قطعه فولادی در فرآیند نرماله کردن، تا دمایی بالاتر نسبت به فرآیند آنیل کردن، حرارت می بیند. در مرحله مربوط به سرد کردن قطعه فولادی نیز، در روش آنیل کردن فولاد، قطعه در کوره سرد می شود ولی در روش نرماله کردن، قطعه در هوا سرد می شود. فولادهایی که تحت عملیات نرماله شدن قرار گرفته اند نسبت به فولادهایی که آنیله شده اند، دانه ریزتر بوده و استحکام بالاتری دارند. در نقطه مقابل، انعطاف پذیری فولادهای آنیله شده نسبت به فولادهای نرماله شده بیشتر است.
به طور کلی برای سخت کردن قطعات فولادی از یکی از این روش های کوئینچ کردن، آستمپر و یا مارتمپر کردن استفاده می کنند. عملیات حرارتی فولاد به روش کوئینچ کردن، در ابتدا فلز را تا دمای آستنیته شدن یعنی چیزی حدود بین 815 الی 900 درجه سانتی گراد گرم کرده سپس آن را به سرعت خنک می کنند. خنک کردن قطعه فولادی می تواند به وسیله سیل آب یا آب نمک، فرو بردن در روغن مخصوص یا آب، اسپری کردن محلول های خاص روی فولاد، قرار گیری در معرض هوای فشرده و مرطوب و غیره انجام گیرد. عملیات کوئینچ کردن یا سخت کردن به این منظور انجام می شود که استحکام و مقاومت فولاد یا هر آلیاژ دیگر بالاتر برده شود و مقاومت آن در برابر فشار و فرسایش افزایش یابد. باید توجه داشت که فقط زمانی از عملیات حرارتی کوئینچ کردن استفاده می شود که به سختی خیلی بالایی نیاز داشته باشیم، زیرا عملیات حرارتی کوئینچ باعث تردی و شکنندگی بیشتر قطعه خواهد شد.
نکته ای که باید در عملیات کوئینچ دقت کرد این است که تمام نقاط قطعه باید به طور یکنواخت گرم و سپس سرد شود که این برای قطعاتی که ابعاد نامنظم دارند حائز اهمیت بیشتر است. اگر از آب برای سرد کردن استفاده شود، ممکن است موجب بروز ترک های ریز شود و اگر از روغن استفاده شود، ممکن است رسوبی را روی قطعه ایجاد کند که باعث کند شدن زمان سرد شدن فولاد و در نتیجه کاهش سختی فولاد در مقایسه با فولادی که با آب سرد شده است، می شود.
یکی دیگر از عملیات حرارتی فولاد، آستمپر کردن است. این عملیات برای کاهش تنش هایی استفاده می شود که در حین عملیات سخت کردن فولاد ایجاد شده اند. هدف از عملیات حرارتی آستمپر کردن فولاد، افزایش انعطاف پذیری و استحکام در برابر ضربه و همین طور، کاهش یا حذف تنش های داخلی، تاب برداشتن، تغییر شکل و ترک های حاصل از عملیات کوئینچ کردن است. عملیات حرارتی آستمپر کردن شامل مراحل زیر است :
به عملیات مارتمپرینگ فولاد، سریع سرد کردن غیر پیوسته یا مار کوئینچینگ هم می گویند. در طی این نوع از عملیات حرارتی، فولاد را تا دمای آستینیته گرم می کنند و در مرحله بعد، آن را به سرعت درون روغن داغ که دمای 175 درجه سانتی گراد دارد سرد می کنند. باید توجه شود که به ازای هر 1 سانتی متر ضخامت در قطعه، قطعه فولادی باید حدود 2 تا 4 دقیقه درون روغن داغ قرار بگیرد تا تمامی قسمت های قطعه فولادی به طور یکنواخت خنک شود. سرد کردن قطعه فولادی در روش مارتمپر کردن باید به گونه ای باشد که مرکز قطعه و سطح آن به طور هم زمان سرد شوند. در مرحله آخر، قطعه را تمپر می کنند.
