کاغذ دیواری

وظیفه تقویت لایه سطحی یک محصول فلزی در بسیاری از موارد کاملاً مرتبط است، زیرا اکثر قطعات ماشین و مکانیسم های مختلف تحت تأثیر بارهای مکانیکی قابل توجه عمل می کنند. این مشکل را می توان هم با سختی سرد و هم با سختی سرد حل کرد که با وجود شباهت، هنوز تفاوت های خاصی دارند.

جوهر سخت شدن سرد و سخت شدن سرد

• سخت شدن فلز یکی از روش های سخت شدن محصول فلزی است. این به دلیل تغییر شکل پلاستیک رخ می دهد، که چنین محصولی در دمای کمتر از دمای تبلور مجدد قرار می گیرد. تغییر شکل در طول سخت شدن منجر به تغییر در ساختار داخلی و ترکیب فاز فلز می شود. در نتیجه چنین تغییراتی در شبکه کریستالی، نقص هایی ظاهر می شود که روی سطح محصول تغییر شکل یافته ظاهر می شود. طبیعتاً این فرآیندها منجر به تغییراتی در خصوصیات مکانیکی فلز نیز می شود. به طور خاص، موارد زیر برای او اتفاق می افتد:
• سختی و استحکام را افزایش می دهد.
• شکل پذیری و چقرمگی و همچنین مقاومت در برابر تغییر شکل علامت مخالف کاهش می یابد.

مقاومت در برابر خوردگی بدتر می شود.

پدیده سخت شدن، اگر مربوط به مواد فرومغناطیسی (مثلاً آهن) باشد، منجر به این واقعیت می شود که مقدار پارامتری مانند نیروی اجباری در فلز افزایش می یابد و نفوذپذیری مغناطیسی آن کاهش می یابد. اگر ناحیه سخت کاری شده در نتیجه تغییر شکل جزئی تشکیل شده باشد، القای باقیمانده که ماده را مشخص می کند کاهش می یابد و اگر درجه تغییر شکل افزایش یابد، مقدار این پارامتر به شدت افزایش می یابد. از جمله پیامدهای مثبت سخت شدن سرد، باید توجه داشت که با کمک آن می توان به طور قابل توجهی ویژگی های عملکردی فلزات انعطاف پذیرتر را که اصطکاک قابل توجهی در طول استفاده ایجاد می کنند، بهبود بخشید.

افزایش استحکام منجر به این واقعیت می شود که سطح فلز شکننده تر می شود که نتیجه بسیار نامطلوب پردازش است.

اگر تشکیل سخت شدن سرد می تواند در نتیجه اقدامات آگاهانه و ناخودآگاه رخ دهد، سخت شدن سرد همیشه به طور خاص انجام می شود و در واقع یک عملیات فن آوری تمام عیار است که هدف از آن سخت کردن سطح فلز است.

انواع سخت شدن

دو نوع اصلی سخت شدن سرد وجود دارد که در فرآیندهایی که در طول تشکیل آن در ماده رخ می دهد متفاوت است. اگر فازهای جدیدی در فلز که با حجم خاص متفاوت مشخص می شوند، در نتیجه تغییرات فاز تشکیل شوند، این پدیده سخت شدن فاز نامیده می شود. اگر تغییراتی که در شبکه کریستالی فلز رخ می دهد به دلیل تأثیر نیروهای خارجی رخ داده باشد، سخت شدن کرنش نامیده می شود.

سخت شدن تغییر شکل، به نوبه خود، می تواند به صورت توپی گریز از مرکز یا ضربه شات باشد. برای انجام سختی سرد نوع اول، سطحی که تحت درمان قرار می گیرد توسط توپ هایی که ابتدا در سوکت های داخلی یک لبه مخصوص قرار دارند، ضربه می خورند. هنگامی که لبه می چرخد ​​(که تا حد ممکن نزدیک به سطح در حال پردازش انجام می شود)، توپ ها تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز به اطراف آن پرتاب می شوند و بر روی قطعه تأثیر می گذارند. تشکیل سخت شدن در کارخانه های شات بلاست به دلیل برخورد جریانی از گلوله ها که با سرعت 70 متر بر ثانیه از طریق محفظه داخلی چنین تجهیزاتی حرکت می کند، روی سطح تحت درمان اتفاق می افتد. گلوله های چدنی، فولادی یا سرامیکی را می توان به عنوان گلوله هایی که قطر آنها می تواند 0.4 تا 2 میلی متر باشد، برای سخت شدن استفاده کرد.

