عملیات حرارتی شیمیایی ریخته گری فولاد

عملیات حرارتی شیمیایی ریخته‌گری‌های فولادی به قرار دادن قطعات ریخته‌گری در یک محیط فعال در دمای معین برای حفظ حرارت، به‌گونه‌ای که یک یا چند عنصر شیمیایی بتوانند به سطح نفوذ کنند، اطلاق می‌شود. عملیات حرارتی شیمیایی می تواند ترکیب شیمیایی، ساختار متالوگرافی و خواص مکانیکی سطح ریخته گری را تغییر دهد. فرآیندهای عملیات حرارتی شیمیایی که معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند شامل کربورسازی، نیترید کردن، کربنیتیدینگ، بورون کردن و متالیزاسیون است. هنگام انجام عملیات حرارتی شیمیایی روی ریخته گری، شکل، اندازه، وضعیت سطح و عملیات حرارتی سطح ریخته گری باید به طور جامع در نظر گرفته شود.

 

1. کربورسازی

کربن‌سازی به گرم کردن و عایق‌کردن مواد ریخته‌گری در یک محیط کربورکننده و سپس نفوذ اتم‌های کربن به سطح اشاره دارد. هدف اصلی کربورسازی افزایش محتوای کربن در سطح ریخته‌گری است، در حالی که یک گرادیان محتوای کربن مشخص در ریخته‌گری تشکیل می‌شود. محتوای کربن فولاد کربنی معمولاً 0.1٪ - 0.25٪ است تا اطمینان حاصل شود که هسته ریخته گری از چقرمگی و استحکام کافی برخوردار است.

سختی سطح لایه کربوره شده به طور کلی 56HRC-63HRC است. ساختار متالوگرافی لایه کربوره مارتنزیت سوزنی ریز + مقدار کمی آستنیت باقیمانده و کاربیدهای دانه ای یکنواخت توزیع شده است. کاربیدهای شبکه مجاز نیستند و کسر حجمی آستنیت حفظ شده معمولاً از 15 تا 20 درصد تجاوز نمی کند.

سختی هسته ریخته گری پس از کربوریزاسیون به طور کلی 30HRC-45HRC است. ساختار متالوگرافی هسته باید مارتنزیت کم کربن یا بینیت پایین باشد. وجود فریت عظیم یا رسوبی در امتداد مرز دانه مجاز نیست.

در تولید واقعی، سه روش متداول کربورسازی وجود دارد: کربن‌سازی جامد، کربن‌سازی مایع و کربن‌سازی گازی.

2. نیتریدینگ

نیتریدینگ به یک فرآیند عملیات حرارتی اشاره دارد که اتم های نیتروژن را به سطح ریخته گری نفوذ می کند. نیتریدینگ به طور کلی زیر دمای Ac1 انجام می شود و هدف اصلی آن بهبود سختی، مقاومت در برابر سایش، استحکام خستگی، مقاومت در برابر تشنج و مقاومت در برابر خوردگی جوی سطح ریخته گری است. نیتراسیون ریخته گری فولاد معمولاً در دمای 480-580 درجه سانتیگراد انجام می شود. ریخته گری های حاوی آلومینیوم، کروم، تیتانیوم، مولیبدن و تنگستن، مانند فولاد کم آلیاژ، فولاد ضد زنگ و فولاد ابزار قالب گرم، برای نیتریدینگ مناسب هستند.

به منظور حصول اطمینان از اینکه هسته ریخته گری دارای خواص مکانیکی و ساختار متالوگرافی لازم است و برای کاهش تغییر شکل پس از نیتریدینگ، پیش تصفیه قبل از نیتریدینگ مورد نیاز است. برای فولاد سازه‌ای، به منظور به دست آوردن ساختار سوربیتی یکنواخت و خوب، عملیات کوئنچ و تمپر قبل از نیتریدینگ مورد نیاز است. برای ریخته‌گری‌هایی که به‌راحتی در طی عملیات نیتریدینگ دچار اعوجاج می‌شوند، عملیات بازپخت تنش‌زدایی نیز پس از خاموش کردن و تمپر کردن مورد نیاز است. برای فولاد ضد زنگ و ریخته گری فولاد مقاوم در برابر حرارت به طور کلی می توان برای بهبود ساختار و استحکام آن را خاموش و تعدیل کرد. برای فولاد ضد زنگ آستنیتی، می توان از عملیات حرارتی محلول استفاده کرد.