برگشت دادن

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو

برگشت دادن یا تمپر کردن (به انگلیسی: Tempering) برگشت دادن یک عملیات حرارتی است که برای افزایش چقرمگی آلیاژهای آهن استفاده می‌شود. این فرایند معمولاً بعد از انجام فرایند سخت کردن، برای کاهش سختی اضافه انجام می‌شود.

تاریخچه برگشت دادن[ویرایش]

برگشت دادن یک عملیات حرارتی باستانی است. قدیمی‌ترین نمونهٔ مارتنزیت تمپر شده یک تبر است که در Galilee یافت شده‌است، که مربوط به ۱۱۰۰ تا ۱۲۰۰ قبل از میلاد است.[۱] این فرایند در سراسر جهان، از آسیا تا آفریقا استفاده می‌شده‌است. در مدت زمان روش‌های بسیاری برای خنک کردن قطعه برای کوئنچ کردن آن امتحان شده‌اند، مانند کوئنچ کردن با پیشاب، خون یا فلزاتی مانند جیوه یا سرب، اما فرایند برگشت دادن نسبتاً در طول زمان تغییری نکرده‌است. این فرایند اغلب با کوئنچ کردن اشتباه گرفته می‌شده و یک اصطلاح برای توصیف هر دو فرایند مورد استفاده بوده‌است. در سال ۱۸۸۹ میلادی، سر ویلیام چندلر رابرتز آستین نوشته‌است :"هنوز لغات "آب دیدن"،"برگشت دادن" و"سخت کردن"، حتی در نوشته‌های منابع برجسته، گیج کننده هستند. من برگشت دادن را به عنوان نرم کردن معرفی می‌کنم."[۲]

روش انجام برگشت دادن[ویرایش]

در این فرایند فلز تا دمایی پایین‌تر از دمای استحاله (معمولا کمتر از ۷۰۰ درجه سانتی گراد)[۳] برای مدت مشخصی گرم می‌شود و سپس در دمای محیط خنک می‌شود.[۴] در اثر باز پخت تنش‌های داخلی کاهش یافته یا حذف می‌شوند و بنابراین استحکام ضربه ای افزایش می‌یابد (شکنندگی کم می‌شود). در عوض سختی و استحکام قطعه سخت شده تا حدودی کاهش خواهد یافت. برای به دست آوردن خواص مکانیکی مورد رضایت با هزینه پایین در این فرایند، مدلسازی ریاضی اهمیت بالایی داد.

شرایط مختلف انجام[ویرایش]

رنگ‌های قسمت‌های مختلف فولاد نشان دهندهٔ دماهای تمپرمختلف هستند.

دما و زمان حرارت دادن به ابعاد قطعه و خواص مکانیکی مورد نظر بستگی دارد. انجام عملیات برگشت دادن با شرایط مختلف نتایج مختلفی را در پی خواهد داشت. به عنوان مثال: شاعری و همکارانش به بررسی شرایط مختلف عملیات حرارتی بر تغییرات ریزساختاری و سختی فولادهای کم کربن ـ پرکروم پرداخته‌اند. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد، افزایش دمای تمپر منجر به کاهش میزان آستنیت باقیمانده در ریزساختار و افزایش سختی تا حد معینی می‌گردد.[۵] در تحقیق دیگری، بزرگ نژاد و همکارانش تأثیر دمای تمپر در محدوده ۶۰۰–۳۰۰ درجه سانتیگراد به مدت ۷–۳ ساعت را مورد بررسی قرار داده‌اند. نتایج نشان داده‌است، دمای ۵۰۰ درجه سانتیگراد به مدت ۵ ساعت بالاترین سختی را به دست می‌دهد که مربوط به شرایطی است که کمترین درصد آستنیت باقیمانده در ریزساختار تشکیل شده‌است.[۶]

تأثیر دمای تمپر بر سختی فولاد متوسط کربن ـ پرکروم در جدول (۱) نشان داده شده‌است. همان‌طور که مشاهده شود با افزایش دما از ۴۵۰ تا ۵۵۰ درجه سانتیگراد سختی افزایش یافته‌است. در ۶۰۰ درجه سانتیگراد سختی کاهش یافته که این به دلیل کاهش چگالی نابجایی‌ها، حذف تنشهای داخلی و همچنین کاهش سختی مارتنزیت تمپرشده می‌باشد.[۷] در نتیجه با افزایش دمای تمپر، سختی کاهش می‌یابد.