در این روش، لایه سطحی فولاد کم کربن را با استفاده از موادی که کربن دهی هستند، به طور سطحی کربن دهی و سخت می کنند. قطعه فولاد حاصله از این نوع از عملیات حرارتی به گونه ای است که سطحی سخت ولی حجم و درونی نرم دارد، یعنی سطح قطعه فولادی از فولاد پرکربن است و درون آن از فولاد کم کربن تشکیل شده است. عملیات حرارتی کربن دهی به پنج صورت زیر انجام می گیرد:
نیتروژن دهی فولاد، نوع دیگری از عملیات حرارتی فولاد بوده که طی آن، قطعات فولادی در محیط سرشار و غنی از نیتروژن تا دمای خاصی گرم می شوند و تا مدت معینی در این دما می مانند تا نیتروژن جذب کرده و سپس سرد می شوند. نفوذ نیتروژن به فولاد باعث ایجاد لایه ای سخت خواهد شد و دیگر نیازی به سخت کاری نیست. نیتروژن دهی فولاد نیز مانند کربن دهی دارای انواع نیتروژن دهی جامد، مایع، گازی و پلاسمایی است.
جمع بندی
عملیات حرارتی فولاد به مجموعه عملیاتی گفته می‌شود که طی آن قطعه فولادی را تحت شرایط خاص تحت تأثیر قرار می‌دهند تا طی فرآیندهای کنترل‌شده گرمایش و سرمایش، قطعه فولادی دارای خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و متالوژیکی دلخواه و بهبودیافته شود و کارایی بهتری پیدا کند. در این مقاله انواع این عملیات و ویژگی‌های هر یک معرفی شد تا با رمز و راز این متریال پرکاربرد آشنا شوید.
در متالورژی کوئنچ کردن (Quenching) به فرآیندی گفته می‌شود که در آن قطعه‌کار پس از گرم شدن در یک دمای معین و در یک زمان حساب شده، به سرعت سرد می‌شود که با توجه به خواص مکانیکی مد نظر این سرد شدن در آب یا روغن و یا در هوا صورت می‌پذیرد. کوئنچ کردن یک عملیات حرارتی است که از فرآیندها و تغییرات نامطلوبی که در فلزات در دماهای پایین رخ می‌دهد (مانند تغییر فاز) جلوگیری می‌کند.
این امر از طریق کاهش زمان سرد کردن فلزات و یا افزایش نرخ سرد شدن صورت می‌گیرد.
از جمله تغییراتی که در حین فرآیند کوئنچ کردن صورت می‌گیرد، می‌توان به کاهش اندازه دانه‌ها اشاره نمود که این موضوع هم برای مواد فلزی و هم برای مواد پلاستیکی صورت می‌پذیرد. از دیگر تغییرات این فرآیند افزایش سختی مواد است.
سه فلز آهن، نیکل و کبالت خواص مغناطیسی دارند که به آن‌ها «فلزات فرو مغناطیسی» گفته می‌شود. گرمایش این فلزات، خاصیت مغناطیسی آن‌ها را تغییر می‌دهد، تا زمانی که کلا این خاصیت مغناطیسی از بین برود. دمایی که خاصیت مغناطیسی در آن به‌کلی از بین می‌رود به “دمای کوری” معروف است. این دما برای نیکل، 330 درجه سانتی‌گراد، برای کبالت 1100 درجه سانتی‌گراد، و برای آهن، 770 درجه سانتی‌گراد است.
در متالورژی کوئنچ کردن (Quenching) به فرآیندی گفته می‌شود که در آن قطعه‌کار پس از گرم شدن در یک دمای معین و در یک زمان حساب شده، به سرعت سرد می‌شود که با توجه به خواص مکانیکی مد نظر این سرد شدن در آب یا روغن و یا در هوا صورت می‌پذیرد. کوئنچ کردن یک عملیات حرارتی است که از فرآیندها و تغییرات نامطلوبی که در فلزات در دماهای پایین رخ می‌دهد (مانند تغییر فاز) جلوگیری می‌کند.
این امر از طریق کاهش زمان سرد کردن فلزات و یا افزایش نرخ سرد شدن صورت می‌گیرد.
از جمله تغییراتی که در حین فرآیند کوئنچ کردن صورت می‌گیرد، می‌توان به کاهش اندازه دانه‌ها اشاره نمود که این موضوع هم برای مواد فلزی و هم برای مواد پلاستیکی صورت می‌پذیرد. از دیگر تغییرات این فرآیند افزایش سختی مواد است.