کلید فولاد یک مرجع بسیار عالی و کاربردی برای استفاده ی مهندسان و متخصصان رشته های فنی به خصوص کسانی است که با فولادها سر و کار دارند. اگر شما علاقمند به آموزش کلید فولاد، آشنایی با انواع فولادها و دریافت پاسخ پرسش های خود در این زمینه هستید، با وب سایت عصر مواد در آموزش گام به گام و نکته به نکته کلید فولاد همراه ما باشید. این آموزش به صورت پرسش و پاسخ تدوین شده است و در خلال مطالب نوشتاری، از عکس، اینفوگرافیک، فایل صوتی و ویدئو برای آموزش بهتر هم کمک گرفته می شود. با توجه به اینکه متن این آموزش به فاصله کوتاهی پس از تولید محتوا، عرضه می شود، برنامه ریزی ما بر این است که مثل سریال های نمایش خانگی، هر هفته یک یا دو قسمت از این مجموعه ی چند قسمتی در وب سایت عصر مواد منتشر و تقدیم صنعت گران، دانشجویان و کارشناسان رشته های فنی شود. شما می توانید عصر مواد و محتوای آن را از نسخه اندرویدی و شبکه های اجتماعی آن هم دنبال کنید. پرسش های خود را هم می توانید از قسمت پایین همین صفحه در ثبت دیدگاه ارسال کنید، در اسرع وقت پاسخ داده خواهد شد. برای اطلاع از سایر آموزش های گام به گام در وب سایت عصر مواد اینجا کلیک کنید.
در فصل اول کلید فولاد، چهار رده از فولادها معرفی شده اند که عبارتند از: فولادهای ساخت و ساز غیر آلیاژی (ساختمانی معمولی)، فولادهای سمانتاسیون، فولادهای نیتروره و فولادهای خوش تراش یا اتومات. در قسمت های ۴ و ۵ آموزش گام به گام کلید فولاد پرسش و پاسخ هایی در خصوص فولادهای ساخت و ساز غیر آلیاژی و در قسمت های ۶، ۷، ۸ و ۹ پرسش و پاسخ هایی در خصوص فولادهای سمانتاسیون مطرح شد. در این قسمت فولادهای نیتروره مورد بحث قرار می گیرد.
پرسش ۴۰- فولادهای نیتروره یا نیتراته چه نوع فولادهایی هستند؟
در بسیاری از کاربردهای صنعتی نیاز به قطعات فولادی است که دارای سطحی سخت بوده و در عین حال از چقرمگی یا مقاومت به ضربه خوبی نیز برخوردار باشند. برای مثال قطعاتی مانند میل لنگ، میل بادامک و چرخ دنده باید سطحی بسیار سخت و مقاوم در برابر سایش داشته باشند، ضمن آنکه دارای استحکام مکانیکی خوبی هم بوده و بسیار چقرمه و مقاوم در برابر ضربه های وارده در حین کار باشند. این خواص را در برخی قطعات فولادی می توان با عملیات حرارتی سخت کردن سطحی به وجود آورد. روش های مختلف عملیات حرارتی به منظور سخت کردن سطح قطعات عموماً به سه دسته زیر تقسیم می شود:
- عملیات حرارتی – شیمیایی یا نفوذی که منجر به تغییر ترکیب شیمیایی سطح فولاد و یا نفوذ یک عنصر بین نشین یا جانشین به داخل قطعه می شود مانند کربن دهی، نیتروژن دهی، کربن نیتروژن دهی، بور دهی و غیره.