برای درک اینکه چرا سخت شدن سرد یا سخت شدن سرد منجر به سخت شدن فلز می شود، باید فرآیندهایی را که در هنگام انجام چنین رویه هایی در مواد رخ می دهد، درک کنید. در طول تغییر شکل پلاستیک سرد، که تحت تأثیر باری که بزرگی آن از مقاومت تسلیم فلز بیشتر است، رخ می دهد، در ساختار داخلی آن تنش ایجاد می شود. در نتیجه فلز تغییر شکل داده و حتی پس از برداشتن بار نیز در این حالت باقی می ماند. استحکام تسلیم بیشتر می شود و مقدار آن با بزرگی تنش های ایجاد شده در ماده مطابقت دارد. برای تغییر شکل مجدد چنین فلزی، اعمال نیروی قابل توجهی بیشتر ضروری است. بنابراین، فلز قوی تر می شود یا، به گفته کارشناسان، به حالت سخت کار می رود.

در طول تغییر شکل سرد فلز، که در نتیجه عمل فشار مناسب (در فرآیند، به عنوان مثال، سخت شدن سرد) رخ می دهد، نابجایی هایی که ساختار داخلی ماده را تشکیل می دهند، شروع به حرکت می کنند. حتی یک جفت خط نقص متحرک تشکیل شده در یک شبکه کریستالی می تواند منجر به تشکیل مکان های مشابه بیشتر و بیشتر شود که در نهایت قدرت تسلیم مواد را افزایش می دهد.

ساختار داخلی فلز، هنگامی که در هنگام سخت شدن یا سخت شدن سرد تغییر شکل می دهد، دستخوش تغییرات جدی می شود. به طور خاص، پیکربندی شبکه کریستالی تحریف شده است، و موقعیت مکانی کریستال ها، که به طور تصادفی جهت دهی شده اند، مرتب شده است. این ترتیب به این واقعیت منجر می شود که محورهای کریستالی که در آنها حداکثر استحکام دارند، در امتداد جهت تغییر شکل قرار دارند. هر چه تغییر شکل فعال تر باشد، کریستال های بیشتری موقعیت مکانی مشابهی به خود می گیرند. این تصور اشتباه وجود دارد که دانه هایی که ساختار داخلی فلز را تشکیل می دهند، هنگام تغییر شکل آن خرد می شوند. در واقع، آنها فقط تغییر شکل می دهند و سطح آنها بدون تغییر باقی می ماند.

از مجموع موارد فوق می توان نتیجه گرفت که در طی فرآیند سخت شدن سرد یا سخت شدن سرد، ساختار کریستالی فولاد یا سایر فلزات تغییر می کند و در نتیجه مواد سخت تر و محکم تر، اما در عین حال شکننده تر می شوند. بنابراین، فولاد کار شده ماده ای است که به طور خاص در معرض تغییر شکل پلاستیکی قرار گرفته است تا ویژگی های استحکام خود را بهبود بخشد.

سخت شدن و تجهیزات برای آن

سختی سرد محصولات فولادی به ویژه در مواردی که نیاز به افزایش مقاومت آنها در برابر ترک های سطحی و همچنین جلوگیری از وقوع فرآیندهای خستگی در آن وجود دارد، اهمیت دارد. صنایعی که محصولات سرد کار در آنها به خوبی خود را ثابت کرده اند عبارتند از: هواپیماسازی و خودروسازی، تولید نفت، پالایش نفت و ساخت و ساز.

روش های سخت کاری فلزات مانند سختی سرد کنترل شده یا سخت کاری سرد را می توان با استفاده از تجهیزات مختلفی اجرا کرد که کیفیت و عملکرد آنها نتیجه عملیات انجام شده را مشخص می کند. تجهیزات برای سخت شدن محصولات ساخته شده از فولاد یا آلیاژهای دیگر، که امروزه با مدل های متنوعی نشان داده می شود، می تواند به طور کلی یا خاص باشد - به منظور پردازش قطعات یک نوع خاص (پیچ و مهره، فنر و غیره).

در مقیاس صنعتی، سخت‌کاری سرد بر روی دستگاه‌های خودکار انجام می‌شود که تمامی حالت‌های عملیاتی آن با استفاده از سیستم‌های الکترونیکی برقرار و کنترل می‌شوند. به طور خاص، در چنین ماشین هایی، هم مقدار و هم نرخ تغذیه شات مورد استفاده برای انجام پردازش به طور خودکار تنظیم می شود.

سخت شدن، که در آن فرآیند تشکیل آن کنترل می شود، در مواردی استفاده می شود که یک محصول فولادی را نمی توان با عملیات حرارتی تقویت کرد. علاوه بر سخت شدن سرد و سخت شدن سرد، سایر روش های تغییر شکل پلاستیک سرد نیز می توانند استحکام لایه سطحی یک محصول فلزی را افزایش دهند. این شامل، به ویژه، طراحی، خنجر، نورد سرد، انفجار شات و غیره است.

علاوه بر فولاد، که محتوای کربن آن نباید از 0.25٪ تجاوز کند، این روش سخت شدن برای محصولات مس و همچنین برخی از آلیاژهای آلومینیوم ضروری است. نوار فولادی ضد زنگ نیز اغلب در معرض سخت شدن سرد قرار می گیرد. نوار سرد کار در مواردی استفاده می شود که نوار فولادی معمولی قادر به مقابله با بارهای درک شده نیست.

