سخت کردن جوش و فولاد

سخت کردن

سخت کردن جوش و فولاد عبارت از گرم کردن قطعه به اندازه  50 تا °F 100  در بالای محدوده بحرانی فولاد و سرد کردن بعدی ان با سرعتی بیش از سرعت بحرانی  می باشد. این کار بنابر قابلیت سختی پذیری فولاد  مورد نظر ممکن است به صورت کوئینچ  کردن در آب،  روغن یا هوا انجام شود. در دمای بالای بحرانی، ساختار قطعه به آستنیت تبدیل می شود. هنگام سرد کردن با سرعت بیش از سرعت بحرانی، ساختار آستنیت به مارتنیزیت که سخت ترین نوع ساختار است تبدیل می گردد سخت شدن مکرراً در ناحیه گرما دیده جوش ها اتفاق می افتد که معممولاً یک وضعیت نامطلوب تلقی می شود . با این حال، از این فرایند در اماده سازی ابزار برش و شکل دهنده ها به منظور سخت کردن سطوح کار و جلوگیری از سائیدگی آنها استفاده می شود.

دماهای AC3, ACI برای اکثر فولادها در کتاب ها قابل دسترسی می باشند ولی اغلب لازم است که برای یک فولاد با ترکیب غیرمعمولی دمایی را که بالای آن ساخت را قطعه تماماً به آستنیت تبدیل می گردد برآورد کرد فرملو زیر محاسبه حداقل دمای آستنیتی کردن ساختار را با تقریب دقیق تری به دست می دهد.

At+(°F) = 1570-323(%C)-25(%Mn)+80(%Si)-32(%Ni)-3(%Cr)

این فرمول توسط گرانژ ابداع شده است و برای فولادهایی که  3/0  تا 6/0   درصد کربن، صفر تا 2 درصد منگنز، صفر تا 1 درصد سیلیس، صفر تا 5/3 درصد نیکل، صفر تا 5/1 درصد کرم و صفر تا 5/0  درصد مولیبدن داشته باشند صادق است.

دمای واقعی کردن برای جوش ها باید حداقل °F 50  بیشتر از دمای محاسبه شده به وسله فرمول بالا باشد.

در فرایند سختکاری، سرد کردن قطعه اغلب به صورت کوئنچ در یک مایع انجام می شود. این قسمت فرایند بسیار مهم است چون ممکن  است در اثر غلط بودن روش، ترک ایجاد شود. فرو بردن ناگهانی فولادهای گرم و سرخ در یک مایع می تواند دارای سه مرحله متمایز باشد که سرعت انتقال حرارت را از فلز به مایع مشخص می کنند. هنگامی که یک مایع کوئنچ  کننده مانند آب دارای نقطه جوش پایینی باشد، فولاد گرم و سرخ به محض ورود به داخل آن توسط توده بخار محاصره می شود که این لایه بخار باعث کند شدن سرعت انتقال حرارت می گردد. پس از اینکه سطح قطعه تا اندازه ای سرد شده ضخامت لایه بخار کم و به تدریج ناچیز می شود و مایع فرصت پیدا می کند  که با قطعه در تماس بوده و بلافاصله شروع به جوشیدن می نماید.  در این موقع به علت تبخیر آب و انتقال حرارت به صورت جابجائی وتشعشع، سرعت سرد شدن قطعه زیاد می شود پس از مدتی جوشش مایع متوقف شده و قطعه با سرعت کم و فقط به روش جابجائی سرد می شود.  این سه مرحله در اکثر فرایندهای کوئینچ اتفاق می افتد ولی مدت هر مرحله به نوع مایع مصرفی بستگی دارد.

هنگامی که وان های نمکی برای کوئینچ به کار می روند به محض ورود قطعه گرم به داخل آن لایه های بخار تشکیل نمی شوند بنابراین مرحله اول از فرایند حذف می گردد، سرد شدن بلافاصله آغاز می شود  ولی به علت نجوشیدن مایع و اختلاف کم بین دمای قطعه و  دمای مایع  سرعت سرد شدن قابل توجه نیست در کوئنچ با روغن به علت بالا بودن دمای جوش اکثر روغنها مرحله دوم کوتاه مدت است در محلولهای آب نمک، مرحله اول فرایند یعنی تشکیل بخار به علت خاصیت نمک، به کلی حذف می شود، در نتیجه سرد شدن خیلی سریع انجام می شود.