- عملیات حرارتی موضعی بدون تغییر ترکیب شیمیایی سطح مانند سخت کردن القایی و شعله ای
- سایر روش های سخت کردن سطحی مانند سخت کردن لیزری، پلاسمایی و پرتو الکترونی، عملیات حرارتی سطحی به روش القا یا کاشت یون
فولادهای نیتروره (یا نیتراته، یا نیتریده، یا نیتروراسیون و یا فولادهای نیتروژن دهی شده) فولادهای کم آلیاژ کربن متوسطی هستند که می توان با وارد کردن نیتروژن (ازت) اتمی در سطح آن ها، مقاومت به سایش، استحکام استاتیکی، مقاومت خستگی و مقاومت به خوردگی آن ها را بهبود بخشید. سختی فولادها با جذب نیتروژن افزایش می یابد. افزایش سختی در فولادهای غیر آلیاژی عمدتاً از طریق رسوب ذرات نیتریدی اتفاق می افتد. در فولادهای آلیاژی، افزایش سختی ناشی از تشکیل ذرات بسیار ریز و پراکنده نیتریدهای آلیاژی خیلی سخت در ساختار لایه سطحی این فولادها است. در حالی که امکان نیتروژن دهی برای بسیاری از فولادها وجود دارد، تنها هنگامی می توان سختی زیاد در سطح به دست آورد که قطعه مورد نظر از جنس فولادهای آلیاژی حاوی عناصری مثل آلومینیوم، وانادیم، کروم، تنگستن، تیتانیوم، منگنز و مولیبدن باشد. این عناصر در سطح قطعه به محض تماس پیدا کردن با نیتروژن اتمی، با آن ترکیب شده و تشکیل نیتریدهای پایدار و سخت مثل نیتریدهای کروم، نیترید آلومینیوم، نیترید تیتانیوم و … می دهند.
پرسش ۴۱- آیا می توان فولادهای غیر آلیاژی را نیتروره نمود؟ چرا در کلید فولاد، فولادهای ساده کربنی و غیر آلیاژی در بین فولادهای نیتروره دیده نمی شوند؟
فولادهای کربنی غیر آلیاژی مثل Ck 45 قابلیت نیتروره ی خوبی دارند، عمق نفوذ نیتروژن در آن ها زیاد است ولی در چنین فولادهایی، نیتروژن اتمی با آهن واکنش داده و فازهای مختلفی از نیترید آهن تشکیل می دهد. این نیتریدها نه تنها سختی زیادی ندارند (معمولاً کمتر از ۶۰۰ ویکرز) بلکه گاه ترد و شکننده هم هستند و در عمق نسبتاً زیادی از قطعه پراکنده می شوند. در فولادهای غیر آلیاژی، افزایش سختی در اثر نیتروژن دهی و کوئنچ آن از دمای نیتروژن دهی، معمولاً به دلیل پیر سختی ساختار فریتی اتفاق می افتد. این روند ممکن است گاه ۸ تا ۱۰ روز طول بکشد. به همین دلایل، فولادهای نیتروره در گروه اول کلید فولاد، فولادهای کربن متوسط دارای عناصر آلیاژی آلومینیوم، وانادیم، کروم و مولیبدن هستند. در حضور این عناصر آلیاژی که میل ترکیبی زیادی با نیتروژن دارند، از نفوذ نیتروژن به داخل قطعه جلوگیری شده و تنها یک لایه نسبتاً نازک (تا حداکثر ۱ میلی متر) ولی سخت و پایدار نیتریدی (یا کربونیتریدی) بر روی سطح قطعه تشکیل می شود که معمولاً ۸۰۰ تا ۹۵۰ ویکرز سختی دارد. با افزایش درصد این عناصر آلیاژی، سختی سطح نیتروژن داده شده افزایش یافته ولی ضخامت لایه سخت سطحی کاهش می یابد. مهمترین عنصر نیتریدزا آلومینیوم است، بنابراین فولادهای حاوی ۱٫۵-۰٫۸۵ درصد آلومینیوم بهترین عملکرد را در بین فولادهای کم آلیاژ نیتروژن دهی شده دارا هستند.