جدول۱-سختی نمونه‌های تمپر شده[۸]
دمای تمپر (درجه سانتی گراد) ۶۰۰ ۵۵۰ ۵۰۰ ۴۵۰
سختی(HRC) ۴۳ ۴۷ ۴۶ ۴۵

همچنین با افزایش درجه حرارت تمپر، استحکام کششی و استحکام تسلیم به تدریج کاهش می‌یابد اما درصد ازدیاد طول نسبی و درصد کاهش سطح مقطع نسبی به تدریج افزایش می‌یابد.[۹]

differential tempering[ویرایش]

نمونه شمشیرهای ژاپنی که تحت فرایند differensial tempering ساخته می‌شده‌اند.

این روش این امکان را فراهم می‌کند که قسمت‌های مختلف قطعه به مقدارهای مختلف برگشت داده شوند. این شیوه معمولاً برای ساخت چاقو و شمشیر استفاده می‌شوند تا در حالی که لبهٔ مستحکمی دارند، مرکز آن‌ها نرم‌تر باشد.

این روش در آسیا معمول بوده‌است، مانند شمشیر سازی‌های ژاپن.[۴]

interrupted quenching[ویرایش]

این شیوه معمولاً با وجود تفاوت زیادی که با شیوه سنتی تمپر کردن دارد، ولی به تمپر کردن رجوع داده می‌شود. در این شیوه قطعه تا دمای مشخصی که کمتر از دمای شروع مارتنزیت است، کوئینچ می‌شود و مدت طولانی تری در آن دما نگه داشته می‌شود. نتیجه فرایند و خواص مکانیکی قطعه بعد از آن بسته به دما و زمان متفاوت خواهد بود.[۴]

کاربردهای برگشت دادن[ویرایش]

بعد از انجام فرایند سخت شدن، به علت تنش‌های ایجاد شده در ضمن سرد شدن، تقریباً تمام قطعات ترد و شکننده می‌شوند. از این رو مگر در مواردی خاص مانند زمانی که سختی زیادی مورد نیاز باشد، از عملیات برگشت دادن استفاده می‌شود. در اثر بازپخت تنش‌های داخلی کاهش یافته یا حذف می‌شوند و بنابراین استحکام ضربه ای افزایش می‌یابد (شکنندگی کم می‌شود)، در عوض سختی و استحکام قطعه سخت شده تا حدودی کاهش خواهد یافت.[۱۰]

کوئنچ کردن و برگشت دادن برای به دست آوردن حداکثر چقرمگی و شکل‌پذیری در سختی و استحکام مشخصی استفاده می‌شود. برای به دست آوردن خواص مکانیکی مورد رضایت با هزینه پایین در این فرایند، مدلسازی ریاضی اهمیت بالایی داد. سختی توزیع شده در قطعه بعد از کوئینچ کردن و برگشت دادن قابل پیش‌بینی است.[۱۱]

برگشت دادن برنج‌های آلیاژِی[ویرایش]

همچنین برنج‌های آلیاژی با درصد روی بالا دارای فازها و ریز ساختارهای متفاوتی هستند که با اعمال عملیات حرارتی کوئنچ و تمپرینگ، نوع و درصد حجمی این فازها تغییر کرده و خواص متنوعی ایجاد می‌شود که بی شباهت به رفتار فولادها نمی‌باشد.(حسینیان، آیدا؛ ایمان ابراهیم‌زاده و غلامحسین اکبری، ۱۳۸۵)

برگشت دادن فولاد[ویرایش]

کوئنچ کردن باعث ایجاد تنش‌های داخلی در قطعات و در نتیجه موجب ایجاد تردی و شکنندگی در آنها می‌شود. به همین علت به جز در مواردی که سختی بسیار بالایی مورد نیاز باشد، از فولادهای کوئنچ شده استفاده نمی‌شود. در این مرحله، می‌بایست فولاد قبل از استفاده تمپر شود. با انجام این عملیات روی آلیاژهای سخت شده، خواص مکانیکی آلیاژ تعدیل می‌شود.