سخت شدنی که در طول فرآوری یک محصول فلزی روی سطح آن ایجاد شده است با روش های مختلفی قابل حذف است که برای آن از عملیات حرارتی ویژه استفاده می شود. هنگام انجام این روش، محصول فلزی گرم می شود، که منجر به این واقعیت می شود که اتم های ساختار داخلی آن شروع به حرکت فعال تر می کنند. در نتیجه وارد حالت پایدارتری می شود.

هنگام انجام فرآیندی مانند بازپخت تبلور مجدد، باید درجه گرم شدن قطعه فلزی را در نظر گرفت. اگر درجه حرارت ناچیز باشد، ریز تنش‌های نوع دوم در ساختار فلزی کاهش می‌یابد و شبکه کریستالی آن تا حدی مخدوش می‌شود. اگر شدت گرما افزایش یابد، دانه های جدیدی شروع به تشکیل می کنند که محورهای آنها در یک موقعیت مکانی قرار گرفته اند. در نتیجه گرمای شدید، دانه های تغییر شکل یافته به طور کامل ناپدید می شوند و آنهایی که محورهای آنها در یک جهت است، تشکیل می شوند.

همچنین چنین عملیات تکنولوژیکی مانند صاف کردن با سوراخ کردن وجود دارد که با کمک آن شفت یا ورق فلزی به حالت اولیه خود می رسد. برای انجام چنین عملیاتی، با هدف از بین بردن اختلاف بین پارامترهای هندسی و مقادیر مورد نیاز آنها، نیازی به استفاده از دستگاه خاصی نیست - با استفاده از یک چکش معمولی و یک صفحه صاف که قطعه کار روی آن گذاشته می شود، انجام می شود. با ضربه زدن به محصولی که شکل آن نیاز به اصلاح با چنین چکشی دارد، لایه سفت شده ای بر روی سطح آن تشکیل می شود که در نهایت منجر به حصول نتیجه مورد نیاز خواهد شد.

روش های تقویت لوله های فولادی

الیزاوتا ولادیمیروفنا فیلیپنکو

دانشجو gr. 3 سال، GBOU SPO SO "کالج متالورژی Pervouralsk"، Pervouralsk

E- پست الکترونیکی: cher - این @ پست الکترونیکی . ru

Shcherbinina E.V.

معلم ویژه رشته های VKK، رئیس Pervouralsk

صنعت متالورژی- یکی از بزرگترین بخش های اقتصاد ملی و بعد از مجتمع نفت و گاز در رتبه دوم درآمد صادراتی قرار دارد.

در سال های اخیر، سطح توسعه متالورژی آهنی روسیه به طور قابل توجهی افزایش یافته است. این، اول از همه، به دلیل حجم قابل توجهی از سرمایه گذاری های مالی است که به سمت نوسازی تولید توسط بزرگترین شرکت های صنعت هدایت می شود.

یکی از شاخه های اصلی مجتمع متالورژی تولید لوله می باشد.

لوله ها به صورت صنعتی از فلزات و آلیاژها، مواد آلی (پلاستیک، رزین)، بتن، سرامیک، شیشه، چوب و ترکیبات آنها تولید می شوند.

لوله ها برای انتقال رسانه های مختلف، عایق بندی یا گروه بندی سیم های دیگر استفاده می شوند. لوله فلزی به طور گسترده ای در ساخت و ساز، به عنوان یک پروفیل ساختاری، در مکانیسم ها - به عنوان یک شفت برای انتقال چرخش و غیره استفاده می شود.

لوله ها بر اساس روش تولید (نورد بدون درز، اکسترود شده، فولاد جوشی و ریخته گری) طبقه بندی می شوند.

لوله های ساخته شده از درجات مختلف فولاد به طور گسترده ای در صنعت استفاده می شود.

راه های مختلفی برای سخت شدن لوله های فولادی وجود دارد که به طور گسترده در تولید استفاده می شود:

1. عملیات حرارتی مکانیکیشامل تغییر شکل پلاستیکی آستنیت و به دنبال آن سخت شدن به مارتنزیت و تمپر کم است.

2. سخت شدن سطحشامل حرارت دادن لایه سطحی فولاد بالای نقطه Ac 3 با خنک کردن بعدی برای به دست آوردن سختی و استحکام بالا در لایه سطحی قطعه در ترکیب با یک هسته چسبناک است. گرمایش برای سخت شدن با استفاده از جریان های فرکانس بالا، شعله مشعل های گاز یا اکسیژن-استیلن و همچنین تابش لیزر انجام می شود.

3. درمان سرماخوردگیبرای افزایش سختی فولاد با تبدیل آستنیت حفظ شده فولاد سخت شده به مارتنزیت انجام شد. این کار با خنک کردن فولاد تا دمای نقطه مارتنزیتی پایین انجام می شود.

4. سخت شدن سطح توسط تغییر شکل پلاستیک -سخت شدن سطح قطعه در نتیجه تغییر شکل سرد رخ می دهد که باعث افزایش مقاومت خستگی آن می شود.

