سخت کردن شعله ای یک فرایند عملیات حرارتی سطحی یا موضعی است که در آن یک لایه نازکی از سطح قطعه فولادی را توسط شعله حاصل از سوخت یک گاز قابل احتراق نظیرگاز طبیعی تا دمایی بالاتر از دمای بحرانی A3 حرارت داده و پس از آستنیته شدن ، آن را سریع سرد می کنند . بدین ترتیب سطح قطعه یا محل مورد نظرمارتنزیت شده و از سختی و مقاومت به سایش خوبی برخوردار خواهد شد . از سوی دیگر مغز قطعه ساختار اولیه خود را حفظ کرده و لذا می تواند مقاومت به ضربه خوبی راداشته باشد . به علاوه ، چنین فرایندی استحکام خمشی و پیچشی و عمر خستگی قطعه را افزایش می دهد . سخت کردن شعله ای در ارتباط با دامنه وسیعی از قطعات و آلیاژهای آهنی و برای یک یا چند مورد از موارد زیر استفاده می شود .
- به دلیل اینکه قطعه آنقدر بزرگ است که عملیات حرارتی حجمی متداول غیر ممکن بوده و یا اقتصادی نیست . به عنوان مثال چرخ دنده های بزرگ ، قالبهای بزرگ و غلطکها .
- زیرا فقط یک قسمت یا ناحیه کوچکی از قطعه نیاز به عملیات حرارتی دارد و یا اینکه عملیات حرارتی حجمی کارکرد قطعه را کاهش می دهد . به عنوان مثال شافتها و اهرمها که باید سطوحی مقاوم دربرابر سایش داشته باشند .
- زیرا حصول و یا کنترل دقت ابعاد مورد نیاز برای قطعه توسط عملیات حرارتی حجمی متداول غیر ممکن و یا مشکل است . به عنوان مثال ، یک چرخ دنده بزرگ با طراحی پیچیده که در این حالت سخت کردن شعله ای دنده ها اثری روی ابعاد چرخ دنده نمی گذارد .
زیرا استفاده از سخت کردن شعله ای این امکان را فراهم می سازد که قطعه از مواد ارزانتری ساخته شده و لذا هزینه کلی ساخت قطعه کاهش یابد . این فرآیند موجب می شود که همان مجموعه خواص سایشی _ ضربه ای فولاد آلیاژی به فولادهای ارزانتر داده شود . در چنین شرایطی بدون اینکه در سطح قطعه اکسایش و یا کربن زدایی رخ دهد ، می توان قطعه مورد نظر را عملیات حرارتی کرد و لذا هزینه های سنگین تمیز کاری حذف شود .
8-2 : ویژگیها
- در سخت کردن شعله ای ناحیه ای که قرار است سخت شود را توسط یک شعله با ظرفیت حرارتی نسبتاً زیاد که از سوخت یک گاز قابل احتراق مانند استیلن و اکسیژن حاصل شده باشد ، حرارت می دهند . بدین ترتیب سطح قطعه در زمان کوتاهی گرم شده و به دمای سخت کردن می رسد . در حقیقت ، در این روش یک تمرکز حرارتی در سطح قطعه به وجود می آید . به بیان دیگر ، حرارت داده شده به سطح قطعه بیشتر از حرارتی است که می تواند به داخل قطعه نفوذ کند . سپس با سرد کردن سریع قطعه در یک محیط مناسب مانند آب ، بلا فاصله پس از گرم شدن ، از نفوذ بیشتر حرارت به داخل قطعه جلوگیری کرده و تنها یک لایه سطحی مارتنزیت و سخت می شود . در این فرآیند بر خلاف عملیات حرارتی حجمی که تمام قطعه گرم می شود ، مغز قطعه تحت تاثیر قرار نگرفته و همان ساختار اولیه خود را حفظ می کند . به علاوه ، ترکیب شیمیایی قطعه در این حالت تغییرنخواهد کرد . بنابراین در فرآیند سخت کردن شعله ای :
- ترکیب شیمیایی باید طوری باشد که فولاد قابلیت سخت شدن داشته باشد .
- سطحی که قرار است سخت شود باید طوری باشد که امکان گرم کردن آن توسط مشعل وجود داشته باشد .
- از نقطه نظر کاربردی ، این روش دارای مزایایی است که عبارت اند از : مشعلها همواره آماده برای کار بوده و نیازی به گرم کردن اولیه ندارند . سرعت سخت کردن بسیار زیاد و هزینه های کارگر و سوخت کم است . همچنین چون عملیات حرارتی فقط در نواحی خاص مورد نظر اعمال می شود ، امکان اعوجاج وتاب برداشتن قطعه بسیارکم است .
