تمپرینگ یک فرآیند عملیات حرارتی است که در آن قطعه کار کوئنچ شده دوباره تا دمای مناسب گرم می شودزیر دمای بحرانی Ac₁, در آن دما برای مدت معینی نگه داشته می شود و سپس با سرعت مشخصی خنک می شود تا چقرمگی ماده افزایش یابد. این یک فرآیند حیاتی است که ریزساختار و خواص فولاد را در حالت سرویس آن تعیین می کند.
اگرچه فولاد کوئنچ شده (به عنوان مثال، فولاد با ساختار مارتنزیتی) سختی و مقاومت به سایش بسیار بالایی را نشان می دهد، اما دو مشکل اساسی دارد: اول، مقدار زیادی تنش داخلی کوئنچ باقی می ماند که به راحتی باعث ترک خوردن یا تغییر شکل قطعه فولادی می شود. دوم، چقرمگی بسیار ضعیف و شکنندگی بالایی دارد و نمی تواند در برابر ضربه یا بارهای پیچیده مقاومت کند. با تنظیم دمای حرارت و زمان نگهداری، تمپرینگ به طور خاص این مشکلات را برطرف می کند، با اهداف خاص زیر:
- از بین بردن تنش داخلی: حرارت دادن به اتم های فولاد درجه معینی از تحرک را می دهد، تنش داخلی ایجاد شده توسط تبدیل ریزساختاری سریع در حین کوئنچ (به عنوان مثال، خنک شدن سریع آستنیت به مارتنزیت) را کاهش می دهد و خطر ترک خوردن در حین پردازش یا سرویس بعدی قطعه فولادی را کاهش می دهد.
- تنظیم خواص مکانیکی: خواص فولاد را با توجه به الزامات "سفارشی" کنید. برای کاربردهایی که به سختی بالا نیاز دارند (به عنوان مثال، ابزارهای برش، قالب ها)، می توان تمپرینگ در دمای پایین را انتخاب کرد تا بیشتر سختی کوئنچ شده حفظ شود. برای کاربردهایی که به چقرمگی بالا نیاز دارند (به عنوان مثال، شفت ها، چرخ دنده ها)، می توان از تمپرینگ در دمای بالا برای بهبود قابل توجه چقرمگی و در عین حال کاهش مقداری از سختی استفاده کرد.
- پایدار کردن ریزساختار و ابعاد: تبدیل ریزساختار ناپایدار کوئنچ شده (به عنوان مثال، مارتنزیت، آستنیت باقی مانده) به یک ریزساختار پایدارتر (به عنوان مثال، مارتنزیت تمپر شده، سوربیت)، جلوگیری از نوسانات ابعادی ناشی از تغییرات ریزساختاری مداوم در طول سرویس طولانی مدت و اطمینان از دقت.
- بهبود ماشینکاری: کاهش سختی فولاد کوئنچ شده برای تسهیل پردازش مکانیکی بعدی مانند برش و سنگ زنی (به عنوان مثال، فولاد ابزار پس از تمپرینگ راحت تر سنگ زنی می شود).
- قطعات فولادیپس از کوئنچ نمی توان مستقیماً استفاده کردو باید سریعاً تمپر شوند.
- سختی، استحکام، شکل پذیری و چقرمگی قطعه کار را برای برآورده کردن الزامات عملکرد سرویس تنظیم کنید. فولاد کوئنچ شده عموماً سختی و شکنندگی بالایی دارد و تمپرینگ می تواند سختی و چقرمگی آن را تنظیم کند.
- از بین بردن یا کاهش تنش داخلی باقی مانده ایجاد شده در حین کوئنچ برای جلوگیری از تغییر شکل یا ترک خوردن.
