آزمایشگاه عملیات حرارتی

موضوع : آزمایشگاه عملیات حرارتی

توضیح : این فایل به صورت ورد و آماده چاپ می باشد

مقدمه
در عمليات حرارتي فولاد معمولاً يكي از اهداف زير دنبال مي‌شود: 
تنش‌گيري حاصل از كار يا تنش گيري حاصل از سرد كردن ناهمگن
 بهينه سازي ساختار دانه در فولادهايي كه بر روي آنها كار گرم انجام شده است
و ممكن است دانه‌هاي درشت داشته باشند.
كاهش سختي فولاد و افزايش قابليت شكل‌پذيري بهينه‌سازي ساختار دانه
افزايش سختي فولاد به منظور زياد شدن مقاومت سايشي و يا سخت كردن فولاد براي مقاومت بيشتر در شرايط كاري 
افزايش چقرمگي فولاد به منظور توليد فولادي كه استحكام بالا و انعطاف‌پذيري خوبي دارد و افزايش مقاومت فولاد در برابر ضربه 
بهبود قابليت ماشين‌كاري .
بهبود خواص برش در فولادهاي ابزار .
بهينه كردن خواص مغناطيسي فولاد .
بهبود خواص الكتريكي فولاد  .
عنوان گزارش اول : عملیات حرارتی سخطی سطحی فولاد
تئوری
فولادهاي مناسب براي انواع عمليات حرارتي متداول
براي هر كدام از چهار عمليات حرارتي سطحي متداول در فولادها (كربن‌دهي، نيتروژن‌دهي، كربن- نيتروژن‌دهي و نيتروژن- كربن‌دهي)، يك‌سري از فولادها مناسب بوده و توسط عمليات حرارتي مورد نظر، خواص بهينه‌اي به دست مي‌آورند. در زير، فولادهاي مناسب براي هر عمليات سطحي با ذكر دليل معرفي شده است.
الف- فولادهاي مناسب براي كربن‌دهي
فولادهاي ساده كربني كه براي سخت كردن سطحي به روش كربن‌دهي انتخاب مي‌شوند، معمولاً كمتر از 2/0 درصد كربن دارند. اين ميزان كربن موجب مي‌شود كه فولاد پس از سخت شدن، حداكثر استحكام به ضربه و بيشترين انعطاف‌پذيري را داشته باشد. تحت شرايطي كه استحكام بيشتري نياز باشد، فولاد با درصد كربن اوليه تا حداكثر 3/0 درصد را نيز مي‌توان انتخاب كرد.
منگنز باعث پايداري سمنتيت شده و تا حدود 4/1 درصد، به كربن‌دهي كمك مي‌كند. همچنين، كاربرد منگنز، ضخامت لايه سخت شده را افزايش مي‌دهد. بنابراين، ضمن سرد كردن سريع، امكان ترك برداشتن قطعه بيشتر مي‌شود كه اين امر بايد در نظر گرفته شود.
سيليسيم، عنصري گرافيت‌زاست و باعث تجزيه سمنتيت مي‌شود. لذا وجود آن در فولاد، كربن‌دهي را به تعويق مي‌اندازد. بنابراين در فولادهايي كه قرار است تحت عمليات كربن‌دهي قرار گيرند، مقدار سيليسيم كمتر از 35/0 درصد انتخاب مي‌شود.
كروم، باعث پايداري سمنتيت و افزايش سختي و مقاومت به سايش پوسته سخت شده مي‌شود. همچنين، حضور اين عنصر منجر به افزايش استحكام مغز قطعه (تا حدودي) مي‌شود، اما انعطاف‌پذيري آن را به ميزان اندكي كاهش مي‌دهد. با اين وجود، از آنجا كه كروم مقاومت به ضربه را كاهش مي‌دهد، مقدار آن در فولادهايي كه قرار است تحت عمليات سطحي كربن‌دهي قرار گيرد از 5/1 درصد نبايد بيشتر شود.
نيكل، باعث پيشگيري از رشد دانه‌ها به هنگام كربن‌دهي شده و با كاربرد آن معمولاً نيازي به عمليات نرماله كردن قطعه براي ريز كردن دانه‌ها نيست. لذا وجود آن در فولاد كربن‌دهي شده، مفيد است.
