فولاد را با اصلاح ساختار مارتنزیتی فوق اشباع و تحت تنش تولید شده توسط کوئنچ تغییر می دهد..

بزرگی و جهت این تغییرات به عیار فولاد و شرایط حرارت بستگی دارد, بنابراین این رابطه باید به عنوان یک روند کلی به جای یک قانون ثابت درک شود.

اثر کلی تلطیف

*روندهای عمومی برای فولادهای خاموش معمولی; فولادهای بسیار آلیاژی ممکن است رفتار متفاوتی از خود نشان دهند, به خصوص در جاهایی که سخت شدن ثانویه رخ می دهد.

بنابراین، هدف عملی تلطیف، انتخاب تعادل خاصیت مناسب به جای به حداکثر رساندن هر خاصیت مکانیکی منفرد است.

یک ابزار برش ممکن است به حداکثر سختی عملی و مقاومت در برابر سایش نیاز داشته باشد, در حالی که یک چرخ دنده یا شفت ممکن است به چقرمگی و مقاومت خستگی بسیار بیشتری نیاز داشته باشد.

با کنترل دما و زمان تمپر برای فولاد خاص, سازندگان می توانند ریزساختار نهایی را با نیازهای خدمات واقعی تنظیم کنند.

8. تمپرینگ در مقابل آنیل کردن در مقابل عادی سازی در مقابل کاهش استرس چیست؟?

معتدل کردن, بازپخت, عادی سازی, و تنش زدایی همه فرآیندهای عملیات حرارتی هستند, اما آنها هستند قابل تعویض نیست.

محدوده دمایی آنها, ریزساختارهای شروع, روش های خنک کننده, مکانیسم های متالورژیکی, و نتایج مورد نظر متفاوت است.

9. تلطیف انواع فولاد

انواع مختلف فولاد به روش های متفاوتی به تلطیف واکنش نشان می دهند. درک این تفاوت‌ها برای انتخاب برنامه مناسب تلطیف ضروری است.

فولادهای کربنی ساده:

ساده برای خلق و خوی. فولاد کربن کم (<0.3% سی) به ندرت خاموش و تمپر می شوند زیرا به طور قابل توجهی سفت نمی شوند.

فولادهای کربن متوسط (0.3-0.6٪ C) معمولاً برای شفت ها خاموش و تعدیل می شوند, چرخ دنده ها, و محورها. فولادهای کربن بالا (>0.6% سی) برای ابزار استفاده می شود, چشمه ها, و چاقوها.

فولاد آلیاژ:

حاوی عناصری مانند کروم است, نیکل, مولیبدن, و وانادیوم.

آنها سختی پذیری بهتری دارند و به خوبی به تمپر شدن پاسخ می دهند. سخت شدن ثانویه در آلیاژهایی با فرم دهنده های کاربید قوی رایج است.

فولادهای ابزار:

شامل سخت شدن آب, سخت شدن روغن, سخت شدن هوا, با سرعت بالا, و فولادهای گرم کار.

برنامه های معتدل به طور گسترده ای متفاوت است. فولادهای پرسرعت در دمای 540 تا 560 درجه سانتیگراد سه برابر می شوند. فولادهای گرم کار مانند H13 در دمای 500 تا 550 درجه سانتیگراد دوبرابر می شوند.

فولادهای ضد زنگ:

فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی (به عنوان مثال, 410, 420, 440سی) را می توان سفت و گرم کرد. فولادهای زنگ نزن آستنیتی (به عنوان مثال, 304, 316) با کوئنچ سفت نمی شوند و تلطیف نمی شوند.

فولادهای ضد زنگ فریتی معمولاً سخت نمی شوند. فولادهای زنگ نزن سخت کننده رسوب کهنه می شوند, مزاج نیست.

فولادهای ماراژینگ:

اینها کم کربن هستند, آلیاژهای با نیکل بالا که با پیری تقویت می شوند, نه با تلطیف مارتنزیت.

با این حال, آنها ممکن است تحت یک درمان محلول و فرآیند پیری قرار گیرند که از نظر مفهومی شبیه به تعدیل است.

10. فولاد ابزار H13 Tempering: یک مثال عملی

فولاد ابزار H13 فولاد ابزار کار گرم کروم-مولیبدن-وانادیوم است که به طور گسترده برای قالب های ریخته گری استفاده می شود., جعل می میرد, ابزار اکستروژن, و سایر ابزارهایی که در معرض گرمایش و سرمایش مکرر قرار دارند.

ترکیب آن از قدرت گرم, سختی, مقاومت در برابر مزاج, و مقاومت در برابر خستگی حرارتی، آن را به عنوان مثالی نشان می دهد که چرا باید در فولادهای ابزار آلیاژی تلطیف به دقت کنترل شود..

