مقدمهای بر فرآیندهای عملیات حرارتی رایج برای زنجیرهای غلتکی
در فرآیند تولید زنجیرهای غلتکی، فرآیند عملیات حرارتی یک حلقه کلیدی برای بهبود عملکرد آنها است. از طریق عملیات حرارتی، استحکام، سختی، مقاومت در برابر سایش و چقرمگی زنجیرهای غلتکی میتواند به طور قابل توجهی بهبود یابد، در نتیجه عمر مفید آنها افزایش یافته و الزامات استفاده را در شرایط کاری پیچیده مختلف برآورده میکند. در ادامه مقدمهای مفصل بر چندین فرآیند عملیات حرارتی رایج برای زنجیرهای غلتکی آمده است:
I. فرآیند کوئنچ و تمپر کردن
(۱) کوئنچ کردن
کوئنچینگ فرآیندی است که در آن زنجیر غلتکی تا دمای معینی (معمولاً بالاتر از Ac3 یا Ac1) گرم میشود، برای مدت زمان مشخصی گرم نگه داشته میشود و سپس به سرعت خنک میشود. هدف از آن، ایجاد ساختار مارتنزیتی با سختی و استحکام بالا در زنجیر غلتکی است. محیطهای کوئنچینگ رایج شامل آب، روغن و آب نمک هستند. آب سرعت خنک شدن بالایی دارد و برای زنجیرهای غلتکی با اشکال ساده و اندازههای کوچک مناسب است. روغن سرعت خنک شدن نسبتاً پایینی دارد و برای زنجیرهای غلتکی با اشکال پیچیده و اندازههای بزرگ مناسب است.
(II) تمپر کردن
تمپر کردن فرآیندی است که در آن زنجیر غلتکی کوئنچ شده تا دمای معینی (معمولاً زیر Ac1)، گرم نگه داشتن آن و سپس خنک کردن آن، دوباره گرم میشود. هدف از آن حذف تنش داخلی ایجاد شده در طول فرآیند کوئنچ، تنظیم سختی و بهبود چقرمگی است. بر اساس دمای تمپر کردن، میتوان آن را به تمپر کردن در دمای پایین (150 تا 250 درجه سانتیگراد)، تمپر کردن در دمای متوسط (350 تا 500 درجه سانتیگراد) و تمپر کردن در دمای بالا (500 تا 650 درجه سانتیگراد) تقسیم کرد. تمپر کردن در دمای پایین میتواند ساختار مارتنزیت تمپر شده با سختی بالا و چقرمگی خوب را به دست آورد. تمپر کردن در دمای متوسط میتواند ساختار تروستیت تمپر شده با استحکام تسلیم بالا و پلاستیسیته و چقرمگی خوب را به دست آورد. تمپر کردن در دمای بالا میتواند ساختار تروستیت تمپر شده با خواص مکانیکی جامع خوب را به دست آورد.
۲. فرآیند کربندهی
کربندهی به معنای نفوذ اتمهای کربن به سطح زنجیر غلتکی و تشکیل یک لایه کربندهی شده پرکربن است که در نتیجه سختی سطح و مقاومت به سایش را بهبود میبخشد، در حالی که هسته همچنان چقرمگی فولاد کم کربن را حفظ میکند. فرآیندهای کربندهی شامل کربندهی جامد، کربندهی گازی و کربندهی مایع است. در میان آنها، کربندهی گازی پرکاربردترین روش است. با قرار دادن زنجیر غلتکی در اتمسفر کربندهی، اتمهای کربن در دما و زمان مشخصی به سطح نفوذ میکنند. پس از کربندهی، معمولاً برای بهبود بیشتر سختی سطح و مقاومت به سایش، کوئنچ و تمپر در دمای پایین مورد نیاز است.
