آبدهی (متالورژی)
سرد کردن سریع فولاد و دیگر فلزات از دمایی بالاتر از دمای بحرانی، از طریق فروبردن آنها در آب، روغن، نمک، فلز مذاب یا جریان هوای سرد را آبدهی یا سردایش[۱] (به انگلیسی: Quenching) میگویند.[۲]
آبدهی به فرآیندی گفته میشود که در آن قطعهکار پس از گرم شدن در یک دمای معین و در یک زمان حساب شده، به سرعت سرد میشود که با توجه به خواص مکانیکی مد نظر، این سرد شدن در آب یا روغن یا در هوا صورت میپذیرد. آبدهی یک عملیات حرارتی است که از فرایندها و تغییرات نامطلوبی که در فلزات در دماهای پایین رخ میدهد (مانند تغییر فاز) جلوگیری مینماید. این مهم از طریق کاهش زمان سرد کردن فلزات یا افزایش نرخ سرد شدن صورت میگیرد.
از جمله تغییراتی که در حین فرایند آبدهی صورت میگیرد میتوان به کاهش اندازه دانهها اشاره نمود که برای هر دو دسته مواد فلزی و مواد پلاستیکی صورت میپذیرد. از دیگر تغییرات این فرایند افزایش سختی مواد است.
علل استفاده
[ویرایش]
آبدهی برای افزایش استحکام و سختی مواد به کار میرود. برای نمونه، اگر بتوان سرد شدن فولاد مذاب را به شکلی تنظیم کرد که مطابق با نمودار تعادلی خود سرد شود در نهایت به فاز پرلیت تشکیل میشود و درصورتی که درصد کربن بالاتری داشته باشد ممکن است فاز لدبوریت جامد، تشکیل شود. فاز پرلیت نیز خود از دو فاز فریت و سمنتیت تشکیل میشود که برای درصد کربن زیر حدود ۰٫۱۶٪ فاز اکثریت فریت است و برای بالای این مقدار فاز اکثریت سمنتیت است. اصطلاحاً به حالت زیر ۰٫۱۶٪ کربن، سمنتیت تشکیل شده در فریت و بالای آن را فریت تشکیل شده در سمنتیت گویند. فاز سمنتیت از استحکام کافی و مناسبی برخوردار است. در صورتی که فاز فریت یک فاز نرم است. بهطور کلی فاز پرلیت تشکیل شده توانایی تحمل تنشهای بالا را ندارد و باید برای بسیاری از کاربردهای فولاد استحکام آن را افزایش داد.[۳]
آبدهی یک فرایند غیر تعادلی است که غالباً برای افزایش استحکام فولاد استفاده میشود. بدین صورت که فلزات از فاز آستنیت و از منطقه یوتکتوئید به سرعت سرد شده و به موجب آن فاز مارتنزیت شکل میگیرد. تسریع فرایند استحکام بخشی فولاد، وابسته به دمای شروع تشکیل مارتنزیت و دمای پایان تشکیل مارتنزیت است. به کمک افزودن برخی عناصر مانند مولبیدن، کروم، نیکل، سیلسیوم و تنگستن میتوان دمای تشکیل فاز مارتنزیت را کاهش داد.[۵] انجام این فرایند در فولاد علاوه بر افزایش استحکام موجب افزایش سختی آن شده اما چقرمگی فولاد را کاهش میدهد.
میزان افزایش استحکام فولاد وابسته به نرخ سرد شدن این فرایند است که در صورتی که نرخ سرد شدن خیلی بالا باشد امکان شکست فولاد پس از سرد شدن و بدون ضربه وارد کردن وجود دارد.
بهطور معمول این میزان استحکام به دلیل چقرمگی پایین موجود مورد استفاده قرار نمیگیرد و برای قابل استفاده شدن فولادی کونچ شده از فرایند تمپر یا بازگشت استفاده مینمایند تا خواص مکانیکی مطلوب بهطور کامل حاصل شود.