البته نباید از نظر دور داشت که حتی چدن ها و فولادهای کربنی ساختمانی را هم می توان نیتریده کرد. نیتریده کردن فولادهای ابزار و فولادهای زنگ نزن هم به وفور در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. با این وجود، در کلید فولاد، فولادهای نیتریده به تعداد محدودی فولاد کربن متوسط کم آلیاژ یا آلیاژ متوسطِ حاوی عناصر آلومینیوم، کروم، مولیبدن و گاه وانادیم و نیکل اطلاق می شود که در گروه ۱ کلید فولاد معرفی شده اند. این بدان دلیل است که این فولادها دارای بهترین شرایط و کارکرد از نظر سختی سطحی، عمق سختی و خواص فولاد نیتروژن دهی شده هستند. توضیح بیشتر این مطلب این است که بدون حضور عناصر آلیاژی با میل ترکیبی زیاد با نیتروژن در فولادهای کربنی و کم آلیاژ، نیتروژن در سطح قطعه با آهن تشکیل فاز نیترید گاما پیرین (ʹγ) با فرمول شیمیایی Fe4N می دهد که به آن لایه ی سفید می گویند. دلیل این نامگذاری این است که این لایه در تصاویر متالوگرافی به رنگ سفید دیده می شود. با افزایش درصد نیتروژن، فاز نیترید اپسیلن (ɛ) با فرمول شیمیایی Fe2-3N هم همراه با فاز ʹγ تشکیل می شود. به این لایه ی دو فازی، لایه ی ترکیبی می گویند که باز به صورت یک لایه ی سفید در تصاویر متالوگرافی دیده می شود. در زیر این لایه ی سفید، دیفیوژن یا نفوذ نیتروژن تا یک ضخامتی ادامه می یابد. به این ناحیه، ناحیه ی نفوذی می گویند که سختی کمتری هم دارد. در فولادهای کربنی نیتروژن دهی شده، تشکیل این لایه ها و پراکندگی نیتریدها در عمق نسبتاً زیادی از قطعه، باعث کاهش سختی می شود. در حالی که در فولادهای نیتروره، لایه ی سفید در حداقل ضخامت تشکیل می شود و نیتریدهای آلیاژی بسیار ریز و پراکنده در ساختار لایه ی کم عمق سطحی، عامل اصلی سختی زیاد و خواص مطلوب سخت کاری سطحی در این فولادها است.
لایه سفید سطحی در فولاد نیتروژن دهی شده ی AMS 6470
پرسش ۴۲- نیتروژن دهی به فولاد (نیتراسیون) چگونه انجام می شود؟ اصول نیتروژن دهی به داخل فولاد چیست؟
نیتروژن دهی یک عملیات ترموشیمیایی است که در آن، نیتروژن به روش های مختلف به سطح فولاد اضافه می شود. در نیتروژن دهی برخلاف کربن دهی، نیتروژن هم در آهن α و هم در آهن γ می تواند نفوذ کند، لذا برای نیتروژن دهی احتیاجی به تغییر شکل ساختاری به آستنیت نبوده و در درجه حرارت های پایین (زیر درجه حرارت یوتکتوئید یعنی حدود ۵۹۱ درجه سانتیگراد) انجام می شود. در این محدوده ی دمایی، ساختار فولادهای نیتروره شامل فریت است. معمولاً در صنایع، نیتروژن دهی را در درجه حرارت حدود ۵۲۵-۵۰۰ درجه سانتیگراد انجام می دهند. حد پایین دمای نیتروژن دهی نیز حدود ۴۸۰ و حد بالای آن حدود ۶۱۰ درجه سانتیگراد است. هر چه دمای نیتروژن دهی بیشتر باشد، عمق نیتروره بیشتر و سختی کمتر می شود. هنگامی که فولاد در این محدوده دمایی برای مدت زمان مشخص در تماس با مواد نیتروژن ده قرار می گیرد، نیتروژن اتمی جذب سطح فولاد می شود و سپس به داخل آن نفوذ می کند. نفوذ اتم های نیتروژن به لایه سطحی در امتداد مرزدانه ها و از آنجا به داخل دانه ها انجام می گیرد. با ادامه ی نفوذ، نیتریدهای آهن و نیتریدهای آلیاژی تشکیل و رشد می کنند. عمق لایه نیتروره معمولاً کمتر از یک میلی متر و در صنعت حدود ۰٫۳ تا ۰٫۶ میلی متر است.