۳. فرآیند نیتریدینگ
نیتریدینگ به معنای نفوذ اتمهای نیتروژن به سطح زنجیر غلتکی برای تشکیل نیتریدها است که در نتیجه سختی سطح، مقاومت در برابر سایش و استحکام خستگی را بهبود میبخشد. فرآیند نیتریدینگ شامل نیتریدینگ گازی، نیتریدینگ یونی و نیتریدینگ مایع است. نیتریدینگ گازی به معنای قرار دادن زنجیر غلتکی در یک اتمسفر حاوی نیتروژن و در دما و زمان مشخص است که به اتمهای نیتروژن اجازه میدهد به سطح نفوذ کنند. زنجیر غلتکی پس از نیتریدینگ دارای سختی سطحی بالا، مقاومت در برابر سایش خوب و تغییر شکل کوچک است که برای زنجیرهای غلتکی با اشکال پیچیده مناسب است.
۴. فرآیند کربونیتروژندهی
کربنیتریدینگ به معنای نفوذ همزمان کربن و نیتروژن به سطح زنجیر غلتکی برای تشکیل کربنیتریدها است که در نتیجه سختی سطح، مقاومت در برابر سایش و استحکام خستگی را بهبود میبخشد. فرآیند کربنیتریدینگ شامل کربنیتریدینگ گازی و کربنیتریدینگ مایع است. کربنیتریدینگ گازی به معنای قرار دادن زنجیر غلتکی در اتمسفری حاوی کربن و نیتروژن و در دما و زمان مشخص است که به کربن و نیتروژن اجازه میدهد همزمان به سطح نفوذ کنند. زنجیر غلتکی پس از کربنیتریدینگ دارای سختی سطحی بالا، مقاومت در برابر سایش خوب و عملکرد ضد گازگرفتگی خوبی است.
۵. فرآیند آنیل
آنیل کردن فرآیندی است که در آن زنجیر غلتکی تا دمای معینی (معمولاً 30-50 درجه سانتیگراد بالاتر از Ac3) گرم میشود، برای مدت زمان مشخصی گرم نگه داشته میشود، به آرامی با کوره تا زیر 500 درجه سانتیگراد خنک میشود و سپس در هوا خنک میشود. هدف آن کاهش سختی، بهبود پلاستیسیته و چقرمگی و تسهیل پردازش و عملیات حرارتی بعدی است. زنجیر غلتکی پس از آنیل کردن دارای ساختار یکنواخت و سختی متوسطی است که میتواند عملکرد برش را بهبود بخشد.
۶. فرآیند عادیسازی
نرمالسازی فرآیندی است که در آن زنجیر غلتکی تا دمای خاصی (معمولاً بالاتر از Ac3 یا Acm) گرم میشود، گرم نگه داشته میشود، از کوره خارج شده و در هوا خنک میشود. هدف از آن اصلاح دانهها، یکنواخت کردن ساختار، بهبود سختی و استحکام و بهبود عملکرد برش است. زنجیر غلتکی پس از نرمالسازی دارای ساختار یکنواخت و سختی متوسطی است که میتواند به عنوان عملیات حرارتی نهایی یا به عنوان عملیات حرارتی اولیه مورد استفاده قرار گیرد.
۷. فرآیند درمان پیری
عملیات پیرسازی فرآیندی است که در آن زنجیر غلتکی تا دمای معینی گرم میشود، برای مدت زمان مشخصی گرم نگه داشته میشود و سپس خنک میشود. هدف از آن از بین بردن تنش پسماند، تثبیت اندازه و بهبود استحکام و سختی است. عملیات پیرسازی به دو دسته پیرسازی طبیعی و پیرسازی مصنوعی تقسیم میشود. پیرسازی طبیعی به معنای قرار دادن زنجیر غلتکی در دمای اتاق یا شرایط طبیعی برای مدت طولانی است تا به تدریج تنش پسماند آن از بین برود. پیرسازی مصنوعی به معنای گرم کردن زنجیر غلتکی تا دمای بالاتر و انجام عملیات پیرسازی در مدت زمان کوتاهتر است.
