فرایند کوئنچ (سرد کردن سریع) بینیت پایینی

I. اصل اساسی کوئنچینگ بینیت زیرین

II. مراحل و پارامترهای فرآیند کوئنچینگ بینیت زیرین

1. مرحله آستنیته کردن (گرم کردن و نگه داشتن)

• هدف: برای حل کامل کاربیدها در فولاد و به دست آوردن یک ساختار آستنیتی یکنواخت و ریز، که پایه و اساس تبدیل بعدی را تشکیل می دهد.
• پارامترهای فرآیند:
  • دمای آستنیته کردن: با توجه به ترکیب فولاد تعیین می شود، به طور کلی 30 تا 50 درجه سانتیگراد بالاتر از Ac3 (برای فولادهای هیپویوتکتوئیدی) یا بین Ac1 و Ac3 (برای فولادهای هیپریوتکتوئیدی، برای جلوگیری از کاربیدهای شبکه ای). به عنوان مثال:
    • فولادهای کربن متوسط (به عنوان مثال، فولاد 45): 820 تا 860 درجه سانتیگراد;
    • فولادهای کم آلیاژ کربن متوسط (به عنوان مثال، 40Cr): 840 تا 880 درجه سانتیگراد;
    • فولادهای کربن بالا (به عنوان مثال، فولاد T8): 780 تا 820 درجه سانتیگراد (برای جلوگیری از دانه های درشت ناشی از گرم شدن بیش از حد).
  • زمان نگه داشتن: با توجه به ضخامت قطعه کار و ظرفیت بار تعیین می شود تا از همگن شدن آستنیت اطمینان حاصل شود. معمولاً 1 تا 3 ساعت (کوتاه تر برای قطعات کار کوچک، تا 30 دقیقه؛ طولانی تر برای قطعات کار بزرگ)، اجتناب از گرمایش ناکافی (آستنیته شدن ناقص) یا گرم شدن بیش از حد (دانه های درشت، که منجر به کاهش عملکرد می شود).

2. مرحله خنک کننده سریع (اجتناب از مناطق پرلیت/بینیت بالایی)

• هدف: برای خنک کردن سریع قطعه کار آستنیته شده تا محدوده دمایی تبدیل بینیت زیرین (200 تا 350 درجه سانتیگراد)، جلوگیری از تبدیل زودرس در مناطق پرلیت (500 تا 600 درجه سانتیگراد) یا بینیت بالایی (350 تا 500 درجه سانتیگراد)، اطمینان از تبدیل "جهت دار" آستنیت به بینیت زیرین.
• پارامترهای فرآیند:
  • محیط خنک کننده: باید سرعت خنک کنندگی کافی را فراهم کند (بیش از سرعت خنک کنندگی بحرانی فولاد). محیط های رایج عبارتند از:
    • نمک های مذاب (به عنوان مثال، حمام های نیترات-نیتریت، با نقطه ذوب پایین و کنترل آسان دما);
    • روغن های معدنی (مناسب برای قطعات کار کوچک، با خنک کنندگی کمی کندتر از نمک های مذاب);
    • محلول های پلیمری (به عنوان مثال، محلول های الکل پلی وینیل، با ظرفیت خنک کنندگی قابل تنظیم).
  • نقطه پایانی خنک کننده: به سرعت قطعه کار را تا 200 تا 350 درجه سانتیگراد خنک کنید (دمای خاص با توجه به منحنی TTT فولاد تعیین می شود؛ به عنوان مثال، 250 تا 300 درجه سانتیگراد برای فولادهای کم آلیاژ).

3. مرحله تبدیل ایزوترمال (مرحله اصلی)