پس از آستنیته و خاموش کردن, H13 یک ساختار مارتنزیتی سخت با تنش‌های پسماند و مقداری آستنیت باقی‌مانده ایجاد می‌کند..

بنابراین، عملیات تلطیف بعدی نه تنها برای کاهش شکنندگی طراحی شده است, بلکه برای ایجاد پاسخ سخت شدن ثانویه مورد نیاز و پایداری ریزساختاری.

برنامه معتدل H13 معمولی

H13 معمولا است مزاج دوگانه, با حالت سومی که گاهی اوقات برای اجزای بزرگ یا به ویژه حیاتی مشخص می شود.

پارامترهای دقیق باید از مشخصات مواد قابل اجرا و روش عملیات حرارتی واجد شرایط پیروی کنند.

شرایط واقعی آستنیته و خاموش کردن نیز مهم هستند.

H13 معمولاً تقریباً آستنیته می شود 1,020-1050 درجه سانتی گراد, به دنبال آن خنک کننده کنترل شده مانند خاموش کردن هوا یا گاز, بستگی به اندازه بخش دارد, تجهیزات, و خواص مورد نیاز.

سختی معمولی حاصل

یک جزء H13 با عملیات حرارتی مناسب معمولاً به سختی نهایی در ناحیه می رسد تقریباً 48-52 HRC, اگرچه سختی واقعی بستگی به شرایط آستنیته دارد, نرخ خاموش شدن, دمای دما, زمان برگزاری, و شیمی مواد.

در محدوده دمایی اعلام شده, روند کلی است:

• حدود 500 درجه سانتیگراد: سختی بالاتر, با نرم شدن کمتر مرتبط با تلطیف.
• حدود 550 درجه سانتیگراد: سختی تا حدودی کمتر, به طور کلی با سختی بیشتر و کاهش استرس.

رابطه کاملاً خطی نیست, و H13 می توانند نمایش دهند سخت شدن ثانویه به دلیل ریزش کاربیدهای آلیاژی ریز در حین اعتدال در دمای بالا.

چرا H13 مضاعف است؟?

دلیل اصلی مزاج مضاعف رفتار است آستنیت را حفظ کرد پس از خاموش کردن.

به دنبال اولین چرخه تلطیف, مقداری آستنیت باقی مانده ممکن است در طی سرد شدن به مارتنزیت تازه تبدیل شود.

این مارتنزیت تازه تشکیل شده هنوز تحت تعدیل قرار نگرفته است و بنابراین ممکن است دارای تنش پسماند و شکنندگی نسبتاً بالایی باشد..

چرخه حرارت دوم این مارتنزیت تازه را درمان می کند و به تولید ریزساختار نهایی یکنواخت تر کمک می کند:

کوئنچ ← خلق اول ← تبدیل آستنیت حفظ شده ← مارتنزیت تازه ← مزاج دوم

تلطیف مضاعف همچنین به تکمیل واکنش های بارش مورد نظر و بهبود قوام سختی و ثبات ابعادی کمک می کند..

برای قطعات بزرگ یا بسیار بحرانی H13, الف خلق و خوی سوم ممکن است در صورت نیاز با مشخصات عملیات حرارتی استفاده شود, به ویژه در جایی که تثبیت اضافی مفید است.

اهمیت مهندسی

هدف از تلطیف H13 صرفاً به حداکثر رساندن سختی نیست.

شرایط نهایی باید سختی را متعادل کند, قدرت گرم, سختی, مقاومت در برابر خستگی حرارتی, و ثبات ابعادی.

به همین دلیل, یک قالب H13 که در دمای تقریبی 500 تا 550 درجه سانتیگراد کار می کند به گونه ای طراحی شده است که سختی کافی را برای مقاومت در برابر سایش حفظ کند و در عین حال چقرمگی و مقاومت حرارتی مورد نیاز برای چرخه حرارتی مکرر و بارگذاری مکانیکی در سرویس را ایجاد کند..

11. کاربردهای صنعتی فولاد مقاوم

فولاد سکوریت شده به طور گسترده در تولید صنعتی استفاده می شود زیرا تعادل قابل کنترلی بین استحکام ایجاد می کند, سختی, سختی, شکل پذیری, مقاومت در برابر خستگی, و ثبات ابعادی.

دنده ها و اجزای انتقال

چرخ دنده ها معمولاً برای به دست آوردن استحکام بالا و چقرمگی کافی تحت تهوع قرار می گیرند و سپس تلطیف می شوند.

درمان تمپر کردن، شکنندگی و تنش‌های پسماند مرتبط با شرایط سخت شده را کاهش می‌دهد و در عین حال سختی کافی را برای تماس دندان و مقاومت در برابر سایش حفظ می‌کند..