۸. فرآیند کوئنچ سطحی
کوئنچ سطحی فرآیندی است که در آن سطح زنجیر غلتکی تا دمای معینی گرم شده و به سرعت سرد میشود. هدف آن بهبود سختی سطح و مقاومت در برابر سایش است، در حالی که هسته همچنان چقرمگی خوب خود را حفظ میکند. فرآیندهای کوئنچ سطحی شامل کوئنچ سطحی با گرمایش القایی، کوئنچ سطحی با گرمایش شعلهای و کوئنچ سطحی با گرمایش تماسی الکتریکی است. کوئنچ سطحی با گرمایش القایی از گرمای تولید شده توسط جریان القایی برای گرم کردن سطح زنجیر غلتکی استفاده میکند که مزایای آن سرعت گرمایش سریع، کیفیت کوئنچ خوب و تغییر شکل کوچک است.
۹. فرآیند تقویت سطح
فرآیند تقویت سطح، تشکیل یک لایه تقویتکننده با خواص ویژه روی سطح زنجیر غلتکی از طریق روشهای فیزیکی یا شیمیایی است که در نتیجه سختی سطح، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خستگی را بهبود میبخشد. فرآیندهای رایج تقویت سطح شامل ساچمهزنی، تقویت نورد، تقویت نفوذ فلز و غیره است. ساچمهزنی استفاده از ساچمه با سرعت بالا برای ضربه زدن به سطح زنجیر غلتکی است، به طوری که تنش فشاری پسماند روی سطح ایجاد میشود و در نتیجه مقاومت در برابر خستگی بهبود مییابد. تقویت نورد استفاده از ابزارهای نورد برای غلتاندن سطح زنجیر غلتکی است، به طوری که سطح تغییر شکل پلاستیکی ایجاد میکند و در نتیجه سختی سطح و مقاومت در برابر سایش بهبود مییابد.
۱۰. فرآیند بورینگ
بوریداسیون به معنای نفوذ اتمهای بور به سطح زنجیر غلتکی برای تشکیل بوریدها است که در نتیجه سختی سطح و مقاومت در برابر سایش را بهبود میبخشد. فرآیندهای بوریداسیون شامل بوریداسیون گازی و بوریداسیون مایع است. بوریداسیون گازی به معنای قرار دادن زنجیر غلتکی در اتمسفر حاوی بور و در دما و زمان مشخص، اجازه دادن به اتمهای بور برای نفوذ به سطح است. زنجیر غلتکی پس از بوریداسیون دارای سختی سطحی بالا، مقاومت در برابر سایش خوب و عملکرد ضد گازگرفتگی خوبی است.
۱۱. فرآیند عملیات حرارتی کوئنچ ثانویه کامپوزیت
عملیات حرارتی کوئنچ ثانویه مرکب، یک فرآیند عملیات حرارتی پیشرفته است که از طریق دو فرآیند کوئنچ و تمپر، عملکرد زنجیرهای غلتکی را به طور قابل توجهی بهبود میبخشد. این فرآیند معمولاً شامل مراحل زیر است:
(I) اولین کوئنچینگ
زنجیر غلتکی تا دمای بالاتری (معمولاً بالاتر از دمای کوئنچ مرسوم) گرم میشود تا ساختار داخلی آن کاملاً آستنیته شود و سپس به سرعت سرد میشود تا ساختار مارتنزیتی تشکیل شود. هدف از این مرحله بهبود سختی و استحکام زنجیر غلتکی است.
(II) اولین عملیات حرارتی
زنجیر غلتکی پس از اولین کوئنچ، تا دمای متوسط (معمولاً بین ۳۰۰ تا ۵۰۰ درجه سانتیگراد) گرم میشود، برای مدت زمان مشخصی گرم نگه داشته میشود و سپس خنک میشود. هدف از این مرحله، حذف تنش داخلی ایجاد شده در طول فرآیند کوئنچ، ضمن تنظیم سختی و بهبود چقرمگی است.
(III) کوئنچ دوم
زنجیر غلتکی پس از اولین تمپرینگ، دوباره تا دمای بالاتر، اما کمی پایینتر از دمای کوئنچ اول، گرم میشود و سپس به سرعت سرد میشود. هدف از این مرحله، اصلاح بیشتر ساختار مارتنزیتی و بهبود سختی و مقاومت به سایش زنجیر غلتکی است.
