تمپر کردن فولاد به چه معناست؟
دسترسی سریع به محتوای این مطلب
عملیات حرارتی یک روش محبوب برای تغییر خواص مکانیکی فلزات خاص است. توانایی تغییر در سختی فلز، مقاومت و استحکام فلز در حالی که ترکیب شیمیایی آن حفظ شود، راهی عالی برای متناسب کردن فلز با نیازهای محیط و نیازهای شغلی است. روش‌های مختلفی برای عملیات حرارتی فلز وجود دارد، یکی از محبوب‌ترین روش‌ها، استفاده از روشی است که تحت عنوان کوئنچ یا تمپر کردن فولاد شناخته میشود. در این مطلب می‌خواهیم به طور کامل در مورد این موضوع صحبت کنیم. تا انتهای این مطلب همراه ما بمانید.
تمپر کردن چیست؟
کوئنچ نوعی فرآیند عملیات حرارتی فلزی است. تمپر کردن شامل خنک‌سازی سریع یک فلز برای تنظیم خواص مکانیکی آن است. برای انجام فرآیند خنک‌سازی، یک فلز را توسط موادی مانند آب، آب‌نمک، هوای آرام، محلول‌های پلیمری و یا روغن سرد می‌کنند و تا دمای بالاتر از شرایط طبیعی گرم میشود، به طور معمول در دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد، اما زیر دمای ذوب!
فلز ممکن است برای مدت‌زمان مشخصی در این دما نگه‌داشته شود. هنگامی‌که فلز در دمای مطلوب نگه‌داشته شد، در یک محیط خاموش میشود تا دوباره به دمای اتاق برسد. همچنین ممکن است این فلز برای مدت‌زمان طولانی خاموش شود تا خنک‌کننده حاصل از فرآیند خنک‌سازی در کل ضخامت مواد توزیع شود.
تمپر کردن یک عملیات حرارتی باستانی است و قدیمی‌ترین نمونه این عملیات مربوط به یک تبر است که در جلیل (سرزمینی در شمال اسرائیل) مربوط به ۱۱۰۰ تا ۱۲۰۰ قبل از میلاد است. به طور کلی، عملیات تمپرسازی در سراسر جهان از آسیا تا آفریقا استفاده می‌شده است و هنوز هم یک روش مناسب برای عملیات حرارتی فولاد است.
به طور‌کلی، عملیات حرارتی انواع مختلفی دارند که عبارت‌اند از:
- آنیل کردن (باز پخت)
- نرماله کردن
- کوئنچ کردن
- آستمپر کردن
- مارتمپر کردن
- تنش‌‌زدایی
- کروی کردن
- کربن‌‌دهی سطحی
- نیتروژن دهی
بیشتر بخوانید: عملیات حرارتی چیست و چه تاثیری بر خواص فلزات دارد؟
عملیات تمپرکردن چگونه انجام میشود؟
انواع اصلی موادی که در تمپر کردن استفاده می‌شوند، عبارت‌اند از:
- هوا
- روغن
- آب
- آب‌نمک
هوا
مقرون‌به‌صرفه بودن یکی از مزایای اصلی هوا است به این معنا که برای استفاده از آن لازم نیست هزینه‌ای پرداخت کنید و به‌راحتی در زمین یافت میشود. در حقیقت، هر ماده‌ای که گرم میشود، با قرار‌دادن در محیط اتاق خنک میشود.
اگرچه حتی هوای فشرده نیز ممکن است بسیاری از فلزات را خیلی آهسته خنک کند تا خواص مکانیکی را تغییر دهد. نکته قابل‌توجه اینجاست که اگر فولاد عناصر آلیاژی زیادی داشته باشد، آن را در هوا سرد می‌کنند و برعکس این موضوع، اگر عناصر آلیاژی خیلی اندکی داشته باشد یا فاقد آلیاژ باشد، آن را در آب سرد می‌کنند.
روغن
روغن بسیار سریع‌تر از هوای فشرده قادر است فلزات گرم شده را خاموش کند. برای این کار، یک قسمت از فلز گرم شده را در مخزنی که با نوعی روغن پر شده است، قرار می‌دهند. انواع مختلف روغن اغلب بسته به نوع کاربرد آن‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرد، زیرا میزان خنک‌کنندگی و نقاط اشتعال آن‌ها متفاوت است.