- شرایط داخلی قطعه کار برای انتقال گرما به سطح خارجی
- شرایط سطح خارجی قطعهکار برای انتقال گرما به محیط آبدهی (ضریت هدایت حرارتی قطعهکار)
- پتانسیل جذب حرارتی محیط آبدهی جهت دریافت گرمای منتقل شده از سطوح خارجی
- توانایی محیط آبدهی در دفع حرارت تولید شده از طریق جذب گرما در درون خود و پایین ماندن دمای محیط آبدهی، انتقال آن به محیط واسطه دیگر یا انتقال گرما به هوا
بهترین روش برای توصیف درست یک فرایند پیچیده آبدهی استفاده کردن از نمودارهای غیر تعادلی آن آلیاژ است که تحت شرایط کنترل شده تهیه شدهاست. نمودارهای غیر تعادلی تأثیرپذیری بالایی از پارامترهایی که در بالا عنوان شد دارند. این نمودارها با تهیه نمونههای مشابه از آلیاژ مد نظر و تحت دماهای تعیین شده تهیه میشوند. به کمک یک ثبتکننده با سرعت بالا و ترموکوپلها دمای نمونهها که تحت شرایط مخلف سرد میشوند ثبت و در نهایت یک نمودار دما-زمان تهیه میشود. بهطور کلی دو نوع نمودار غیر تعادلی برای آلیاژها در نظر گرفته میشود. یکی نمودار غیر تعادلی در شرایط هم دما است که تحت عنوان نمودار TTT شناخته شده و دیگری نمودار تعادلی با سرد شدن پیوسته است که تحت عنوان نمودار CCT شناخته میشود. غالباً از نمودارهای CCT در فرآیندهای آبدهی به جهت عدم نیاز به کنترل و نگه داشتن دما استفاده میشود. به کمک این نمودارها و با دانستن سرعت سرد شدن آلیاژ مد نظر در محیط آبدهی، مدت زمان عملیات آبدهی و دمای شروع عملیات میتوان فاز نهایی تشکیل شده در آلیاژ جامد شده را تعیین نمود. لازم است ذکر شود علاوه بر موارد ذکر شده در بخش پارامترهای مؤثر در فرایند آبدهی مواردی از قبیل اضافه کردن عناصر خارجی به آلیاژ و تغییر نسبت حجمی عناصر سازنده آلیاژ نیز در نمودارهای غیر تعادلی مؤثر است و باعث حرکت و جابهجایی این نمودارها میشود.
- آبدهی در هوا
- آبدهی در روغن
- آبدهی در آب
- آبدهی در آب نمک
- آبدهی در نیتروژن مایع
- مذاب فلزات
جستارهای وابسته
[ویرایش]- عملیات حرارتی
- آنیل کردن کامل
- آنیلینگ جهت کروی کردن سمنتیت (کروی کردن)
- نرماله کردن (نرمالیزاسیون)
- برگشت دادن (تمپر کردن)
منابع
[ویرایش]- ↑ «سردایش» [مهندسی مواد و متالورژی] همارزِ «quenching»؛ منبع: گروه واژهگزینی. دفتر هفتم. فرهنگ واژههای مصوب فرهنگستان. تهران: انتشارات فرهنگستان زبان و ادب فارسی. شابک ۹۷۸-۹۶۴-۷۵۳۱-۹۴-۸ (ذیل سرواژهٔ سردایش)
- ↑ افضلی، محمدرضا، فرهنگ مهندسی مکانیک، انگلیسی-فارسی، تهران: فرهنگ معاصر، ۱۳۸۶. ص۵۳۷.
- ↑ گلعذار، محمدعلی (۱۳۹۱). عملیات حرارتی فولادها. مرکز نشر دانشگاه صنعتی اصفهان.
- ↑ E.Totten، George (۲۰۰۷). steel heat treatment handbook. taylor & francis group.
- ↑ تویسرکانی، حسین (۱۳۹۰). اصول علم مواد. مرکز نشر دانشگاه صنعتی اصفهان. شابک ۹۷۸-۹۶۴-۸۴۷۶-۴۵-۳.
- ↑ ۶٫۰ ۶٫۱ ۶٫۲ Liscic، Bozidar (۲۰۱۰). Quenching theory and technology. CRC press.