8-3 : روشهای سخت کردن شعله ای
به طور کلی دو روش مختلف سخت کردن شعله ای وجود دارد : در روش اول که به سخت کردن کلی سطح موسوم است ، تمام سطح قطعه را تا دمای سخت کردن حرارت داده و سپس آن را سریع سرد می کنند . در روش دوم که به سخت کردن پیشرونده موسوم است ، سطح قطعه به طور موضعی و پیشرونده گرم وبلا فاصله سریع سرد می شود . در ادامه ، روشهای مختلف سخت کردن شعلهای توضیح داده خواهد شد .
الف ) سخت کردن کلی سطح توسط روش نوسانی
در این روش که عمدتا ً برای سطوح کوچک ( مسطح و یا نا مسطح ) به کار می رود ، سطح موردنظر توسط حرکت نوسانی رفت و برگشتی یک مشعل حوشکاری و یا مشعل مناسب دیگر گرم شده تا اینکه به دمای یکنواخت ومناسب سخت کردن برسد . سپس سطح قطعه به طور سریع سرد می شود ( به شکل 8-1 مراجعه شود . ) برای افزایش سرعت کار ، حرکت نوسانی مشعل و عملیات گرم وسرد کردن را توسط سیستمهای مکانیکی و الکتریکی کنترل می کنند . این روش برای سخت کردن سطحی قطعاتی نظیر پینیون ، هزار خار ، چهار شاخ گاردن ، سوپاپهای کوچک ، پیچهای ضامن ، دو شاخ کلاچ و قطعات مشابه استفاده می شود .
ب ) سخت کردن کلی سطح توسط روش نقطه ای یا ساکن
ای روش برای سطوح کوچک در قطعاتی که شکل منظم ندارند ویا لازم به سخت کردن در تمام سطوح نیست استفاده می شود . در این روش مشعل ثابت وبدون نوسان است ( شکل 8-2 ) . در این حالت ، باید حرارت به طوریکنواخت روی تمام سطح مورد نظر وارد گردد و عمل سردکردن توسط غوطه وری و یا پاشیدن آب روی سطح آستنیته شده انجام شود . این روش برای سخت کردن لبه تیغه های برش و تراش که درصنایع درود گری استفاده می شوند به کارمی رود .
ج ) سخت کردن کلی سطح به روش چرخشی
این روش برای قطعات گرد یا نیمه گرد مانند چرخ دنده ها ، چرخها ، میل لنگها ، شافتها ، پیچها و انواع محورها استفاده می شود . ساده ترین حالت در این روش ، حرکت چرخشی – افقی یا چرخشی – عمودی قطعه کار است . در ضمن چرخش ، قطعه کار توسط یک یا چند مشعل گرم شده و سپس توسط وسایل سرد کننده مناسب ، سریع سرد می شود ( شکل 8-3 ) . در این روش ، سرعت چرخش بستگی به قطر قطعه دارد و بین 80 تا 120 دور در دقیقه است ، ولی معمولا ً سرعت خطی نباید کمتر از m/min10 ( در چرخش ) باشد . شعله باید تحت زاویه 90 درجه به قطعه برخورد کند و ناحیه داخلی شعله نزدیک سطح بوده ولی با سطح تماس نداشته باشد . برای قطعات بزرگ ، تعداد مشعلها را زیادتر می کنند . از سوی دیگر ، زمان حرارت دادن بستگی به ظرفیت حرارتی مشعل ، قطر قطعه و دمای سخت کردن دارد .
د ) سخت کردن کلی سطح به روش پیشرونده
این روش بیشتر برای سخت کردن قطعات بزرگ که توسط روش نقطه ای قابل سخت کردن نیستند به کار می رود . در این حالت ، عامل گرم کننده ( مشعل ) و سرد کننده ( افشانک ) در کنار یکدیگر بر روی سطح قطعه حرکت می کنند . بنابراین ، در هر لحظه یک لایه نازک سطحی از قطعه تا دمای آستنیته شدن گرم شده و بلافاصله سریع سرد می شود ( شکل 8-4 ) . مشابه با روش قبل ، ناحیه میانی شعله باید نزدیک سطح بوده ولی با آن در تماس نباشد ، در حدود 5 الی 6 میلیمتر از سطح فاصله داشته باشد . اگر قرار باشد که تمام سطح سخت شود ، طول شعله باید کوتاهتر بوده و عملیات حرارتی از حدود 2 الی 3 میلیمتری لبه ها شروع شده و خاتمه یابد . اگر قرار باشد که فقط یک نوار باریکی روی سطح سخت شود ، باید شعله در حدرود 3 الی 4 میلیمتر ازدو طرف این نوار را بپوشاند . به منظو ررسیدن یه دمای سخت کردن ، پس از شروع عملیات ( در ابتدا ) باید مشعل را برای مدت زمان کوتاهی روی سطح قطعه نگه داشت . این زمان حرارت دادن اولیه اغلب کمتر از 10 ثانیه است . از سوی دیگر، در انتهای مسیر باید مشعل شتاب بیشتری داشته باشد . این امر به خاطر جلوگیری از گرم شدن بیش از حد و سوختن سطح قطعه است . در عمل ، روش سخت کردن پیشرونده را به هر دو صورت افقی وعمودی استفده می کنند . مع هذا ، روش عمودی ترجیح داده می شود .