آب
آب همچنین قادر است فلزات گرم شده را به‌سرعت فرونشاند. آب حتی می‌تواند سریع‌تر از روغن یک فلز را خنک کند. به روشی مشابه خاموش شدن روغن، مخزنی از آب پر میشود و فلز گرم شده در آن غوطه‌ور میشود.
آب‌نمک
همان‌طور که می‌دانید، آب‌نمک مخلوطی از آب و نمک است. آب‌نمک سریع‌تر از هوا، آب و حتی روغن فلز را خنک می‌کند. دلیل این امر این است که مخلوط نمک و آب هنگام قرارگرفتن در تماس با فلز گرم شده، باعث میشود که از ایجاد حباب روی سطح فلز جلوگیری شود.
مراحل تمپر کردن
تمپر کردن طی مراحل زیر انجام میشود:
1. گرم کردن تا دمای مناسب: همان‌طور که اشاره کردیم، در اصل تمپر کردن به عملیاتی گفته میشود که طی آن فولاد موردنظر در کوره‌‌های گازی، کوره‌‌های مقاومت الکتریکی یا کوره‌‌های القایی در دمایی کمتر از دمای 700 درجه سانتی‌گراد گرم میشود. معمولا از گاز بی‌اثر برای حرارت دادن استفاده میشود. استفاده از این گاز باعث تشکیل اکسیداسیون روی فولاد نمی‌شود.
2. نگه‌داشتن فولاد در آن دما برای زمان مشخص: در این مرحله، قطعه فولاد گرم شده را برای مدت‌زمان مشخصی در این دما نگه می‌دارند.
3. خنک‌کردن آهسته فولاد گرم شده: فولاد موردنظر بعد از اینکه مدت زمان مشخصی در آن دما باقی ماند، به‌آرامی سرد میشود تا به دمای محیط برسد. عوامل مختلفی مانند خواص مکانیکی مورد نیاز برای قطعه نهایی، ابعاد قطعه و ترکیبات شیمیایی آن و نوع و میزان عناصر آلیاژی موجود در آن در انتخاب دما و مدتی زمانی که باید قطعه فولادی در آن قرار بگیرد، دخیل هستند.
تمپر کردن فولاد (برگشت دادن)
در این فرآیند از طریق یک فرآیند خنک سازی، فولاد به دمای بالاتر از دمای تبلور مجدد خود رسیده و از طریق فرآیند خنک سازی به سرعت خنک میشود. خاموش شدن سریع در مقایسه با خنک سازی کند، ساختار بلوری فولاد را تغییر می‌دهد. بسته به محتوای کربن و عناصر آلیاژی فولاد، می‌تواند با یک ریزساختار سخت‌تر و شکننده‌تر مانند مارتنزیت یا بینیت رخ دهد.
این ریزساختارها باعث افزایش مقاومت و سختی فولاد می‌شوند. با این حال، آن‌ها فولاد را در برابر ترک خوردگی و با کاهش زیاد شکل پذیری آسیب پذیر می‌کنند. به همین دلیل، برخی از فولادها به دنبال فرآیند سخت شدن خنک شدن، پخت یا نرم می‌شوند. سرعت عملیات کوئنچ کردن به نوع و میزان عناصر آلیاژی بستگی دارد. این سرعت را می‌توان با انتخاب نوع ماده سرد کننده (آب، نمک، روغن و غیره) کنترل کرد.
نکته مهم دیگر در این زمینه این است که عملیات تمپر کردن روی فولادهایی کم کربن انجام نمی‌شود، زیرا باعث از بین رفتن بخشی از کربن این نوع فولاد میشود.
با توجه به موارد گفته شده می‌توان به این نتیجه رسید که کوئنچ یا تمپر کردن فولاد به منظور افزایش سطح کیفی قطعه فولادی انجام میشود. همان‌طور که گفته شد، هوا، روغن، آب و حتی آب نمک از جمله مواردی هستند که در عملیات تمپرسازی مورد استفاده قرار می‌گیرند.