5. درمان شیمیایی - حرارتی -عملیات حرارتی فلزات در محیط های مختلف فعال شیمیایی به منظور تغییر ترکیب شیمیایی و ساختار لایه سطحی فلز و افزایش خواص آن. این درمان ها شامل سیمان کردن،نیتروکربورسازی نیترید کردن، سیانیداسیون -هدف: سختی، مقاومت در برابر سایش و حد استقامت در سطح قطعه. متالیزاسیون انتشار (آلیزه کردن، سیلیکون کردن، آبکاری کروم و غیره) - هدف: افزایش مقاومت در برابر خوردگی سطح هنگام کار در محیط های خورنده مختلف.

روش های ابتکاری مورد استفاده برای تقویت فولاد لوله.

نورد کنترل شده

این یک نوع فرآیند پردازش حرارتی مکانیکی فولادها و آلیاژها است که با تنظیم، بسته به ترکیب شیمیایی، شرایط گرمایش فلز، پارامترهای دما و تغییر شکل فرآیند و حالت های خنک کننده مشخص فلز در مراحل مختلف مشخص می شود. پردازش پلاستیک

در نتیجه: این فناوری امکان به دست آوردن ترکیبی بهینه از خواص استحکام و چقرمگی محصولات نهایی نورد شده را بدون استفاده از عملیات حرارتی و با مصرف کمتر مواد افزودنی آلیاژی کمیاب می‌دهد.

اصل اساسی نورد کنترل شده پالایش دانه های آستنیتی و در نتیجه فریت است که منجر به افزایش همزمان استحکام و چقرمگی فولاد می شود.

نورد کنترل شده دارای 3 مرحله تولید فولاد لوله است: تغییر شکل در ناحیه تبلور مجدد آستنیت، تغییر شکل آستنیت غیر متبلور و تغییر شکل در ناحیه دو فاز آستنیت-فریتی. تحقیقات نشان داده است که در طول نورد در یک پایه تکمیلی در دمای کمتر از Ar 3، خواص مکانیکی تحت تأثیر نابجایی، زیرسازی و تقویت بافت قرار می‌گیرد. تفاوت اصلی بین نورد معمولی و کنترل شده این است که در نورد کنترل شده، نوارهای تغییر شکل دانه های آستنیت را به چند بلوک جدا می کنند. مرز هر بلوک منبع هسته زایی دانه های فریت است. در نتیجه، از دانه‌های آستنیتی با اندازه یکسان در هنگام نورد کنترل‌شده، دانه‌های فریت کوچک‌تری نسبت به نورد گرم معمولی، زمانی که هسته‌زایی دانه‌های فریت در مرز دانه‌های آستنیت اتفاق می‌افتد، تشکیل می‌شود. علاوه بر این، افزایش تعداد مراکز فعال هسته‌زایی فریت، فرآیند تبدیل را تسریع می‌کند، در نتیجه احتمال تشکیل ساختار بینیت که چقرمگی کم به فولاد می‌دهد، کاهش می‌یابد. .

در عمل تولید نورد، اقداماتی برای افزایش دقت ابعادی قطعه انجام می شود:

1) استفاده از پایه های سفت و سخت که حداقل تغییر شکل الاستیک پایه نورد را تضمین می کند.

2) بهبود طراحی کوره های گرمایش و کیفیت گرمایش، اجازه می دهد تا دمای یکنواخت در سطح مقطع قطعه کار و قطعات کار مختلف حفظ شود.

3) استفاده از خنک کننده بهینه نوارها، جبران افزایش دمای رول ها تحت تأثیر گرمای نوارهای گرم شده و گرمای آزاد شده در هنگام تغییر شکل پلاستیک.

4) افزایش سختی سطح کار رول؛

5) تغییر شکل یکنواخت فلز در گیج ها و کاهش فشار در هنگام نورد با استفاده از کالیبراسیون بهینه رول های نورد، استفاده از یاتاقان های نورد مدرن و اصطکاک سیال در غرفه های نورد، تجهیز کارخانه های نورد پیوسته به دستگاه های دائمی برای کنترل کشش بین پایه محصولات نورد. و غیره

شکل 1 طرح تأثیر دمای تغییر شکل در طول نورد کنترل شده بر مورفولوژی دانه های آستنیت و ساختار فریت-پرلیت در فولادهای میکروآلیاژی کم کربن.

فولادهای کم کربن با سخت شدن پیچیده و ساختار هتروفاز حاوی محصولات تجزیه آستنیت در دمای پایین.

