به علت تنش هاي داخلي ايجاد شده در ضمن سريع سرد شدن ، تقريبا تمامي قطعات سخت شده نسبتا ترد و شكننده اند . از اين رو به ندرت فولاد ها پس از سريع سرد شدن و در شرايط سخت (مارتنزيت ) شده استفاده مي شوند ، مگر در موارد استثنايي نظير هنگامي كه به سختي فوق العاده زيادي نياز با شد و يا در رابطه با فولاد هاي كم كربن . معمولا فولاد پس از سرد شدن و قبل از استفاده بايد بازگشت شود. بازگشت عبارت است از حرارت دادن فولاد سخت شده تا دمايي زير دماي Ae1 ، نگه داشتن براي مدت زمان مشخص و سپس سرد كردن آهسته تا دماي اتاق . دما و زمان حرارت دادن به تركيب شيميايي فولاد ، ابعاد قطعه و خواص مكانيكي مورد نظر بستگي دارد . در اثر باز پخت تنش هاي داخلي كاهش يافته و يا حذف مي شوند و بنابراين استحكام ضربه اي افزايش مي يابد (شكنندگي كم مي شود) . در عوض سختي و استحکام قطعه سخت شده تا حدودي كاهش خواهد يافت .
تغييرات ميكرو ساختار
ساختار يك فولاد سريع سرد (مارتنزيت) شده ، ناپايدار است . دلايل ناپايداري عبارتند از :تغييرات ميكرو ساختار
وجود كربن به صورت فوق اشباع در شبكه بلوري مارتنزيت ، انرژي تنشي ناشي از وجود نابجايي ها و دوقلو هاي بسيار زياد در ساختار بلوري صفحات مارتنزيتي ، انرژي سطحي ناشي از فصل مشترك هاي بسيار زياد بين صفحات مارتنزيتي و بالاخره وجود آستنيت باقيمانده كه حتي در فولاد هاي كم كربن نيز اجتناب ناپذیر است . هنگامي كه يك فولاد مارتنزيت شده به منظور بازگشت دادن حرارت داده مي شود ، هر كدام از پارامتر هاي فوق نقش نيروي محركه اي را براي تغيير ساختار در مراحل مختلف بازي مي كند ، كه عبارتند از : كربن فوق اشباع در شبكه مارتنزيت نيروي محركه جهت تشكيل كاربيد .
انرژي تنشي نيروي محركه براي بازيابي .انرژي فصل مشترك نيروي محركه براي رشد دانه ها و يا افزايش پيوستگي و وسعت زمينه فريتي و بالاخره آستنيت باقيمانده نيروي محركه براي تشكيل مخلوط فريت و سمنتيت در ضمن بازگشت .
بررسيهاي سيستماتيك كه به كمك پراش پرتو ايكس برروي ميكروساختار فولاد هاي سريع سرد و بازگشت شده انجام شده است ، سه مرحله كاملا مشخص و مجزا از يكديگر را در رابطه با تغيير ميكروساختار مارتنزيت در ضمن بازگشت نشان مي دهد . اين سه مرحله عبارتند از :
مرحله اول : تشكيل كاربيد هاي انتقالي نظير كاربيد اپسيلن و يا كاربيد اتا و در نتيجه كاهش درصد كربن زمينه مارتنزيتي تا حدود 25/0 درصد .
مرحله دوم : تبديل آستنيت باقيمانده به فريت و سمنتيت .
مرحله سوم : جايگزين شدن كاربيد هاي انتقالي ومارتنزيت كم كربن توسط فريت و سمنتيت .