به‌طور كلي از مباحث فوق نتيجه مي‌شود كه فولادهاي ساده كربني كه براي كربن‌دهي انتخاب مي‌شوند، تا 4/1 درصد منگنز، تا 3/0 درصد كربن و كمتر از 35/0 درصد سيليسيم دارند. فولادهاي آلياژي مناسب براي كربن‌دهي علاوه‌بر عناصر فوق، مي‌توانند داراي 5/4 درصد نيكل، 5/1 درصد كروم و 3/0 درصد موليبدن باشند. نقش عناصر آلياژي ياد شده، افزايش استحكام بدون كاهش انعطاف‌پذيري و مقاومت قطعه به ضربه (تافنس) است.
ب - فولادهاي مناسب براي نيتروژن‌دهي
به‌طور كلي، فولادهاي زير را مي‌توان براي كاربردهاي خاص تحت عمليات حرارتي نيتروژن‌دهي قرار داد:
1. فولادهاي كم آلياژ آلومينيم‌دار
2. فولادهاي كم‌آلياژ كروم‌دار با كربن متوسط (بيش از 25/0 درصد كربن) از گروه‌هاي 4100، 4300، 5100، 6100، 8600، 8700، 9300 و 9800 (دو رقم سمت راست اين گروه‌ها كه بيانگر صدم درصد كربن است، بايد بيشتر از 25 باشد)
3. فولادهاي قالب گرم كار حاوي 5 درصد كروم نظير11 H13، H 12، H.
4. فولادهاي زنگ نزن فريتي و مارتنزيتي از گروه 400.
5. فولادهاي زنگ نزن آستنيتي از گروه 300.
6. فولادهاي زنگ نزن سخت‌شونده رسوبي نظير
PHا4 - 17، PHا7 - 17 و 286 - A.
فولادهاي ساده كربني براي نيتروژن‌دهي مناسب نيستند. اين امر تشكيل يك لايه سطحي بسيار ترد است كه به سادگي از سطح جدا مي‌شود. به علاوه، افزايش سختي در ناحيه نفوذ نيتروژن در اين نوع فولادها كم است.
پ- فولادهاي مناسب براي كربن- نيتروژن‌دهي
سختي‌پذيري كه معياري براي سهولت تشكيل مارتنزيت و تشكيل آن در آهنگ‌هاي سرد شدن كمتر است، به هر اندازه كه بيشتر شود، مفيد خواهد بود. براي تشكيل پوسته سخت شده با ضخامت مشخص، نياز به آهنگ سرد شدن كمتري وجود دارد. لايه كربن- نيتروژن داده شده، داراي سختي‌پذيري بيشتري در مقايسه با لايه كربن داده شده به تنهايي است. بنابراين، فولادهاي كربن- نيتروژن داده شده را مي‌توان با سرد كردن در روغن و يا حتي توسط گاز (در برخي موارد) و در نتيجه، كاهش احتمال اعوجاج و تاب برداشتن قطعه، به حداكثر سختي مورد نظر رساند. از سويي ديگر، در اين فرايند با هزينه كمتر به ضخامت پوسته سخت شده مورد نظر خواهيم رسيد.
فهرست مطالب
مقدمه    4
عنوان گزارش اول : عملیات حرارتی سخطی سطحی فولاد    5
تئوری    5
الف- فولادهاي مناسب براي كربن‌دهي    5
ب - فولادهاي مناسب براي نيتروژن‌دهي    6
سختکاري سطحی به روش شعله ای    10
سختکاري سطحي به روش کربن‌دهي    11
کربن دهی جامد    12
کربن دهی مایع    13
کربن دهی گازی    14
سختکاري سطحي به روش نیتریده کردن ( نیتراسیون )    15
تفاوت کربن دهی با نیتروژن دهی    15
سختکاري سطحي به روش نیتروکربونیزه کردن    16
عمليات حرارتي بهينه براي فولاد 27CD4    16
توضيح مختصري درباره دگرگوني مارتنزيتي    21
شرح کار    26
نتیجه گیری    27
عنوان گزارش دوم : آنیل    27
تئوری آزمایش    27
شرح کار    30
نتیجه گیری    30
عنوان گزارش سوم  : نرماله کردن    30
تئوری آزمایش    30
شرح آزمایش    32
نتیجه گیری    32
عنوان آزمایش چهارم : کوئینچ کردن    33
تئوری آزمایش    33
شرح آزمایش    34
نتیجه گیری    34
عنوان گزارش پنجم : باز پخت    35
تئوری آزمایش    35
شرح آزمایش    36
نتیجه آزمایش    36