پرسش ۴۳- عوامل موثر و کنترل کننده ی سختی، عمق نیتروره و فرایند نیتروژن دهی به فولاد کدام ها هستند؟
عوامل مهم موثر بر نیتروژن دهی عبارتند از:
- دمای نیتروژن دهی:
با افزایش دمای نیتروژن دهی، نفوذ نیتروژن به داخل فولاد بیشتر می شود، در نتیجه عمق لایه ی نیتروره بیشتر و سختی آن کمتر می شود.
- زمان نیتروژن دهی:
عمق نفوذ نیتروژن با گذشت زمان بیشتر می شود تا اینکه به تدریج از سرعت افزایش عمق نفوذ کاسته می شود و پس از یک زمان مشخصی، هر چه زمان بیشتری هم صرف نیتروژن دهی شود، سرعت نفوذ آنقدر ناچیز می شود که باعث غیر اقتصادی شدن ادامه ی عملیات می شود. زمان نیتروژن دهی در دمای ۵۲۰-۵۰۰ درجه سانتیگراد برای رسیدن به عمق لایه ی نیتروره ی ۰٫۶-۰٫۳ میلی متر، در حدود ۲۴ تا ۹۰ ساعت است. برای کاهش این مدت زمان می توان دما را تا ۵۶۰-۵۴۰ درجه سانتیگراد افزایش داد. در این صورت، زمان کاهش می یابد ولی سختی هم کم شده و تغییر شکل قطعه بیشتر می شود.
- عناصر آلیاژی:
وجود عناصر آلیاژی نظیر کروم، وانادیم، آلومینیوم، مولیبدن و تنگستن در فولاد بر روی افزایش سختی لایه ی نیتروره به شدت موثر است ولی در عین حال، نفوذ را مشکل تر کرده و عمق سختی را کم می کند. آلومینیوم باعث درشت شدن دانه ها می شود، لذا مقدار آن را حداکثر ۱٫۲ درصد در نظر می گیرند. کروم از این نظر مشکلی به وجود نمی آورد ولی فولادهای کروم دار به بازگشت از ۵۰۰ درجه سانتیگراد حساس بوده و موجب شکنندگی فولاد برگشت داده شده می شود. این مشکل را می توان با افزودن ۰٫۲۵-۰٫۳ مولیبدن به فولاد برطرف نمود.
پرسش ۴۴- نیتروژن دهی (نیتراسیون) به چه روش هایی انجام می شود؟ از چه نوع موادی برای نیتروژن دهی به سطح فولاد استفاده می شود؟
روش های مهم نیتروژن دهی به فولاد عبارتند از نیتروژن دهی گازی، نیتروژن دهی پلاسما و نیتروژن دهی در حمام نمک مذاب. در خصوص این روش ها در قسمت بعدی آموزش گام به گام کلید فولاد، پرسش هایی مطرح و پاسخ داده خواهد شد.
خواهشمند است نظرات، پیشنهادات و سوالات خود را در پایین همین صفحه در قسمت ثبت دیدگاه مطرح بفرمایید. قسمت بعدی آموزش گام به گام کلید فولاد را هم دنبال کنید.
سایر قسمت ها:
آموزش گام به گام کلید فولاد – قسمت ۱
آموزش گام به گام کلید فولاد – قسمت ۲
آموزش گام به گام کلید فولاد – قسمت ۳
آموزش گام به گام کلید فولاد – قسمت ۴
آموزش گام به گام کلید فولاد – قسمت ۵
آموزش گام به گام کلید فولاد – قسمت ۶
آموزش گام به گام کلید فولاد – قسمت ۷
آموزش گام به گام کلید فولاد – قسمت ۸
آموزش گام به گام کلید فولاد – قسمت ۹
آموزش گام به گام کلید فولاد – قسمت ۱۱
آموزش گام به گام کلید فولاد – قسمت ۱۲
آموزش گام به گام کلید فولاد – قسمت ۱۳
آموزش گام به گام کلید فولاد – قسمت ۱۴
آموزش گام به گام کلید فولاد – قسمت ۱۵
آموزش گام به گام کلید فولاد – قسمت ۱۶
آموزش گام به گام کلید فولاد – قسمت ۱۷
آموزش گام به گام کلید فولاد – قسمت ۱۸
 |
 |
 |
 |
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.