• هدف: در دمای پایین تنظیم شده نگه دارید تا آستنیت به طور کامل به بینیت زیرین تبدیل شود (به حداقل رساندن آستنیت باقی مانده).
• پارامترهای فرآیند:
  • دمای ایزوترمال: معمولاً 200 تا 350 درجه سانتیگراد (محدوده مشخصه برای بینیت زیرین). دمای پایین تر، لایه های بینیت زیرین ریزتری تولید می کند، که باعث افزایش استحکام و سختی می شود اما تبدیل را کند می کند (نیاز به نگه داشتن طولانی تر دارد)؛ دمای بالاتر (نزدیک به 350 درجه سانتیگراد) ممکن است بینیت بالایی جزئی را تشکیل دهد و چقرمگی را کاهش دهد.
  • زمان ایزوترمال: با توجه به منحنی TTT فولاد تعیین می شود تا از تبدیل کامل آستنیت اطمینان حاصل شود. مثال ها:
    • فولاد 40Cr در 280 درجه سانتیگراد: ~2 تا 4 ساعت;
    • فولاد فنری 60Si2Mn در 250 درجه سانتیگراد: ~3 تا 5 ساعت.
  • معیارهای قضاوت: بازرسی ریزساختاری (بینیت زیرین به صورت ساختارهای سوزنی/لاملی تیره بدون پرلیت یا مارتنزیت ظاهر می شود) یا فرمول های تجربی (به عنوان مثال، زمان را به ازای هر 10 میلی متر ضخامت 0.5 تا 1 ساعت افزایش دهید).

4. خنک کننده پس از ایزوترمال

• پس از نگه داشتن ایزوترمال، قطعه کار را می توان در هوا تا دمای اتاق خنک کرد (نیازی به خنک کننده سریع مداوم نیست). آستنیت قبلاً به طور کامل به بینیت زیرین تبدیل شده است، بنابراین خنک شدن در هوا از تشکیل مارتنزیت یا سایر ساختارهای نامطلوب جلوگیری می کند و از ترک خوردگی ناشی از تنش ناشی از سرعت های خنک کنندگی بیش از حد جلوگیری می کند.

III. درجه های فولاد مناسب

• فولادهای کربن متوسط: 45، 50 و غیره;
• فولادهای کم آلیاژ کربن متوسط: 40Cr، 42CrMo، 35CrMo و غیره;
• فولادهای فنری: 60Si2Mn، 50CrVA و غیره;
• فولادهای یاتاقان: GCr15 (کنترل دمای آستنیته کردن برای جلوگیری از دانه های درشت).

IV. ویژگی های عملکرد و کاربردها

• مزایای عملکرد: بینیت زیرین دارای سختی HRC45~55 (نزدیک به مارتنزیت) است اما 2 تا 3 برابر چقرمگی ضربه (αk) بالاتری نسبت به مارتنزیت دارد (به عنوان مثال، 40Cr پس از کوئنچینگ بینیت زیرین دارای αk≥80J/cm² در مقابل 30~50J/cm² برای کوئنچینگ مارتنزیتی)، با مقاومت در برابر خستگی و مقاومت در برابر سایش عالی.
• کاربردها: قطعاتی که نیاز به "تعادل استحکام-چقرمگی" دارند، مانند چرخ دنده ها، شفت های محرک، میله های اتصال، فنرها و حلقه های یاتاقان.

V. نکات کلیدی فرآیند و اقدامات احتیاطی

1. کنترل آستنیته کردن: دمای بیش از حد بالا باعث ایجاد دانه های آستنیت درشت و بینیت زیرین خشن می شود و چقرمگی را کاهش می دهد؛ دمای پایین منجر به آستنیته شدن ناقص می شود، با کاربیدهای باقیمانده که یکنواختی تبدیل را مختل می کنند.
2. سرعت خنک کنندگی: باید به سرعت از ناحیه پرلیت (500 تا 600 درجه سانتیگراد) عبور کند؛ در غیر این صورت، پرلیت تشکیل می شود و استحکام را به شدت کاهش می دهد (محیطی با ظرفیت خنک کنندگی مناسب را انتخاب کنید، به عنوان مثال، حمام های نمک مذاب، برای اطمینان از اینکه سرعت ها از مقادیر بحرانی فراتر می روند).
3. پارامترهای ایزوترمال: به شدت از منحنی های TTT برای دما و زمان پیروی کنید - انحرافات باعث ایجاد آستنیت باقی مانده بیش از حد (کاهش سختی) یا بینیت بالایی جزئی (کاهش چقرمگی) می شود.
4. هندسه قطعه کار: برای قطعات بزرگ یا پیچیده، سرعت های گرمایش/خنک کنندگی را کنترل کنید تا از ترک خوردگی ناشی از تنش جلوگیری شود (از گرمایش پله ای یا پیش خنک کردن تا دماهای بالاتر قبل از نگه داشتن ایزوترمال استفاده کنید).