کوئنچ یک فرآیند عملیات حرارتی است که در آن ریخته گری های فولادی تا دمای بالاتر از Ac3 یا Ac1 گرم می شوند و سپس پس از نگهداری برای مدتی برای به دست آوردن ساختار مارتنزیتی کامل، به سرعت سرد می شوند. ریختهگریهای فولادی باید به موقع تعدیل شوند تا تنش خاموش شدن از بین برود و خواص مکانیکی جامع مورد نیاز به دست آید. بنابراین معمولاً بعد از کوچینگ از عملیات حرارتی تمپرینگ استفاده می شود. QT نیز نامیده می شود. دیگر عملیات حرارتی رایج مورد استفاده شامل بازپخت، نرمال سازی و محلول جامد است.
خاموش کردن
1. دمای خاموش کردن
دمای گرمایش خاموش کننده فولاد هیپویوتکتوئید 30 درجه -50 درجه بالاتر از Ac3 است. دمای گرمایش خاموش کننده فولاد یوتکتوئید و فولاد هایپریوتکتوئید 30 درجه -50 درجه بالاتر از Ac1 است. فولاد کربنی Hypoeutectoid در دمای کوئنچ ذکر شده در بالا گرم می شود تا آستنیت ریزدانه به دست آید و ساختار مارتنزیت ریز را می توان پس از کوئنچ به دست آورد. فولاد یوتکتوئید و فولاد هایپریوتکتوئید قبل از کوئنچ و حرارت دادن کروی شده و آنیل شده اند، بنابراین پس از حرارت دادن به 30-50 درجه بالاتر از Ac1 و آستنیته ناقص، ساختار آستنیتی است و ذرات بدن کربن ریزدانه تا حدی حل نشده است. پس از خاموش شدن، آستنیت به مارتنزیت تبدیل می شود و ذرات سمنتیت حل نشده باقی می مانند. به دلیل سختی بالای سمنتیت، نه تنها از سختی فولاد نمی کاهد، بلکه مقاومت به سایش آن را نیز بهبود می بخشد. ساختار معمولی خاموش شده فولاد هایپریوتکتوئید مارتنزیت پوسته پوسته ریز است و سیمانیت دانه ای ریز و مقدار کمی آستنیت باقی مانده به طور مساوی روی ماتریکس توزیع شده است. این ساختار دارای استحکام و مقاومت در برابر سایش بالایی است، اما درجه خاصی از چقرمگی را نیز دارد.
2. محیط خنک کننده برای فرآیند عملیات حرارتی کوئنچ
هدف از کوئنچ به دست آوردن مارتنزیت کامل است. بنابراین، سرعت سرد شدن فولاد ریختهگری شده در حین کوئنچینگ باید بیشتر از سرعت سرد شدن بحرانی فولاد ریختهگری باشد، در غیر این صورت ساختار مارتنزیت و خواص مربوطه را نمیتوان به دست آورد. با این حال، سرعت سرد شدن بیش از حد بالا می تواند به راحتی منجر به تغییر شکل یا ترک در ریخته گری شود. به منظور برآورده ساختن الزامات فوق به طور همزمان، محیط خنک کننده مناسب باید با توجه به مواد ریخته گری انتخاب شود یا روش خنک سازی مرحله ای اتخاذ شود. در محدوده دمایی 650 درجه تا 400 درجه، نرخ تبدیل همدما آستنیت فوق سرد فولادی بزرگترین است. بنابراین، هنگامی که ریخته گری خاموش می شود، باید از خنک شدن سریع در این محدوده دما اطمینان حاصل شود. در زیر نقطه Ms، سرعت خنک کننده باید کندتر باشد تا از تغییر شکل یا ترک خوردن جلوگیری شود. محیط خاموش کننده معمولاً از آب، محلول آبی یا روغن استفاده می کند. در مرحله کوئنچ یا آسمپرینگ، رسانه های رایج مورد استفاده شامل روغن داغ، فلز مذاب، نمک مذاب یا قلیایی مذاب است.