فولادهای دارای ساختاری حاوی فریت چند ضلعی، بینیت و جزایر کوچک مارتنزیت (آستنیت باقیمانده) دارای نمودار کششی پیوسته بدون فلات تسلیم هستند. در مقایسه با فولادهای با ساختار فریت-پرلیت، این می تواند سخت شدن کرنش قابل توجهی را در طول فرآیند تولید ایجاد کند، که نشان دهنده افزایش استحکام فلز لوله در مقایسه با قطعه کار است که چشم انداز استفاده از فولادهای این کلاس را افزایش می دهد. سطح تسلیم را می توان با جایگزینی پرلیت با بینیت در حضور یک جزء مارتنزیتی-واستنیتی کاهش داد و تمایل به تشکیل نمودار کششی صاف را افزایش داد. لازم به ذکر است که کاهش ضریب تبدیل تا حد زیادی با اثر تنش های پسماند در سطح کلان همراه است. در این راستا، تأثیر ریزساختار پیچیده‌تر است، که نیاز به بررسی جداگانه دارد. در ورق‌هایی با ضخامت 12-15 میلی‌متر، می‌توان فلات تسلیم را حذف کرد، مشروط بر اینکه نسبت زیر رعایت شود:

32.5 Mo + 10 (Mn + Cr) + 2.5 Ni > 23

متأسفانه متالوژیست های روسی هنوز به طور کامل برای تولید صنعتی ورق ها و کویل ها از فولادهای این کلاس آماده نیستند، در حالی که رویه جهانی ساخت خط لوله قبلاً شامل استفاده از لوله های کلاس دقیق X100 و X120 است.

بدیهی است که فولادهای کم کربن نسل جدید که استحکام آنها به دلیل تشکیل محصولات تبدیلی در دمای پایین تضمین می شود، با مجموعه ای از خواص منحصر به فرد در مقایسه با فولادهای فریت-پرلیت با پراکندگی و تقویت زیرساختی متمایز می شوند. سطح خواص فولادهای فریتی-پرلیت (کم پرلیت) تا حد زیادی با درجه تقویت فریت به دلیل ایجاد زیرساخت و آزاد شدن کاربیدونیتریدها، عمدتاً وانادیوم، در آن تعیین می شود.

نتیجه گیری

اخیراً روسیه شاهد افزایش مداوم تولید لوله های فولادی بوده است. مصرف انواع خاصی از لوله‌های فولادی روند سال‌های گذشته را ادامه می‌دهد: کاهش مصرف لوله‌های جوشی با قطر کوچک و متوسط ​​و افزایش مصرف لوله‌های جوشی با قطر بزرگ و لوله‌های بدون درز بدون درز که برای تولید استفاده می‌شوند. و حمل و نقل گاز و نفت؛ جایگزینی لوله های بدون درز با لوله های جوش داده شده ادامه خواهد یافت که میزان تولید آنها به 64 درصد از کل حجم تولید لوله رسیده است.

در سال های آینده، تولید کنندگان روسی به طور فعال تجهیزات را مدرن می کنند، ظرفیت های جدید را برای تولید بیلت های با کیفیت بالا و تولید لوله هایی که مطابق با استانداردهای بین المللی هستند، راه اندازی خواهند کرد.

آینده صنعت جهانی روسیه در بازارهای خارجی و داخلی نهفته است. در بازار خارجی، این سطح در حال حاضر به 25٪ لوله های تولید شده در کشور می رسد. همچنین با در نظر گرفتن موقعیت پیشرو روسیه در ذخایر نفت و گاز، مسافت های طولانی برای حمل و نقل آنها و اجرای تعدادی از پروژه های خط لوله بزرگ، چشم اندازهای خوبی در بازار داخلی وجود دارد.

نیاز به افزایش استحکام ساختاری فولادها، گذار به فناوری های متالورژی با دقت بالا و دانش بر را تعیین می کند. برای لوله‌های کلاس‌های استحکام بالا، چشم‌انداز فولادهای کم کربن با سخت شدن پیچیده و ساختار هتروفاز حاوی محصولات تجزیه آستنیت در دمای پایین و استفاده از فناوری نورد کنترل‌شده، که به دست آوردن ترکیبی بهینه از استحکام و چقرمگی را ممکن می‌سازد. خواص محصولات نورد نهایی بدون استفاده از عملیات حرارتی و با مصرف کمتر مواد افزودنی آلیاژی، آشکار است.

تسلط بر تولید چنین محصولاتی مستلزم تغییر کیفی در ظرفیت های اصلی شرکت های متالورژی داخلی بر اساس استفاده از فناوری های مدرن است که به طور گسترده در عمل جهانی استفاده می شود.

مراجع:

1. آژانس اطلاعات اقتصادی "پرایم"

2. پورتال تحلیلی "پایش قیمت"

3. Bronfin B.M., Emelyanov A.A., Shveikin V.P. فولادهای فریتی-مارتنزیتی دو فاز تقویت شده با کاربیدهای وانادیوم / شیمی، فناوری و کاربرد ترکیبات وانادیوم: چکیده‌های کنفرانس IV All-Union. نیژنی تاگیل، 1982. ص 106.

