سختکاری فلز: افزایش سختی و مقاومت سطحی
سخت کاری فلز به مجموعه‌ای از عملیات گفته میشود که به منظور افزایش سختی و مقاومت در برابر سایش و فرسایش سطح فلز تحت شرایط خاص انجام می‌گیرد. این فرآیند به طور خاص برای قطعاتی که در معرض نیروهای مکانیکی بالا قرار دارند، مانند چرخ‌دنده‌ها، شفت‌ها و یاتاقان‌ها، طراحی شده است. در این مقاله به بررسی جوانب مختلف این فرایند، مزایا و روشهای آن خواهیم پرداخت.
تعریف و اهمیت سخت کاری
سختکاری سطحی فرآیندی است که با تغییر ساختار کریستالی سطح فلز یا افزودن عناصر جدید به آن در دماهای بالا، سختی و مقاومت قطعه را افزایش می‌دهد. این فرآیند از نظر اقتصادی و کاربردی بسیار حائز اهمیت است، زیرا می‌تواند عمر مفید قطعات را به طور چشمگیری افزایش دهد و عملکرد آن‌ها را بهبود بخشد.
روشهای سختکاری
این فرایند را می‌توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد:
الف) سختکاری عمقی:
در این روش، کل قطعه به‌طور یکنواخت گرم میشود و هم سطح و هم هسته داخلی سخت می‌شوند. اگرچه این روش می‌تواند باعث افزایش سختی قطعه شود، اما ممکن است به شکنندگی کل توده فلز منجر گردد.
ب) سختکاری سطحی:
این روش به‌طور خاص برای بهبود سختی سطح قطعه طراحی شده و به نوعی مشکلات سختکاری عمقی را برطرف می‌کند. در سختکاری سطحی، تمرکز بر روی ایجاد لایه‌ای سخت و مقاوم در سطح فلز است که می‌تواند به طرز چشمگیری مقاومت قطعه را در برابر سایش و خستگی افزایش دهد.
مزایای سختکاری سطحی
سختکاری سطحی مزایای زیادی دارد که به برخی از آن‌ها اشاره میشود:
1. بهبود قابلیت جوشکاری : سختکاری سطحی می‌تواند قابلیت جوشکاری فولاد را افزایش دهد و این ویژگی به ویژه در صنعت ساخت و ساز و تولید قطعات صنعتی اهمیت دارد.
2. افزایش مقاومت در برابر خستگی: قطعاتی مانند چرخ‌دنده‌ها و یاتاقان‌ها پس از این فرآیند ، مقاوم‌تر در برابر سایش و خستگی می‌شوند و این ویژگی به عملکرد بهتر آن‌ها کمک می‌کند.
3. قابلیت استفاده در کاربردهای سنگین: قطعات فولادی سنگین از مقاومت بیشتری برخوردار می‌شوند و این امر آن‌ها را برای استفاده در صنایع سنگین مناسب می‌سازد.
4. افزایش عمر مفید قطعات: ایجاد لایه‌ای سخت و مقاوم به‌طور قابل توجهی عمر قطعات فلزی را افزایش می‌دهد و این امر به کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری کمک می‌کند.
5. کاهش صدا و صرفه‌جویی در انرژی: انتخاب مواد مناسب در این فرآیند می‌تواند به کاهش صدا و صرفه‌جویی در مصرف انرژی کمک کند، که این خود در بهبود بهره‌وری فرآیندهای صنعتی مؤثر است.
چگونگی انجام سخت کاری:
سختکاری فلزات فرآیندی است که برای افزایش سختی و مقاومت سطحی فلزات انجام میشود. در ادامه، مراحل و روشهای مختلف این فرایند را توضیح می‌دهم:
مراحل سختکاری
1. آماده‌سازی قطعه:
ابتدا قطعه فلزی باید به خوبی تمیز شود تا هرگونه آلودگی یا روغن از سطح آن پاک شود. این کار معمولاً با استفاده از روشهای شستشو یا سایش انجام میشود.
2. گرم کردن:
قطعه به دمای خاصی گرم میشود. این دما بسته به نوع فلز و روش این فرایند متفاوت است. در برخی از روش‌ها، این گرمایش به صورت یکنواخت و در برخی دیگر به صورت موضعی انجام میشود.