اجزای معمولی شامل:

• دنده های انتقال
• سنجاق
• دنده های محرک
• چرخ دنده
• شفت و شفت دنده

برای دنده های با بار سنگین, شرایط عملیات حرارتی نهایی معمولاً بر اساس قدرت خستگی طراحی می شود, استرس تماسی, و مقاومت در برابر شکستگی دندان به جای سختی به تنهایی.

شفت ها, محورهای, و پین ها

فولادهای آلیاژی خاموش و تمپر شده به طور گسترده برای شفت استفاده می شوند, محورها, پین ها, و عناصر مشابه ماشین در معرض خمش ترکیبی, پیچ خوردگی, تاثیر, و بارگذاری چرخه ای.

در مقایسه با ساختار خاموش شده, یک ساختار مارتنزیتی که به درستی تمپر شده است، چقرمگی و مقاومت بسیار بهتری را در برابر انتشار ترک ایجاد می کند., آن را برای اجزای بارگذاری شده پویا مناسب تر می کند.

چشمه

فولادهای فنری به استحکام کشسانی و مقاومت در برابر خستگی بالایی نیاز دارند.

تمپر پس از سخت شدن برای تنظیم سختی و کاهش تنش های داخلی و در عین حال حفظ استحکام مورد نیاز برای بارگذاری الاستیک مکرر استفاده می شود..

برنامه های کاربردی شامل:

• فنرهای کویل
• چشمه های برگ
• فنرهای پیچشی
• اجزای تعلیق
• فنرهای سوپاپ

شرایط تمپر باید به دقت کنترل شود زیرا نرمی بیش از حد و شکنندگی بیش از حد می تواند عمر فنری را کاهش دهد..

قالب و ابزار

فولادهای ابزار معمولاً برای دستیابی به ترکیبی از سختی کنترل شده تلطیف می شوند, مقاومت در برابر سایش, سختی, و مقاومت در برابر نرم شدن.

فولادهای ابزار کار گرم مانند H13 در دماهای نسبتاً بالا برای به دست آوردن پایداری حرارتی و مقاومت در برابر گرمایش و سرمایش مکرر خنثی می شوند..

فولادهای ابزار سرد و پرسرعت بسته به سیستم های آلیاژی و عملکرد مورد نیاز برش یا شکل دهی، از برنامه های تمپر متفاوت استفاده می کنند..

قطعات خودرو

فولاد سکوریت شده به طور گسترده در ساخت خودرو برای قطعاتی که باید بارگذاری و ضربه های مکانیکی مکرر را تحمل کنند استفاده می شود..

مثالها عبارتند از:

• شفت های محور
• اجزای فرمان
• محورهای محرک
• اتصال قطعات
• قطعات تعلیق
• اجزای انتقال

درمان خاموش و خنثی به این اجزا اجازه می دهد تا بدون از بین بردن چقرمگی مورد نیاز برای شرایط خدمات در دنیای واقعی، به استحکام بالایی دست یابند..

ساخت و ساز و تجهیزات سنگین

قطعات ماشین آلات سنگین اغلب بارهای بالایی را تجربه می کنند, شوک زدن, سایش, و استرس چرخه ای. بنابراین فولادهای آلیاژی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند:

• پین و بوش
• اجزای هیدرولیک
• قطعات بیل مکانیکی و لودر
• اجزای جرثقیل
• اجزای ماشین آلات کشاورزی
• قطعات تجهیزات معدن

در این اپلیکیشن ها, شرایط معتدل مورد نیاز معمولاً با توجه به ترکیب غالب مقاومت در برابر ضربه انتخاب می شود, قدرت خستگی, و مقاومت در برابر سایش.

تجهیزات فشار و انرژی

برخی از اجزای سیستم تحمل کننده فشار و انرژی از فولادهای خاموش شده و گرم شده استفاده می کنند زیرا این عملیات می تواند استحکام بالایی را همراه با چقرمگی بهبود بخشد..

برنامه های کاربردی ممکن است شامل شود:

• اجزای فشار با مقاومت بالا
• قطعات مکانیکی مربوط به توربین
• بست های صنعتی
• اجزای انتقال نیرو
• اجزای ساختاری سنگین

برای اجزای حیاتی ایمنی, فرآیند عملیات حرارتی معمولاً توسط تست سختی پشتیبانی می شود, تست مکانیکی, بازرسی بعدی, و تایید متالورژیکی.

12. تعدیل فراتر از فولاد: شیشه ای, شکلات, و سایر مواد

واژه تلطیف در زمینه های دیگر نیز به کار می رود, اما مکانیسم ها متفاوت است.

گرم کردن شیشه

گرم کردن شیشه شامل حرارت دادن شیشه تا حدود 600 تا 700 درجه سانتیگراد و سپس خنک کردن سریع سطوح با جت های هوا است..