4. Bronfin B.M., Emelyanov A.A., Shveikin V.P. سختی زیر ساختاری فولادهای فریتی-مارتنزیتی دو فازی // روش های تحقیق سختی زیر ساختاری فلزات و پراش. کیف: نائوکوا دومکا. 1985. صص 133-135.

5. Grachev S.V., Baraz V.R., Bogatov A.A., Shveikin V.P. متالورژی فیزیکی کتاب درسی برای دانشگاه ها. اکاترینبورگ اد. 2، اضافه کنید. و درست. انتشارات USTU-UPI، 2001، ص. 534.

روشهای اصلی تقویت فلزات و آلیاژها عبارتند از: آلیاژسازی با تشکیل محلولهای جامد. تغییر شکل پلاستیک؛ ایجاد ترشحات پراکنده؛ سخت شدن با روش های حرارتی؛ تقویت با روش های شیمیایی- حرارتی.

تقویت با آلیاژ

تشکیل یک ساختار مطلوب و عملکرد قابل اعتماد قطعات، آلیاژسازی منطقی، پالایش دانه و بهبود کیفیت فلز را تضمین می کند.

استحکام در طول آلیاژسازی متناسب با غلظت عنصر آلیاژی در محلول جامد افزایش می یابد. باید به خاطر داشت که عناصر آلیاژی مختلف حلالیت محدودی در فازهای اصلی آلیاژ دارند و این بستگی به تفاوت نسبی در شعاع اتمی اجزا دارد. تشکیل محلول های جامد از انواع مختلف (جایگزینی، بینابینی، منظم، نامنظم و غیره) با ترکیبی از سازندهای نابجایی مختلف با ویژگی های مقاومتی متنوع ایجاد می شود.

پالایش دانه با آلیاژسازی و عملیات حرارتی انجام می شود. موثرترین اصلاح ساختار با عملیات حرارتی مکانیکی با دمای بالا به دست می آید. این شامل تغییر شکل پلاستیکی آستنیت و به دنبال آن تبدیل به مارتنزیت است. در نتیجه عملیات حرارتی مکانیکی در دمای بالا، مطلوب ترین ترکیب از استحکام بالا با افزایش شکل پذیری، چقرمگی و مقاومت در برابر شکست تضمین می شود. استحکام با افزایش غلظت عنصر آلیاژی محلول و اختلاف در شعاع اتمی آهن و این عنصر افزایش می یابد. سختی فریت به آرامی سرد شده به شدت افزایش می یابد (شکل 10.1.) Si، Mn، Ni ، یعنی آن دسته از عناصری که متفاوت هستند Fe α شبکه کریستالی نفوذ ضعیف تر Mo، V و Cr ، که شبکه های آن هم شکل هستند Fe α . افزایش خلوص آلیاژ با روش های متالورژیکی با حذف ناخالصی های مضر گوگرد، فسفر، عناصر گازی - اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن به دست می آید.

هنگامی که عناصر آلیاژی وارد فولاد می شوند، حلالیت آنها در شبکه آهنی بسته به دما می تواند متفاوت باشد، اثری به نامسخت شدن پراکندگی. برای انجام این کار، لازم است یک محلول جامد فوق اشباع با غلظت عنصر محلول افزایش یابد. چنین محلول جامدی غیرتعادل است و تمایل به تجزیه دارد. فرآیند تجزیه یک محلول جامد فوق اشباع در دمای اتاق نامیده می شودپیری طبیعی. با مقداری گرمایشپیری مصنوعی.

در طول پیری، عنصر اضافی از شبکه کریستالی فلز حلال به شکل ذرات ریز به نام آزاد می شود.فاز پراکنده.

فاز پراکنده که به طور یکنواخت در یک محلول جامد توزیع می شود، شبکه کریستالی دومی را مخدوش می کند و خواص مکانیکی آلیاژ را تغییر می دهد. افزایش سختی و استحکام تنها زمانی مشاهده می شود که انسجام (تداوم) شبکه های کریستالی اتمی فاز پراکنده و محلول جامد حفظ شود.

سخت شدن پراکندگی با فرآیندهای انتشار همراه است و بنابراین مدت زمان پیری تأثیر قابل توجهی بر اثر سخت شدن پراکندگی دارد. سخت شدن پراکندگی در فولاد آلیاژی پیچیده با چندین عنصر آلیاژی اغلب خود را کاملاً متفاوت از فولاد با یک عنصر آلیاژی نشان می دهد. عناصر آلیاژی اضافی می توانند حلالیت عنصر اصلی را افزایش یا کاهش دهند و باعث سخت شدن رسوب و در نتیجه افزایش یا کاهش اثر سخت شدن ماده شوند. سخت شدن پراکندگی با فرآیند معمول عملیات حرارتی فولاد همراه است و تأثیر قابل توجهی بر خواص آن دارد. فازهای تقویتی در فولادها می تواند کاربید، نیترید، ترکیبات بین فلزی، ترکیبات شیمیایی و غیره باشد.