3. سختکاری:
بسته به روش انتخابی، این فرایند به یکی از روشهای زیر انجام میشود:
- القایی: در این روش، یک میدان مغناطیسی ایجاد میشود که سطح فلز را به سرعت گرم می‌کند. سپس، سطح قطعه به طور ناگهانی سرد میشود.
- شعله‌ای: در این روش، شعله گاز روی سطح فلز اعمال میشود و پس از گرم شدن، به سرعت سرد میشود.
- با روغن (کوئنچ): در این روش، پس از گرم کردن، قطعه در روغن مخصوص غوطه‌ور میشود تا سریعاً خنک شود.
4. پایان‌کاری:
پس از این فرایند، ممکن است نیاز به فرآیندهای تکمیلی مانند سنگ‌زنی یا پولیش‌کاری باشد تا سطح قطعه به حالت دلخواه برسد.
نکات مهم در سختکاری
- انتخاب دما: دمای مناسب برای این فرایند به نوع فلز و نوع کاربرد آن بستگی دارد. اگر دما خیلی پایین باشد، سختی به درستی افزایش نمی‌یابد و اگر خیلی بالا باشد، ممکن است فلز شکننده شود.
- زمان خنک‌سازی: زمان مناسب برای خنک‌سازی نیز بسیار مهم است. اگر خنک‌سازی خیلی سریع انجام شود، ممکن است تنش‌های داخلی ایجاد کند.
- مدیریت روغن‌های سختکاری: استفاده از روغن‌های مناسب در فرآیند ، خواص مکانیکی را بهبود می‌بخشد و خنک‌سازی یکنواختی را فراهم می‌آورد.
با رعایت این مراحل و نکات، می‌توان به سختی و مقاومت بالایی در سطح فلزات دست یافت.
روغن‌های سختکاری
در طول این فرآیند ، استفاده از روغن‌های خاص امری ضروری است. این روغن‌ها به عنوان خنک‌کننده و همچنین بهبوددهنده خواص مکانیکی عمل می‌کنند. یکی از جنبه‌های مهم این فرآیند، مدیریت روغن‌های سوخته است.
- ایجاد روغن سوخته: روغن سوخته معمولاً به دلیل حرارت و فشار بالا در طول سختکاری ایجاد میشود. خواص این روغن‌ها به دلیل اکسیداسیون و تجزیه شیمیایی تغییر می‌کند و می‌تواند مشکلاتی را به وجود آورد.
- تشخیص روغن سوخته: این روغن‌ها معمولاً رنگ تیره‌تری دارند و بوی ناخوشایند و سوزاننده‌ای تولید می‌کنند. همچنین ممکن است حاوی ذرات معلق و رسوبات باشند که می‌تواند بر کیفیت فرآیند تأثیر بگذارد.
خطرات استفاده از روغن سوخته
استفاده از روغن سوخته در فرآیند ان می‌تواند خطرات خاصی را به همراه داشته باشد:
- آتش‌سوزی: ترکیبات قابل احتراق موجود در روغن‌های سوخته می‌توانند به راحتی آتش بگیرند و این امر خطرات جدی برای کارکنان و تجهیزات ایجاد می‌کند.
- مسائل بهداشتی: بخارات ناشی از روغن‌های سوخته می‌تواند به سلامتی آسیب برساند و بنابراین باید در استفاده از آن‌ها احتیاط کرد.
- کاهش کیفیت قطعات: استفاده از روغن سوخته می‌تواند عمر و کیفیت قطعات را کاهش دهد و در نهایت منجر به خسارات مالی و اقتصادی گردد.
هدف از کاربرد روغن سختکاری
هدف اصلی از استفاده از روغن‌های سختکاری، افزایش سختی و استحکام فلزات، خنک‌سازی یکنواخت قطعات در دماهای بالا و بهبود خواص مکانیکی است. روغن کوئنچ به‌طور خاص برای این فرایند طراحی شده و دارای نقطه جوش و ویسکوزیته بالاتری است که خواص خنک‌کنندگی آن مؤثرتر است.
دور ریختن روغن سوخته
برای دور ریختن روغن‌های سوخته، باید آن‌ها را در ظرف‌های مخصوص جمع‌آوری کرده و به مراکز بازیافت تحویل داد. همچنین باید از اختلاط با مواد دیگر پرهیز و قوانین محلی را رعایت کرد.
