تأثیر فرآیند عملیات حرارتی بر ریزساختار و سختی آهنگری چرخ دنده فولادی 20CrMoH
فولاد 20CrMoH یک فولاد ساختاری آلیاژی با کیفیت بالا است. به دلیل ترکیب عناصر آلیاژی مانند کروم (Cr) و مولیبدن (Mo)، قابلیت سخت‌شوندگی، تعادل استحکام-چقرمگی و ماشین‌کاری عالی را نشان می‌دهد. این ماده معمولاً برای آهنگری چرخ دنده‌های با بار سنگین در خودرو، ماشین‌آلات ساختمانی و سایر زمینه‌ها استفاده می‌شود. خواص نهایی آن، به‌ویژه ریزساختار و سختی، تا حد زیادی به فرآیندهای عملیات حرارتی بستگی دارد. فرآیندهای مختلف با تغییر تحولات فازی، توزیع کربن و حالت دانه‌ها در فولاد، تفاوت‌های قابل توجهی ایجاد می‌کنند. در ادامه یک تجزیه و تحلیل دقیق از سه جنبه ارائه می‌شود:فرآیندهای عملیات حرارتی اولیه, فرآیندهای عملیات حرارتی نهایی, و تأثیر پارامترهای کلیدی فرآیند.
پس از آهنگری، آهنگری چرخ دنده یک ریزساختار ناهمگن (مانند دانه‌های بیش از حد گرم شده، ساختار ویدمن‌اشتاتن، پرلیت نواری و غیره) تشکیل می‌دهد و تنش آهنگری را حفظ می‌کند. عملیات حرارتی اولیه (نرمالیزاسیون یا آنیل) برای از بین بردن عیوب و ایجاد پایه و اساس برای پردازش‌های بعدی و عملیات حرارتی نهایی مورد نیاز است.
- ویژگی‌های فرآیند: آهنگری تا 30-50 درجه سانتی‌گراد بالاتر از Ac₃ (دمای بحرانی آستنیته شدن، تقریباً 880-920 درجه سانتی‌گراد) گرم می‌شود، به مدت کافی برای آستنیته کردن کامل ریزساختار نگه داشته می‌شود و سپس خنک‌سازی با هوا تا دمای اتاق انجام می‌شود.
- تأثیر بر ریزساختار:
خنک‌سازی سریع (خنک‌سازی با هوا) در نرمالیزاسیون می‌تواند از رسوب شبکه‌ای فریت در امتداد مرزهای دانه جلوگیری کند، دانه‌ها را ریز کند و ریزساختار را به پرلیت ریز یکنواخت + مقدار کمی فریت (لاملاهای پرلیت ریزتر هستند) تبدیل کند و ساختار ویدمن‌اشتاتن و دانه‌های درشت پس از آهنگری را از بین ببرد.
- تأثیر بر سختی:
ساختار مخلوط پرلیت ریز و فریت دارای سختی متوسط است، معمولاً 180-220HBW، که نه تنها الزامات پردازش برش بعدی (ماشین‌کاری در صورت سختی زیر 250HBW خوب است) را برآورده می‌کند، بلکه یک ریزساختار اولیه یکنواخت را برای عملیات حرارتی نهایی مانند کربوریزاسیون فراهم می‌کند.
- ویژگی‌های فرآیند: آنیل کامل (گرم کردن تا 20-30 درجه سانتی‌گراد بالاتر از Ac₃، به دنبال آن خنک‌سازی آهسته با کوره پس از نگهداری) یا آنیل ایزوترمال (نگهداری در محدوده دمای تبدیل پرلیت پس از گرم کردن) معمولاً استفاده می‌شود.
- تأثیر بر ریزساختار:
خنک‌سازی آهسته امکان انتشار کافی کربن را فراهم می‌کند و در نتیجه پرلیت + فریت یکنواخت‌تر (لاملاهای پرلیت ضخیم‌تر و توزیع‌شده‌تر هستند)، تنش آهنگری و جدایش ترکیب را به طور کامل از بین می‌برد. در مورد آنیل کروی‌سازی (برای مناطق با کربن بالا)، کاربیدها را می‌توان کروی کرد تا ماشین‌کاری بیشتر بهبود یابد.
- تأثیر بر سختی:
ریزساختار پس از آنیل نرم‌تر است، با سختی معمولاً 160-190HBW، که کمتر از سختی پس از نرمالیزاسیون است. برای آهنگری با اشکال پیچیده و دشواری برش بالا مناسب است، اما چرخه تولید طولانی‌تر است.
چرخ دنده‌ها باید الزامات عملکردی "سختی سطح بالا برای مقاومت در برابر سایش و چقرمگی هسته بالا برای مقاومت در برابر ضربه" را برآورده کنند. بنابراین، عملیات حرارتی نهایی عمدتاً کربوریزاسیون-سخت‌کاری + تمپرینگ در دمای پایین است. برخی از چرخ دنده‌های با بار کم ممکن است سخت‌کاری و تمپرینگ را اتخاذ کنند.
این فرآیند اصلی برای چرخ دنده‌های فولادی 20CrMoH است که با "کربوریزاسیون برای غنی‌سازی محتوای کربن سطح → سخت‌کاری برای به دست آوردن مارتنزیت → تمپرینگ در دمای پایین برای از بین بردن تنش" به تطابق عملکردی دست می‌یابد.
برخی از چرخ دنده‌های با بار کم (مانند چرخ دنده‌های کمکی با انتقال گشتاور کوچک) ممکن است سخت‌کاری و تمپرینگ را به عنوان عملیات حرارتی نهایی اتخاذ کنند تا تعادلی بین استحکام و چقرمگی ایجاد شود.
- ویژگی‌های فرآیند: سخت‌کاری در دمای 860-880 درجه سانتی‌گراد (خنک‌سازی با آب یا خنک‌سازی با روغن) و به دنبال آن تمپرینگ در دمای بالا در دمای 600-650 درجه سانتی‌گراد.
- تأثیر بر ریزساختار: تشکیل سوربیت تمپر شده (کاربیدهای ریز که به طور یکنواخت در ماتریس فریت توزیع شده‌اند)، با دانه‌های ریز و یکنواخت.
- تأثیر بر سختی: سختی متوسط (220-280HBW)، متعادل‌کننده استحکام (σb ≥ 800MPa) و چقرمگی (انرژی ضربه ≥ 60J)، اما سطح لایه با سختی بالا ندارد و مقاومت در برابر سایش ضعیف است.
پارامترهای فرآیند عملیات حرارتی (دما، زمان نگهداری، سرعت خنک‌سازی) مستقیماً پایداری ریزساختار و سختی را تعیین می‌کنند. تأثیرات رایج به شرح زیر است:
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!