- پایدار کردن ریزساختار و ابعاد برای اطمینان از دقت. ریزساختار فولاد کوئنچ شده از مارتنزیت کوئنچ شده و آستنیت باقی مانده تشکیل شده است که هر دو ناپایدار هستند و تمایل به تبدیل به ساختارهای پایدار (یعنی تبدیل خود به خود به فریت و سمانتیت) دارند. این تبدیل می تواند باعث تغییر در اندازه و شکل قطعه کار شود. تمپرینگ، مارتنزیت کوئنچ شده و آستنیت باقی مانده را به ریزساختارهای پایدارتر تبدیل می کند و از عدم تغییر در اندازه یا شکل در حین سرویس اطمینان حاصل می کند.
فرآیند تمپرینگ شامل چهار نوع واکنش است: تجزیه مارتنزیت؛ رسوب، تبدیل، تجمع و رشد کاربیدها؛ بازیابی و تبلور مجدد فریت؛ و تجزیه آستنیت باقی مانده.
هنگامی که فولاد کوئنچ شده زیر 200 درجه سانتیگراد گرم می شود، کاربیدهای ظریف ε (FeₓC) شروع به رسوب از مارتنزیت می کنند، فوق اشباع مارتنزیت را کاهش می دهند و تنش داخلی را تا حدی از بین می برند. ریزساختار متشکل از این کاربیدهای فوق العاده ریز ε و محلول جامد α با اشباع کم، نامیده می شودمارتنزیت تمپر شده (Mₜₑₘₚ).
پس از تبدیل مارتنزیت کوئنچ شده به مارتنزیت تمپر شده، حجم آن کاهش می یابد و فشار بر روی آستنیت باقی مانده کاهش می یابد. در این مرحله، آستنیت باقی مانده تجزیه می شود تا یک ساختار بینیتیک تشکیل شود.
این تبدیل در فولادهای کربن متوسط و کربن بالا نسبتاً آشکار است. برای فولادهای کربنی و فولادهای کم آلیاژ با محتوای کربن زیر 0.4٪، مقدار آستنیت باقی مانده آنقدر کم است که این تبدیل اساساً ناچیز است. بنابراین، ریزساختار تمپر شده در 200–300 درجه سانتیگراد مارتنزیت تمپر شده باقی می ماند.
هنگامی که دما از 250 درجه سانتیگراد تجاوز می کند، تجزیه مارتنزیت کامل می شود و چهارضلعی آن از بین می رود. کاربیدهای ε به سمانتیت ریز و پایدار (Fe₃C) تبدیل می شوند و بیشتر تنش داخلی کوئنچ از بین می رود. تمپرینگ بین 300–500 درجه سانتیگراد یک ریزساختار مخلوط متشکل از یک ماتریس فریت و تعداد زیادی سمانتیت دانه ای ریز پراکنده ایجاد می کند که به عنوانتروستیت تمپر شده (Tₜₑₘₚ).
هنگامی که دمای تمپرینگ به بالای 400 درجه سانتیگراد می رسد، فریت لایه ای دچار چندضلعی شدن می شود، در حالی که Fe₃C دانه ای ریز کروی می شود و جمع می شود تا رشد کند. تنش داخلی کوئنچ به طور کامل از بین می رود. تمپرینگ بین 500–650 درجه سانتیگراد منجر به یک ریزساختار متشکل از یک ماتریس فریت چند ضلعی با سمانتیت دانه ای نسبتاً بزرگ می شود که در سراسر آن توزیع شده است، که به آنسوربیت تمپر شده (Sₜₑₘₚ).
تمپرینگ بر اساس محدوده دما به تمپرینگ در دمای پایین، تمپرینگ در دمای متوسط و تمپرینگ در دمای بالا طبقه بندی می شود.
- دمای تمپرینگ: 150–250°C
- ریزساختار: مارتنزیت تمپر شده (Mₜₑₘₚ) — مخلوطی از کاربیدهای فوق العاده ریز ε و محلول جامد α با اشباع کم. تحت میکروسکوپ نوری، مارتنزیت تمپر شده سیاه به نظر می رسد، در حالی که آستنیت باقی مانده سفید به نظر می رسد.