ظرفیت خنک کنندگی آب در ناحیه دمای بالا 650 درجه -550 درجه قوی است و ظرفیت خنک کننده آب در منطقه دمای پایین 300 درجه -200 درجه بسیار قوی است. آب بیشتر برای کوئنچ و خنک کردن ریخته گری فولاد کربنی با اشکال ساده و سطح مقطع بزرگ مناسب است. هنگامی که برای خاموش کردن و خنک کردن استفاده می شود، دمای آب به طور کلی بالاتر از 30 درجه نیست. بنابراین، به طور کلی برای تقویت گردش آب برای حفظ دمای آب در محدوده معقول اتخاذ می شود. علاوه بر این، حرارت دادن نمک (NaCl) یا قلیایی (NaOH) در آب، ظرفیت خنک کنندگی محلول را تا حد زیادی افزایش می دهد.
مزیت اصلی روغن به عنوان یک محیط خنک کننده این است که سرعت سرمایش در منطقه دمای پایین 300 درجه -200 درجه بسیار کمتر از آب است که می تواند تنش داخلی قطعه کار خاموش شده را تا حد زیادی کاهش دهد و احتمال تغییر شکل و ترک خوردگی ریخته گری را کاهش دهد. در عین حال، ظرفیت خنک کنندگی روغن در محدوده دمای بالای 650 درجه تا 550 درجه نسبتاً کم است که این نیز نقطه ضعف اصلی روغن به عنوان یک محیط خاموش کننده است. دمای روغن خاموش کننده به طور کلی در 60-80 درجه کنترل می شود. روغن عمدتاً برای خاموش کردن ریختهگریهای فولادی آلیاژی با اشکال پیچیده و کونچینگ ریختهگریهای فولاد کربنی با سطح مقطع کوچک و اشکال پیچیده استفاده میشود.
علاوه بر این، نمک مذاب نیز معمولاً به عنوان یک محیط خاموش کننده استفاده می شود که در این زمان به حمام نمک تبدیل می شود. حمام نمک با نقطه جوش بالا مشخص می شود و ظرفیت خنک کننده آن بین آب و روغن است. حمام نمک غالباً برای خشک کردن و خاموش کردن مرحله و همچنین برای درمان ریخته گری با اشکال پیچیده، ابعاد کوچک و نیازهای تغییر شکل شدید استفاده می شود.
تلطیف کردن
تمپرینگ به فرآیند عملیات حرارتی اطلاق میشود که در آن ریختهگریهای فولادی خاموش شده یا نرمال شده تا دمای انتخابی کمتر از نقطه بحرانی Ac1 گرم میشوند و پس از نگهداری برای مدتی، با سرعت مناسب سرد میشوند. عملیات حرارتی معتدل می تواند ساختار ناپایدار به دست آمده پس از خاموش کردن یا نرمال شدن را به یک ساختار پایدار تبدیل کند تا تنش را از بین ببرد و انعطاف پذیری و چقرمگی ریخته گری فولاد را بهبود بخشد. به طور کلی، فرآیند عملیات حرارتی کوئنچینگ و عملیات تلطیف در دمای بالا را درمان کوئنچ و تمپرینگ می نامند. ریختهگریهای فولادی خاموش شده باید به موقع تمپر شوند و ریختهگریهای فولادی نرمالشده باید در مواقع لزوم تمپر شوند. عملکرد ریختهگریهای فولادی پس از تلطیف به دما، زمان و تعداد دفعات تمپر بستگی دارد. افزایش دمای تلطیف و افزایش زمان نگهداری در هر زمان نه تنها می تواند تنش خاموشی ریخته گری فولاد را کاهش دهد، بلکه مارتنزیت خاموش شده ناپایدار را به مارتنزیت، تروستیت یا سوربیت تبدیل می کند. استحکام و سختی ریخته گری فولاد کاهش می یابد و انعطاف پذیری به طور قابل توجهی بهبود می یابد. برای برخی از فولادهای آلیاژی متوسط با عناصر آلیاژی که به شدت کاربیدها را تشکیل می دهند (مانند کروم، مولیبدن، وانادیم و تنگستن و غیره)، سختی افزایش می یابد و چقرمگی در هنگام تمپر کردن در دمای 400-500 درجه کاهش می یابد. این پدیده سخت شدن ثانویه نامیده می شود، یعنی سختی فولاد ریخته گری در حالت سکوریت به حداکثر می رسد. در تولید واقعی، فولاد ریختهگری آلیاژی متوسط با ویژگیهای سختشدگی ثانویه باید چندین بار تمپر شود.