(IV) عملیات حرارتی ثانویه
زنجیر غلتکی پس از کوئنچ دوم تا دمای پایینتری (معمولاً بین ۱۵۰ تا ۲۵۰ درجه سانتیگراد) گرم میشود، برای مدت زمان مشخصی گرم نگه داشته میشود و سپس خنک میشود. هدف از این مرحله حذف بیشتر تنشهای داخلی، تثبیت اندازه و حفظ سختی بالا و مقاومت در برابر سایش است.
۱۲. فرآیند کربندهی مایع
کربندهی مایع یک فرآیند کربندهی ویژه است که با غوطهور کردن زنجیر غلتکی در یک محیط کربندهی مایع، به اتمهای کربن اجازه میدهد تا به سطح نفوذ کنند. این فرآیند مزایای سرعت کربندهی بالا، لایه کربندهی یکنواخت و قابلیت کنترل خوب را دارد. این فرآیند برای زنجیرهای غلتکی با اشکال پیچیده و الزامات دقت ابعادی بالا مناسب است. پس از کربندهی مایع، معمولاً برای بهبود بیشتر سختی سطح و مقاومت در برابر سایش، کوئنچ و تمپر در دمای پایین مورد نیاز است.
۱۳. فرآیند سخت شدن
سخت کاری به بهبود سختی و مقاومت در برابر سایش با بهبود ساختار داخلی زنجیر غلتکی اشاره دارد. مراحل خاص به شرح زیر است:
(۱) گرمایش
زنجیر غلتکی تا دمای سخت شدن حرارت داده میشود تا عناصری مانند کربن و نیتروژن در زنجیر حل و پخش شوند.
(ii) عایقبندی
پس از رسیدن به دمای سخت شدن، زمان عایقبندی مشخصی را حفظ کنید تا عناصر به طور یکنواخت پخش شوند و یک محلول جامد تشکیل دهند.
(iii) خنکسازی
زنجیر را سریع خنک کنید، محلول جامد یک ساختار دانه ریز تشکیل میدهد، سختی و مقاومت در برابر سایش را بهبود میبخشد.
۱۴. فرآیند نفوذ فلز
فرآیند نفوذ فلز، نفوذ عناصر فلزی به سطح زنجیر غلتکی برای تشکیل ترکیبات فلزی است که در نتیجه سختی سطح و مقاومت در برابر سایش را بهبود میبخشد. فرآیندهای رایج نفوذ فلز شامل کرومیزاسیون و نفوذ وانادیوم است. فرآیند کرومیزاسیون، قرار دادن زنجیر غلتکی در یک اتمسفر حاوی کروم است و در دما و زمان مشخص، اتمهای کروم به سطح نفوذ میکنند تا ترکیبات کروم را تشکیل دهند و در نتیجه سختی سطح و مقاومت در برابر سایش را بهبود میبخشند.
۱۵. فرآیند آلومینیزاسیون
فرآیند آلومینیزاسیون به معنای نفوذ اتمهای آلومینیوم به سطح زنجیر غلتکی برای تشکیل ترکیبات آلومینیومی است که در نتیجه مقاومت در برابر اکسیداسیون و خوردگی سطح را بهبود میبخشد. فرآیندهای آلومینیزاسیون شامل آلومینیزاسیون گازی و آلومینیزاسیون مایع است. آلومینیزاسیون گازی به معنای قرار دادن زنجیر غلتکی در یک اتمسفر حاوی آلومینیوم است و در دما و زمان مشخص، اتمهای آلومینیوم به سطح نفوذ میکنند. سطح زنجیر غلتکی پس از نفوذ آلومینیوم، مقاومت در برابر اکسیداسیون و خوردگی خوبی دارد و برای استفاده در محیطهای با دمای بالا و خورنده مناسب است.