- هدف: حفظ سختی بالا (معمولاً 58–64 HRC) و مقاومت به سایش قطعه کار کوئنچ شده، در حالی که تنش کوئنچ باقی مانده و شکنندگی را کاهش می دهد.
- کاربردها: عمدتاً برای عملیات حرارتی ابزارهای فولادی پر کربن، ابزارهای برش، ابزارهای اندازه گیری، قالب ها، یاتاقان های غلتشی، قطعات کربوره شده و قطعات کوئنچ شده سطحی استفاده می شود.
- دمای تمپرینگ: 350–500°C
- ریزساختار: تروستیت تمپر شده (Tₜₑₘₚ) — ریزساختاری از سمانتیت دانه ای ریز که بر روی یک ماتریس فریت توزیع شده است که مورفولوژی مارتنزیتی را حفظ می کند.
- هدف: دستیابی به حد الاستیک بالا، استحکام تسلیم و درجه معینی از چقرمگی. بیشتر تنش داخلی از بین می رود، با سختی 35–45 HRC.
- کاربردها: در درجه اول برای عملیات حرارتی فنرها، فنرهای ساعت، قالب های آهنگری و ابزارهای ضربه ای استفاده می شود.
- دمای تمپرینگ: 500–650°C
- ریزساختار: سوربیت تمپر شده (Sₜₑₘₚ) — ریزساختاری از Fe₃C دانه ای که بر روی یک ماتریس فریت چند ضلعی توزیع شده است.
- هدف: به دست آوردن خواص مکانیکی جامع عالی (استحکام، شکل پذیری و چقرمگی متعادل). تنش داخلی به طور کامل از بین می رود، با سختی 25–35 HRC. از آنجایی که سوربیت تمپر شده دارای خواص مکانیکی جامع خوبی است، ترکیب "کوئنچ + تمپرینگ در دمای بالا" معمولاً به عنوانکوئنچ و تمپرینگ (QT), یا به طور ساده "تمپرینگ" در معنای وسیع تر، نامیده می شود.
- کاربردها: کوئنچ و تمپرینگ عمدتاً به عنوان عملیات حرارتی نهایی برای قطعات ساختاری مهم مختلف (به عنوان مثال، میله های اتصال، شفت ها و چرخ دنده ها که در معرض بارهای متناوب و الزامات مقاومت در برابر خستگی بالا هستند) استفاده می شود. همچنین اغلب به عنوان عملیات پیش گرمایش برای قطعات کوئنچ شده سطحی، قطعات نیتریده شده، ابزارهای برش دقیق، ابزارهای اندازه گیری و قالب ها استفاده می شود.
باید توجه داشت که محدوده دمایی فوق برای فرآیندهای تمپرینگ برای فولادهای کربنی و فولادهای کم آلیاژ اعمال می شود وقابل اجرا نیستبرای فولادهای متوسط و پر آلیاژ با محتوای عنصر آلیاژی بالا.
چقرمگی ضربه ای فولاد کوئنچ شده با دمای تمپرینگ تغییر می کند. با افزایش دمای تمپرینگ، سختی فولاد تمایل به کاهش دارد، در حالی که چقرمگی به طور کلی افزایش می یابد. با این حال، دو مقدار حداقل در محدوده دمایی 250–400 درجه سانتیگراد و 450–650 درجه سانتیگراد ظاهر می شود. این پدیده به نامشکنندگی تمپرنامیده می شود و به شکنندگی تمپر در دمای پایین و شکنندگی تمپر در دمای بالا تقسیم می شود.