سخت شدن با تغییر شکل پلاستیک

در نتیجه تغییر شکل پلاستیک سرد، خواص فلز تغییر می کند: استحکام و مقاومت الکتریکی افزایش می یابد، شکل پذیری، چگالی و مقاومت در برابر خوردگی کاهش می یابد. این پدیده نامیده می شودسخت شدن و می توان از آن برای تغییر خواص مواد فلزی استفاده کرد. خواص فلز سرد کار شده هر چه شدیدتر تغییر کند، درجه تغییر شکل بیشتر می شود. فلزات در مرحله اولیه تغییر شکل با شدت بیشتری سخت می شوند و با افزایش تغییر شکل، خواص مکانیکی کمی تغییر می کند (شکل 1). با افزایش درجه تغییر شکل، استحکام تسلیم سریعتر از استحکام کششی افزایش می یابد. برای فلزات به شدت سرد سخت شده، هر دو ویژگی با هم مقایسه می شوند و ازدیاد طول برابر با صفر می شود. این حالت فلز سخت شده حالت محدود نامیده می شود. اگر بخواهید تغییر شکل را ادامه دهید، ممکن است تخریب فلز رخ دهد. در نتیجه سخت شدن، می توان سختی و مقاومت موقت را 1.5 برابر 3 برابر و استحکام تسلیم را 3-7 برابر افزایش داد. فلزات با شبکه fcc قوی تر از فلزات با شبکه bcc تقویت می شوند. در میان آلیاژهایی با شبکه fcc، آنهایی که در آنها انرژی گسل انباشتگی حداقل است، قوی تر تقویت می شوند (فولاد آستنیتی و نیکل به شدت سخت می شوند، در حالی که آلومینیوم فقط کمی تقویت می شود).

برنج. 1. وابستگی خواص مکانیکی به درجه تغییر شکل

سخت شدن سرد، چگالی فلز را به دلیل اختلال در آرایش اتم ها کاهش می دهد، با افزایش چگالی عیوب و تشکیل ریز منافذ. کاهش تراکم برای افزایش دوام قطعاتی که در حین کار در معرض بارهای متغیر هستند استفاده می شود. متداول ترین روش تغییر شکل سطح پلاستیک سرد، شات پینینگ است. این شامل برخورد ذرات شات شده در دستگاه های انفجاری سانتریفیوژ یا پنوماتیک بر روی سطح در حال پردازش است. برای این کار از شات فولادی یا چدنی به ابعاد 0.5 2.0 میلی متر استفاده می شود. زمان پردازش برای سطح قطعه از 23 دقیقه تجاوز نمی کند و ضخامت لایه سطحی در 0.2 0.4 میلی متر است.

در لایه سخت شده سطحی، چگالی عیوب شبکه کریستالی افزایش می یابد و شکل و جهت دانه ها ممکن است تغییر کند. تنش های فشاری در لایه های سطحی ایجاد می شود که از شروع و توسعه ترک ها جلوگیری می کند. شات بلاست می تواند برای فولادهایی با ترکیبات مختلف و پس از عملیات حرارتی مختلف (بازپخت، نرمال کردن، سخت شدن، بهبود، کربوریزه کردن و غیره) موثر باشد.

هدف اصلی شات بلاست افزایش قدرت خستگی است. فنرها، فنرها، چرخ دنده ها، شفت های مختلف و ... تحت این درمان قرار می گیرند. شات بلاست قطعات با فیله ها، شیارها، آثار ماشینکاری خشن و سایر متمرکز کننده های تنش بسیار موثر است. برای مقایسه، جدول 7.1 نمونه هایی از افزایش مقاومت در برابر خرابی خستگی برخی از قطعات ماشین را نشان می دهد.

جدول 1.

p/p	نام قطعه	σ -1، مگاپاسکال
		قبل از پردازش	پس از پردازش
	دنده بعد از سخت شدن از فولاد 45
	فنرهای تعلیق جلو خودرو از فولاد 65G ساخته شده است
	فنر سوپاپ موتور ساخته شده از فولاد 50HFA

اگر تغییر در ساختار و خواص در نتیجه تغییر شکل پلاستیک نامطلوب باشد، می توان آن را با عملیات حرارتی بعدی و بازپخت تبلور مجدد حذف کرد.

تقویت با روش های حرارتی

اثرات دما بر روی مواد مختلف به منظور تغییر ساختار و خواص آنها رایج ترین روش سخت شدن در تکنولوژی مدرن است. این اثر را می توان بیشتر در دماهای مثبت، کمتر در دماهای منفی انجام داد و می تواند با فرآیندهای شیمیایی، تغییر شکل، مغناطیسی، الکتریکی و غیره ترکیب شود.

پیرو طبقه بندی A.A. بوچوار که بر اساس انواع دگرگونی های فازی و ساختاری در فلز است، انواع عملیات حرارتی زیر را متمایز می کند:

عملیات حرارتی واقعی؛

عملیات حرارتی مکانیکی؛

عملیات شیمیایی- حرارتی

عملیات حرارتی واقعیفقط اثرات دما را روی فلز یا آلیاژ ارائه می دهد. فرآیندهای فازی ساختاری کنترل شده در فولاد که ساختار فاز و نابجایی مورد نیاز را فراهم می کند، به دلیل وجود آلوتروپی رخ می دهد.