در اين جا تذكر اين نكته ضروري است كه به جز موارد اشاره شده در مراحل سه گانه فوق تغييرات ساختاري ديگري نيز در ضمن بازگشت فولاد هاي سريع سرد شده گزارش شده است .از آن جمله تشكيل كاربيد هاي آلياژي و ايجاد سختي ثانويه است ، كه مي توان آن را مرحله چهارم بازگشت ناميد .مطالعات و گزارشات ديگري در همين رابطه نشان است كه در ضمن سريع سرد شده يا نگه داشتن فولاد سريع سرد شده در دماي اتاق احتمال رسوب اتمهاي كربن بر روي نابجاييها و محل هاي پر انرژي ديگر نظير فصل مشترك هاي بين صفحات مارتنزيتي وجود دارد . تحت شرايط فوق رسوب و تجمع اتمهاي كربن مي تواند تشكيل كاربيد را به دنبال داشته باشد . در حقيقت در چنين شرايطي مرحله اول بازگشت در ضمن سريع سرد شدن يا نگه داشتن در دماي اتاق انجام مي شود . به اين ترتيب ملاحظه مي شود كه تغييرات ساختار يك فولاد سريع سرد شده را در ضمن بازگشت به بيشتر از سه مرحله مي توان تقسيم كرد . با اين حال نظر به اهميت موضوع و سهولت مطالعه رفتار فولاد هاي بازگشت شده ، اثرات باز گشت بر روي تغييرات ميكرو ساختار در چهارچوب مراحل اول ، دوم و سوم بررسي مي شود .
تغييرات خواص مكانيكي
مارتنزيت كه ميكرو ساختار مورد نظر در عمليات سريع سرد كردن سريع فولاد هاست ، كاملا سخت ودر عين حال بسيار ترد و شكننده است . برخي پارامتر ها كه منجر به ترد و شكننده شدن مارتنزيت مي شوند عبارت اند از :
- خارج شدن شبكه بلوري فولاد از شكل طبيعي خود در اثر محبوس شدن كربن اضافي در فضاي هشت وجهي .
- رسوب اتم هاي ناخالصي در مرز دانه آستنيت اوليه .
- تشكيل كاربيد در ضمن سرد شدن .
- تنش هاي حاصل از سريع سرد شدن .
هدف اصلي از عمليات حرارتي بازگشت كاهش تردي و شكنندگي و يا به بيان ديگر افزايش چقرمگي و مقاومت فولاد در برابر ضربه است . از آن جايي كه در عمليات باز گشت هر دمايي در گستره دماي اتاق تا دماي Ae1 را مي توان استفاده كرد ، بنا براين ميكرو ساختار و در نتيجه خواص مكانيكي كاملا متنوعي از مارتنزيت تا سمنتيت كروي در زمينه فريت را مي توان بدست آورد . عملا دما و زمان بازگشت با توجه به خواص مكانيكي يعني ميزان سختي ، استحكام و چقرمگي كه در عمل لارم است انتخاب مي شود .
دماي مناسب براي بازگشت فولاد هاي كربني ساده و كم آلياژ را مي توان با توجه به تركيب شيميايي آن ها و سختي نهايي مورد نظر به طور تقريب مشخص كرد . اين روش بر اساس فرمول ارائه شده توسط گرون وجف است كه فرض مي كند فولاد پس از سريع سرد شدن عمدتاًساخاتر مارتنزيتي داشته باشد . فرمول ارائه شده به صورت زير است :
( T = 30 ( Hc – Ha
در اين فرمول :
T : دماي بازگشت بر حسب فارنهايت ،
Hc : سختي محاسبه شده از تركيب شيميايي ،
Ha : سختي مورد نظر پس از بازگشت است .
اگر دماي باز گشت به سانتيگراد تبديل شود فرمول فوق به صورت زير در مي آيد :
T = 16.67 ( Hc – Ha ) – 17.8
ارتباط دما وزمان بازگشت
در عمليات بازگشت هنگامي كه به زمان باز گشت اشاره اي نشود منظور زمان يك ساعت است . براي حصول سختي مورد نظر مي توان زمان بازگشت را تغيير داد . به شرط اينكه دماي بازگشت تغيير داده شود . رابطه دما وزمان بازگشت توسط پارامتر بازگشت مشخص مي شود { T(C+log t ) } در اين رابطه T دماي بازگشت بر حسب درجه كلوين و t زمان بازگشت بر حسب ساعت و C ثابت بازپخت است . لازم به اشاره است كه C تابع درصد كربن فولاد بوده و عناصر آلياژي بر روي آن اثر قابل ملاحظه اي ندارند . مقدار C را تقريباً برابر با 18 پيشنهاد داده اند .
منبع: وبگاه مهندسی تکنولوژی جوش ایرانیان
نظرات
ارسال یک نظر