دمای تمپر مناسب فولادهای کربنی و کم آلیاژ را با توجه به ترکیب شیمیایی آن‌ها و سختی نهایی مورد نظر می‌توان به‌طور تقریبی مشخص کرد. در این روش از فرمول ارائه شده توسط گرون وجف استفاده می‌شود که در آن فرض شده فولاد بعد از سریع سرد شدن عمدتاً ساختار مارتنزیتی دارد.[۱۰]

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. Tool steels By George Adam Roberts, George Krauss, Richard Kennedy, Richard L. Kennedy - ASM International 1998 Page 2
  2. "Roberts-Austen, Sir William Chandler (1843–1902)". Oxford Dictionary of National Biography. Oxford University Press. 2018-02-06.
  3. «تمپر کردن (برگشت) - Tempering». www.packmangroup.com. دریافت‌شده در ۲۰۱۹-۰۴-۱۴.
  4. ۴٫۰ ۴٫۱ ۴٫۲ "Tempering (metallurgy)". Wikipedia. 2019-03-17.
  5. محمد حسین شاعری، سعید شبستری، حسن سقفیان "بهینه‌سازی سیکل عملیات حرارتی فولادهای کم کربن کروم بالا (FMU29) مورد استفاده در آستری آسیابها" نهمین سمینار مهندسی سطح و عملیت حرارتی ایران، 1387.
  6. مهدی بزرگ‌نژاد نوبیجاری، میکائیل عیسی‌خانی زکریا، حسن سقفیان، سعید شبستری "کاهش آستنیت باقیمانده با استفاده از بهینه‌سازی دمای آستنیته کردن و تمپر فولاد کروم ـ مولیبدن دار FMU29 مورد استفاده در آستری آسیابها" پنجمین همایش مشترک انجمن مهندسی متالورژی و جامعه علمی ریخته‌گری ایران، 1390.
  7. Bakhsheshi-Rad, Hamid Reza; Monshi, Ahmad; Monajatizadeh, Hossain; Idris, Mohd Hasbullah; Abdul Kadir, Mohammed Rafiq; Jafari, Hassan (2011-12). "Effect of Multi-Step Tempering on Retained Austenite and Mechanical Properties of Low Alloy Steel". Journal of Iron and Steel Research International. 18 (12): 49–56. doi:10.1016/s1006-706x(12)60009-0. ISSN 1006-706X. Check date values in: |date= (help)
  8. «بررسی تأثیر عملیات کوئنچ و تمپر بر مشخصات ریزساختاری و خواص سایشی فولاد». www.seven-diamonds.com. بایگانی‌شده از اصلی در ۲۴ ژوئیه ۲۰۱۷. دریافت‌شده در ۲۰۱۹-۰۴-۱۴.
  9. رفیعی, کرامت; نقیان, علی; امینی, کامران; سلطانی, محمد علی (2010-05-22). "تأثیر دمای تمپر بر سختی و خواص کششی فولاد API 5CT T95". فرآیندهای نوین در مهندسی مواد. 4 (1): 67–71. ISSN 2423-3226.
  10. ۱۰٫۰ ۱۰٫۱ «دانلود مقاله رایگان تمپر کردن فولاد آبدیده». آنلاین پیپر. دریافت‌شده در ۲۰۱۹-۰۴-۱۴.
  11. «ScienceDirect». www.sciencedirect.com. دریافت‌شده در ۲۰۱۹-۰۴-۱۴.
  • مهندس حسین تویسرکانی، اصول علم مواد (خواص و مهندسی مواد)، مرکز نشر دانشگاه صنعتی اصفهان، ۱۳۷۶، شابک ۹۶۴-۶۰۲۹-۱۴-۰
  • حسینیان، آیدا؛ ایمان ابراهیم‌زاده و غلامحسین اکبری، ۱۳۸۵، اثر عملیات حرارتی تمپر بر ریز ساختار و خواص برنجهای آلیاژ ریختگی، دومین همایش ملی عملیات حرارتی، شهر مجلسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهر مجلس، https://www.civilica.com/Paper-NSHT02-NSHT02_031.html