این به شکنندگی فولاد کوئنچ شده اشاره دارد که در دمای 250–400 درجه سانتیگراد تمپر شده است. از آنجایی که شکنندگی پس از تشکیل نمی تواند با گرم کردن مجدد از بین برود، به آن نیز گفته می شودشکنندگی تمپر غیر قابل برگشت. علت اصلی این است که در حین تمپرینگ در این محدوده دمایی، مارتنزیت تجزیه می شود و سمانتیت در مرزهای دانه رسوب می کند، استحکام شکست مرز دانه را کاهش می دهد و پیوستگی ماتریس را از بین می برد. تقریباً تمام فولادها این نوع شکنندگی تمپر را نشان می دهند و در حال حاضر هیچ روش موثری برای از بین بردن کامل آن وجود ندارد. بنابراین، فولاد کوئنچ شده به طور کلی در محدوده 250–350 درجه سانتیگراد تمپر نمی شود.
این به شکنندگی فولاد کوئنچ شده اشاره دارد که پس از تمپرینگ در محدوده 450–650 درجه سانتیگراد به آرامی خنک می شود. اگر فولاد دوباره تا بالای 600 درجه سانتیگراد گرم شود و به سرعت خنک شود، می توان چقرمگی را بازیابی کرد، بنابراین به آن نیز گفته می شودشکنندگی تمپر برگشت پذیر.
این نوع شکنندگی عمدتاً در فولادهای ساختاری حاوی عناصر آلیاژی مانند Cr، Ni، Si و Mn رخ می دهد. یک ویژگی کلیدی این است که خنک شدن سریع (خنک کننده روغن) پس از تمپرینگ باعث شکنندگی نمی شود، در حالی که خنک شدن آهسته (خنک کننده هوا) این کار را می کند. هنگامی که این فولادها باید در دماهای بالا تمپر شوند، معمولاً تا بالای 600 درجه سانتیگراد گرم می شوند و به سرعت خنک می شوند. البته، خنک شدن سریع از این دما باعث سخت شدن نمی شود، زیرا آستنیته شدن رخ نمی دهد.
به طور کلی، برای به دست آوردن خواص مکانیکی جامع خوب، فولادهای ساختاری آلیاژی اغلب در سه محدوده دمایی مختلف تمپر می شوند: فولادهای فوق العاده با استحکام بالا در حدود 200–300 درجه سانتیگراد. فولادهای فنری در حدود 460 درجه سانتیگراد. و فولادهای کوئنچ و تمپر شده در 550–650 درجه سانتیگراد. فولادهای ابزار کربنی و آلیاژی که به سختی و استحکام بالایی نیاز دارند، به طور کلی در دماهای بیش از 200 درجه سانتیگراد تمپر می شوند. فولادهای ساختاری آلیاژی، فولادهای قالب و فولادهای تندبر همگی در محدوده 500–650 درجه سانتیگراد تمپر می شوند.
- تمپرینگ برایفولاد کوئنچ نشده درمان نشدهبی معنی است. بنابراین، به عنوان یک فرآیند عملیات حرارتی نهایی همراه با کوئنچ استفاده می شود.
- برای جلوگیری از تغییر شکل یا ترک خوردن قطعات کوئنچ شده در حین ذخیره سازی، قطعات فولادیباید بلافاصله پس از کوئنچ تمپر شوند.
- تمپرینگ ناکافی را می توان با یک فرآیند تمپرینگ مناسب اضافی جبران کرد. با این حال، اگر تمپرینگ بیش از حد رخ دهد، تمام تلاش های قبلی هدر می رود و قطعه باید دوباره کوئنچ شود.
- تمپرینگیک روش سخت کننده نیست. برعکس، شامل گرم کردن مجدد فولاد سخت شده تحت عملیات حرارتی برای کاهش تنش، نرم کردن ماده و بهبود شکل پذیری است.
- تغییرات ریزساختاری و اصلاحات خواص ناشی از تمپرینگ به دمایی که فولاد دوباره گرم می شود بستگی دارد. هر چه دما بالاتر باشد، اثرات قابل توجه تر است. بنابراین، انتخاب دما معمولاً به میزان قربانی شدن سختی و استحکام برای به دست آوردن شکل پذیری و چقرمگی بستگی دارد.
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!