ه ) سخت کردن به روش پیشرونده لغزشی
این روش برای قطعات استوانه ای یا گرد با قطر زیاد به کار می رود . دراین روش مشعل همراه با سیستم سرد کننده ( افشانک ) درکنار یکدیگر و در فاصله معینی از سطح قطعه نصب شده و با حرکت لغزشی در امتداد محورطولی قطعه حرکت می کنند . از سوی دیگر ، قطعه حول محور خود یک حرکت دورانی دارد ( شکل 8-5 ) . در این روش سرعت عمل زیاد است ، به نحوی که دریک دور چرخش قطعه کار یک نوار به انداره طول مشعل سخت می شود . مزیت دیگر این روش این است که ، در ضمن آستنیته شدن هر لایه ، لایه سخت شده قبلی باز پخت می شود . این امر به خاطر مسئله انتقال حرارت از مشعل به نواحی مجاور است . در چنین شرایطی ، آلیاژهایی که در ضمن باز پخت تمایل بهترترد شدن دارند ، مستلزم دقت وتوجه خاص هستند .
تحت شرایطی که ضخامت لایه سخت شده بیشتری نیازباشد ، از مشعلهای پیشگرم کننده نیز استفاده می کنند . مشعلهای پیشگرم و آستنیته کننده به نحوی تنظیم می شوند که ، ابتدا فقط مشعل پیشگرم کننده روشن می شود . به مجرد اینکه ناحیه پیشگرم شده به موقفیت مشعل آستنیته کننده رسید ، این مشعل نیز روشن می شود و عملیات گرم کردن به منظور سخت کردن شروع می شود . به منظور حفاظت از لایه سخت شده قبلی ، یک افشانک در جلوی مشعل پیشگرم کننده تعبیه می کنند . چند میلیمتر قبل از اینکه لایه سخت شده به مشعل پیشگرم کننده برسد ، این مشعل خاموش می شود . به همین ترتیب قبل از رسیدن لایه سخت شده به مشعل آستنیته کننده ، این مشعل نیز خاموش می شود . استفاده از مشعلهای پیشگرم کننده هم ضخامت لایه سخت شده و هم سرعت عملیات را فزایش می دهد . این فرآیند عمدتا ً برای قطعات گرد و با قطر زیاد به کار می رود .
ی ) سخت کردن به روش پیشرونده چرخشی دوار
در این روش که برای سخت کردن شافتهای بلند استفاده می شود ، مشعلهای حلقه ای یا سگمنتی همراه با سیستم سرد کننده از یک انتها به انتهای دیگر شافت که درحال دوران است حرکت می کند ( شکل 8-6 ) بدین ترتیب پس از یک بار عبور کردن ، قطعه تماما ً سخت می شود . هر یک از انواع مشعلها یعنی حلقه ای و یا سگمنتی دارای مزایای خاص خود هستند . با استفاده از مجموعه ای از هر دو نوع مشعل ، شافتها با قطرهای مختلف را می توان به نحو موفقیت آمیزی سخت کرد . همچنین با استفاده از روش پیشرونده چرخشی دوار ، سطوح خارجی ویا داخلی سورزاخها را می توان به راحتی سخت کرد . در هرحالت برای جلو گیری از سخت شدن سرتاسری ، ضخامت دیواره باید حداقل برابر با 5 میلیمتر باشد . از سوی دیگر ، برای سخت کردن همزمان سطوح خارجی وداخلی و در عین حال جلوگیری از سخت شدن سرتاسری ضخامت دیواره باید حداقل برابر با 7 میلیمتر باشد . این امر موجب می شود که در هر سطح ، لایه سخت شده ای به ضخامت 5/1 میلیمتر و مغزی نرم با حجم کافی داشته باشیم . با استفاده از روش پیشرونده چرخشی ، قطرهایی در محدوده 20 الی 1500 میلیمتر را می توان به راحتی سخت کرد. حداقل قطر سوراخ قابل سخت شدن در این روش 25
شامل 32 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود مقاله سخت کردن شعله ای