سطح سریعتر از سطح داخلی منقبض می شود, ایجاد تنش های فشاری بر روی سطح و تنش های کششی در هسته.

این باعث می شود شیشه سکوریت بسیار قوی تر شود و باعث شود آن را به کوچک تبدیل کند, قطعات کند به جای خرده های تیز. در شیشه اتومبیل استفاده می شود, درب های دوش, و لعاب های معماری.

تمپر کردن شکلات

تمپر کردن شکلات یک فرآیند گرمایش و خنک کننده کنترل شده است که کره کاکائو را تشویق می کند تا به شکلی پایدار متبلور شود., معروف به فرم V (کریستال های بتا).

شکلات هایی که به درستی تمپر شده اند روکش براقی دارند, یک ضربه محکم و ناگهانی, و یک ذوب صاف. ممکن است شکلات دم نکرده شکوفا شود, احساس دانه دانه بودن, یا خیلی راحت نرم می شوند.

سایر مواد

برخی از آلیاژهای غیر آهنی, مانند برخی آلیاژهای آلومینیوم و مس, تحت درمان‌های سخت‌سازی یا پیری بارش قرار می‌گیرند که گاهی اوقات به‌طور آزاد به آن تمپرینگ می‌گویند.

با این حال, این اصطلاح زمانی دقیق تر است که در مورد متالورژی آهنی به کار رود.

13. نتیجه گیری

تمپرینگ یک فرآیند عملیات حرارتی اساسی برای تبدیل کوئنچ شده است, به شدت استرس دارد, و فولاد نسبتاً شکننده به یک ماده مهندسی پایدارتر تبدیل شود.

اهمیت آن صرفاً در کاهش سختی نیست, اما در کنترل تکامل ریزساختاری مارتنزیت و ایجاد تعادل لازم بین سختی, قدرت, سختی, شکل پذیری, و ثبات ابعادی.

دمای تلطیف تاثیرگذارترین متغیر فرآیند است, اما باید همراه با زمان نگهداری در نظر گرفته شود, ترکیب فولاد, شرایط آستنیته و کوئنچ قبلی, اندازه جزء, و خواص نهایی مورد نیاز.

بنابراین درمان معتدل درست است مخصوص فولاد درجه به جای جهانی.

فولاد کربن, فولادهای ساختاری آلیاژی, فولادهای کربن بالا, فولادهای ابزار, فولادهای پر سرعت, فولادهای گرم کار, و فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی همگی می توانند واکنش های تمپر متفاوتی از خود نشان دهند.

در تولید صنعتی, تلطیف موفقیت آمیز را باید بر اساس عملکرد نهایی جزء قضاوت کرد، نه تنها بر اساس دما.

یک فرآیند تمپرینگ به درستی کنترل شده، سختی شدید شرایط خاموش شده را به ترکیبی قابل اعتماد از خواص مکانیکی مناسب برای چرخ دنده ها تبدیل می کند., شفت ها, چشمه ها, می میرد, قطعات خودرو, تجهیزات سنگین, و سایر برنامه های کاربردی خواستار.

 

سوالات متداول

آنچه در فولاد تلطیف می شود?

تمپرینگ یک فرآیند عملیات حرارتی است که در آن فولاد سخت شده دوباره تا دمایی کمتر از محدوده تبدیل بحرانی خود گرم می شود., برای مدت زمان مشخص برگزار می شود, و سپس خنک شد.

در درجه اول برای کاهش شکنندگی و تنش پسماند در حین به دست آوردن تعادل مورد نیاز سختی استفاده می شود, قدرت, و سختی.

آیا تمپر باعث کاهش سختی می شود؟?

برای اکثر فولادهای خاموش شده معمولی, افزایش درجه حرارت معمولاً سختی و استحکام را کاهش می دهد و در عین حال چقرمگی و شکل پذیری را بهبود می بخشد.

فولادهای ابزار بسیار آلیاژی به دلیل سخت شدن ثانویه می توانند رفتار متفاوتی داشته باشند.

تفاوت بین تمپر کردن و آنیل کردن چیست؟?

معتدل کردن معمولاً روی فولاد سخت شده زیر محدوده تبدیل بحرانی برای اصلاح مارتنزیت انجام می شود.

بازپخت عموماً برای نرم کردن فولاد و ایجاد انعطاف پذیری بیشتر در نظر گرفته شده است, ریزساختار پایدار, اغلب با استفاده از خنک کننده آهسته کنترل شده.

فولاد سکوریت چگونه بازرسی می شود?

بازرسی معمولی ممکن است شامل تست سختی باشد, بازرسی بعدی, بررسی متالوگرافی, و تست مکانیکی, با سطح اضافی یا آزمایش غیر مخرب در صورت نیاز به کاربرد یا مشخصات.