سخت‌شوندگی و سخت‌شوندگی فولاد
- سخت‌شوندگی
سخت‌شوندگی به خاصیت ذاتی یک گرید فولاد برای دستیابی به عمق لایه سخت‌شده (لایه مارتنزیتی) در حین کوئنچ تحت شرایط مشخص اشاره دارد.
اینکه آیا یک قطعه فولادی می‌تواند به طور کامل سخت شود، به سرعت خنک‌کنندگی بحرانی (vk) فولاد در حین کوئنچ بستگی دارد.
شاخص اندازه‌گیری: با عمق لایه سخت‌شده موثر قابل دستیابی زمانی که یک قطعه آزمایشی استاندارد تحت شرایط خاصی کوئنچ می‌شود، بیان می‌شود.
عمق لایه سخت‌شده: به فاصله از سطح یک قطعه فولادی تا موقعیتی که ساختار مارتنزیتی 50٪ داخلی را تشکیل می‌دهد، اشاره دارد. هرچه عمق لایه سخت‌شده بیشتر باشد، سخت‌شوندگی بیشتر است. هنگامی که عمق لایه سخت‌شده به هسته می‌رسد، قطعه کار به طور کامل سخت می‌شود.
2. تأثیر سخت‌شوندگی بر خواص مکانیکی فولاد
سخت‌شوندگی تأثیر بسزایی بر خواص مکانیکی فولاد دارد. اگر یک قطعه کار به طور کامل سخت شود، خواص سطحی آن یکنواخت و سازگار است و به پتانسیل کامل خواص مکانیکی فولاد اجازه داده می‌شود. اگر به طور کامل سخت نشود، تفاوت‌هایی در خواص سطحی وجود خواهد داشت؛ به ویژه پس از تمپرینگ در دمای بالا، چقرمگی هسته کمتر از لایه سطحی خواهد بود.
تحت شرایط آستنیته کردن یکسان، سخت‌شوندگی یک نوع فولاد یکسان است.
برای عمق لایه سخت‌شده: کوئنچ در آب > کوئنچ در روغن؛ قطعات کار کوچک > قطعات کار بزرگ.
3. عوامل موثر بر سخت‌شوندگی
سخت‌شوندگی یک خاصیت ذاتی فولاد است که مستقل از شرایط خارجی فولاد (مانند شکل، اندازه، سطح و محیط خنک‌کننده) است، اما ارتباط نزدیکی با سرعت خنک‌کنندگی بحرانی آن دارد. هرچه سرعت خنک‌کنندگی بحرانی کمتر باشد، سخت‌شوندگی فولاد بیشتر است.
تمام عواملی که بر سرعت خنک‌کنندگی بحرانی (یا موقعیت منحنی C) تأثیر می‌گذارند - مانند ترکیب شیمیایی، دمای کوئنچ و زمان نگهداری - بر سخت‌شوندگی تأثیر می‌گذارند.
1）ترکیب شیمیایی
- محتوای کربن: در میان فولادهای هیپویوتکتوئیدی، فولادهای یوتکتوئیدی و فولادهای هایپریوتکتوئیدی، فولاد یوتکتوئیدی کمترین سرعت خنک‌کنندگی بحرانی و بالاترین سخت‌شوندگی را در بین فولادهای کربنی دارد. سخت‌شوندگی فولاد هیپویوتکتوئیدی با افزایش محتوای کربن افزایش می‌یابد. در محدوده دمای گرمایش کوئنچ معمولی، سخت‌شوندگی فولاد هایپریوتکتوئیدی با افزایش محتوای کربن کاهش می‌یابد.
- عناصر آلیاژی: تمام عناصر آلیاژی به جز کبالت، منحنی C را به سمت راست منتقل می‌کنند، سرعت خنک‌کنندگی بحرانی را کاهش می‌دهند و سخت‌شوندگی را بهبود می‌بخشند.
2）دمای کوئنچ و زمان نگهداری
افزایش دمای حرارت و افزایش زمان نگهداری می‌تواند به طور مناسب سخت‌شوندگی فولاد را بهبود بخشد. با این حال، این روش باعث درشت شدن دانه می‌شود، بنابراین به طور کلی اتخاذ نمی‌شود.
4. تعیین سخت‌شوندگی: آزمایش کوئنچ انتهایی (آزمایش کوئنچ انتهایی جومینی)
5. کاربردهای سخت‌شوندگی
1）تخمین عمق لایه سخت‌شده
در حین طراحی قطعه، می‌توان از منحنی سخت‌شوندگی شناخته شده برای تخمین عمق لایه سخت‌شده موثر قطعه استفاده کرد.
2）انتخاب مواد بر اساس عمق لایه سخت‌شده
عمق لایه سخت‌شده موثر تأثیر بسزایی بر خواص مکانیکی قطعه کار دارد.
هنگامی که قطعه کار به طور کامل سخت می‌شود، یک ساختار یکنواخت توزیع شده می‌تواند در سراسر مقطع پس از تمپرینگ به دست آید و خواص مکانیکی آن نیز سازگار است.
هنگامی که به طور کامل سخت نشود، خواص مکانیکی هسته قطعه کار کمتر از لایه سخت‌شده سطحی است.
هنگامی که تنش قطعه کار به طور یکنواخت در سراسر مقطع توزیع می‌شود و خواص مکانیکی در مقطع سازگار است، باید فولاد با سخت‌شوندگی بالا انتخاب شود.
برای قطعاتی که تحت بارهای خمشی یا پیچشی قرار دارند (مانند شفت‌ها)، تنش سطحی بالاترین است در حالی که تنش هسته بسیار کم است، بنابراین باید فولاد با سخت‌شوندگی ضعیف انتخاب شود.
تحت شرایط آستنیته کردن یکسان، سخت‌شوندگی یک نوع فولاد یکسان است.
*سختی پس از کوئنچ (سخت‌شوندگی برای حداکثر سختی)
تحت شرایط کوئنچ معمولی، به حداکثر سختی قابل دستیابی با به دست آوردن یک ساختار مارتنزیتی اشاره دارد. عامل اصلی تأثیرگذار آن به محتوای کربن در مارتنزیت بستگی دارد و ارتباط کمی با عناصر آلیاژی دارد. هرچه محتوای کربن بیشتر باشد، سختی پس از کوئنچ بیشتر است.
به عنوان مثال، فولاد آلیاژی کم کربن دارای سخت‌شوندگی بسیار خوبی است اما سختی کمی پس از کوئنچ دارد. مثال دیگر فولاد ابزار پرکربن است که سخت‌شوندگی ضعیفی دارد اما سختی بالایی پس از کوئنچ دارد.
به طور معمول، فولاد آلیاژی متوسط کربن 40Cr و فولاد کربنی 45 برای مقایسه استفاده می‌شوند. اولی حاوی عنصر آلیاژی کروم است، بنابراین سخت‌شوندگی آن بیشتر از دومی است؛ با این حال، محتوای کربن آن کمتر از دومی است که منجر به سختی کمی کمتر پس از کوئنچ می‌شود.
توجه: فولاد با سخت‌شوندگی بالا لزوماً سختی بالایی پس از کوئنچ ندارد و بالعکس.
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!