۱۶. فرآیند نفوذ مس
فرآیند نفوذ مس، نفوذ اتمهای مس به سطح زنجیر غلتکی برای تشکیل ترکیبات مس است که در نتیجه مقاومت سایشی سطح و عملکرد ضد گازگرفتگی را بهبود میبخشد. فرآیند نفوذ مس شامل نفوذ گاز مس و نفوذ مس مایع است. نفوذ گاز مس به این صورت است که زنجیر غلتکی در یک اتمسفر حاوی مس قرار میگیرد و در دما و زمان مشخص، اتمهای مس به سطح نفوذ میکنند. سطح زنجیر غلتکی پس از نفوذ مس، مقاومت سایشی و عملکرد ضد گازگرفتگی خوبی دارد و برای استفاده در شرایط سرعت بالا و بار سنگین مناسب است.
۱۷. فرآیند نفوذ تیتانیوم
فرآیند نفوذ تیتانیوم، نفوذ اتمهای تیتانیوم به سطح زنجیر غلتکی برای تشکیل ترکیبات تیتانیوم است که در نتیجه سختی سطح و مقاومت در برابر سایش را بهبود میبخشد. فرآیند نفوذ تیتانیوم شامل نفوذ تیتانیوم گازی و نفوذ تیتانیوم مایع است. نفوذ تیتانیوم گازی به این معنی است که زنجیر غلتکی در یک اتمسفر حاوی تیتانیوم قرار میگیرد و در دما و زمان مشخصی، اتمهای تیتانیوم به سطح نفوذ میکنند. سطح زنجیر غلتکی پس از نفوذ تیتانیوم، سختی و مقاومت در برابر سایش خوبی دارد و برای شرایط کاری با سختی بالا و مقاومت در برابر سایش بالا مناسب است.
۱۸. فرآیند کبالت زنی
فرآیند کبالتزنی به معنای نفوذ اتمهای کبالت به سطح زنجیر غلتکی برای تشکیل ترکیبات کبالت است که در نتیجه سختی و مقاومت به سایش سطح را بهبود میبخشد. فرآیند کبالتزنی شامل کبالتزنی گازی و کبالتزنی مایع است. کبالتزنی گازی به معنای قرار دادن زنجیر غلتکی در اتمسفر حاوی کبالت است و در دما و زمان مشخص، اتمهای کبالت به سطح نفوذ میکنند. سطح زنجیر غلتکی پس از کبالتزنی دارای سختی و مقاومت به سایش خوبی است و برای شرایط کاری با سختی و مقاومت به سایش بالا مناسب است.
۱۹. فرآیند زیرکونیزاسیون
فرآیند زیرکونیزاسیون به معنای نفوذ اتمهای زیرکونیوم به سطح زنجیر غلتکی برای تشکیل ترکیبات زیرکونیوم است که در نتیجه سختی و مقاومت به سایش سطح را بهبود میبخشد. فرآیند زیرکونیزاسیون شامل زیرکونیزاسیون گازی و زیرکونیزاسیون مایع است. زیرکونیزاسیون گازی به معنای قرار دادن زنجیر غلتکی در اتمسفر حاوی زیرکونیوم است و در دما و زمان مشخص، اتمهای زیرکونیوم به سطح نفوذ میکنند. سطح زنجیر غلتکی پس از زیرکونیزاسیون دارای سختی و مقاومت به سایش خوبی است و برای شرایط کاری با سختی و مقاومت به سایش بالا مناسب است.
۲۰. فرآیند نفوذ مولیبدن
فرآیند نفوذ مولیبدن به معنای نفوذ اتمهای مولیبدن به سطح زنجیر غلتکی برای تشکیل ترکیبات مولیبدن است که در نتیجه سختی و مقاومت به سایش سطح را بهبود میبخشد. فرآیند نفوذ مولیبدن شامل نفوذ مولیبدن گازی و نفوذ مولیبدن مایع است. نفوذ مولیبدن گازی به معنای قرار دادن زنجیر غلتکی در اتمسفر حاوی مولیبدن و در دما و زمان مشخص، اجازه دادن به اتمهای مولیبدن برای نفوذ به سطح است. سطح زنجیر غلتکی پس از نفوذ مولیبدن دارای سختی و مقاومت به سایش خوبی است و برای شرایط کاری که نیاز به سختی و مقاومت به سایش بالا دارند، مناسب است.
زمان ارسال: ۲۱ ژوئیه ۲۰۲۵