تأثیر QT بر ریخته گری های فولادی
علاوه بر عملکرد ریختهگریهای فولادی بسته به ترکیب شیمیایی و فرآیند ریختهگری، میتوان از روشهای مختلف عملیات حرارتی نیز استفاده کرد تا آن را دارای خواص مکانیکی جامع عالی کند. هدف کلی فرآیند عملیات حرارتی بهبود کیفیت ریخته گری، کاهش وزن ریخته گری، افزایش طول عمر و کاهش هزینه ها است. عملیات حرارتی وسیله ای مهم برای بهبود خواص مکانیکی ریخته گری است. خواص مکانیکی قطعات ریخته گری شاخص مهمی برای قضاوت در مورد اثر عملیات حرارتی است. علاوه بر ویژگیهای زیر، ریختهگری باید عواملی مانند روشهای پردازش، عملکرد برش و الزامات استفاده از ریختهگریها را هنگام عملیات حرارتی{3}}ریختهگری فولاد در نظر بگیرد.
1. تأثیر QT بر قدرت ریخته گری
در شرایط ترکیب فولاد ریختهشده یکسان، استحکام ریختهگریهای فولادی پس از فرآیندهای عملیات حرارتی مختلف تمایل به افزایش دارد. به طور کلی، استحکام کششی ریختهگریهای فولاد کربنی و ریختهگریهای فولادی کم آلیاژ میتواند پس از خاموش کردن و تمپر کردن به 414 Mpa-1724 MPa برسد.
2. اثر QT بر پلاستیسیته ریخته گری فولاد
ساختار ریختهگری -ریختهگریهای فولادی درشت و پلاستیسیته پایین است. پس از عملیات حرارتی، ریزساختار و پلاستیسیته آن بر این اساس بهبود می یابد. به خصوص پلاستیسیته ریختهگریهای فولادی پس از عملیات کوئنچ و تمپر (کوئنچ + تمپر با دمای بالا) به طور قابل توجهی بهبود مییابد.
3. تأثیر کوئنچ و تلطیف بر سختی ریخته گری فولاد
شاخص چقرمگی ریختهگریهای فولادی اغلب با آزمایشهای ضربهای ارزیابی میشود. از آنجایی که استحکام و چقرمگی ریختهگریهای فولادی یک جفت شاخص متناقض است، ریختهگری باید ملاحظات جامعی را برای انتخاب یک فرآیند عملیات حرارتی مناسب به منظور دستیابی به خواص مکانیکی جامع مورد نیاز مشتریان انجام دهد.
4. اثر QT بر سختی ریخته گری
هنگامی که سختی پذیری فولاد ریخته گری یکسان است، سختی فولاد ریخته گری پس از عملیات حرارتی می تواند تقریباً منعکس کننده استحکام فولاد ریختگی باشد. بنابراین، سختی را می توان به عنوان یک شاخص بصری برای تخمین عملکرد فولاد ریختگی پس از عملیات حرارتی استفاده کرد. به طور کلی، سختی ریخته گری فولاد کربن می تواند پس از عملیات حرارتی به 120 HBW - 280 HBW برسد.