عملیات حرارتی مکانیکی(TMO) ترکیبی از اثرات حرارتی و تغییر شکل پلاستیک. TMT امکان دستیابی به استحکام و خواص چقرمگی-پلاستیک بالاتر فولاد را نسبت به سخت شدن معمولی و تلطیف کم می دهد. اثر اضافی مثبت در طول TMT با سخت شدن اولیه آستنیت در طول تغییر شکل پلاستیک توضیح داده می شود. عواقب این سخت شدن به صورت نابجایی های اضافی ناشی از سخت شدن به مارتنزیت منتقل می شود که وقتی به نابجایی های ناشی از تبدیل مارتنزیتی بعدی اضافه شود، ساختار نابجایی متراکم تری ایجاد می کند. چنین چگالی نابجایی بالایی (تا 10 13 سانتی متر -2 ) در هنگام سخت شدن ترک ایجاد نمی کند. دو نوع پردازش حرارتی مکانیکی وجود دارد: دمای بالا (HTMT) و دمای پایین (LTMT). در طول HTMT، آستنیت در دمای بالاتر از خط A تغییر شکل می‌دهد C3 به درجه تغییر شکل 20-30٪. در طول LTMT، ماده فوق خنک شده به 400600 تغییر شکل می دهد 0 با آستنیت، درجه تغییر شکل 75-90٪ است.

عملیات شیمیایی- حرارتی(CTO) ترکیبی از اثرات شیمیایی و حرارتی به منظور تغییر ترکیب، ساختار و خواص لایه سطحی یک قطعه در جهت مورد نیاز. در این حالت، اشباع سطح مواد فلزی با عنصر مربوطه اتفاق می افتد ( C، N، B، Al، Cr، Si، Ti و غیره) با انتشار در حالت اتمی از محیط خارجی (جامد، گاز، بخار، مایع) در دمای بالا.

فرآیند تصفیه شیمیایی- حرارتی شامل سه مرحله اولیه است:

جداسازی یک عنصر در حال انتشار در حالت اتمی به دلیل واکنش هایی که در محیط خارجی رخ می دهد.

تماس اتم های یک عنصر پخش کننده با سطح یک محصول فولادی و نفوذ (انحلال) آنها به شبکه آهن (جذب).

انتشار اتم های یک عنصر اشباع کننده در عمق فلز.

سخت شدن سطح

در بین روش های سخت کاری سطحی، سخت کاری سطحی، پردازش لیزری و آلیاژسازی جرقه الکتریکی بیشترین کاربرد را دارند.

در سخت شدن سطحفقط لایه بالایی تا یک عمق مشخص سخت می شود، در حالی که هسته محصول سفت نشده باقی می ماند.

هدف اصلی سخت شدن سطحی افزایش سختی، مقاومت در برابر سایش و حد استقامت قطعه کار است. هسته محصول چسبناک باقی می ماند و بارهای ضربه را جذب می کند. سخت شدن سطح با استفاده از چندین روش انجام می شود: گرمایش با جریان های فرکانس بالا. گرمایش

سخت شدن سطح با چندین روش انجام می شود: گرمایش با جریان های فرکانس بالا (HFC). گرمایش با شعله گاز

سخت شدن با فرکانس بالا برای اولین بار توسط V.P. هنگام سخت شدن با استفاده از این روش، محصول فولادی به شکل مارپیچ یا حلقه در داخل سلف قرار می گیرد (شکل 2). جریان فرکانس بالا از ژنراتور به سلف تامین می شود. هنگام عبور جریان از سلف در لایه های سطحی محصول، در اثر القاء، جریانی در جهت مخالف ایجاد می شود و فولاد را گرم می کند.

با توجه به این واقعیت که نرخ گرمایش HDTV به طور قابل توجهی بالاتر از نرخ گرمایش در کوره است، تبدیل فاز در فولاد در دماهای بالاتر رخ می دهد و دمای گرمایش برای خاموش کردن افزایش می یابد. به عنوان مثال، هنگام گرم کردن فرکانس بالا با سرعت 400 درجه سانتیگراد در ثانیه، دمای سخت شدن فولاد 40 از 840...860 درجه سانتیگراد به 930...980 درجه سانتیگراد افزایش می یابد. پس از حرارت دادن فولاد با فرکانس بالا تا دمای سخت شدن، محصول با آب خنک می شود. هنگام سخت شدن با حرارت فرکانس بالا، ساختار بسیار پراکنده ای از کریستال های مارتنزیت به دست می آید که سختی و استحکام بالاتری نسبت به حرارت کوره ایجاد می کند.

برنج. 2. مدار گرمایش با جریان های فرکانس بالا: 1 قسمت; 2 سلف؛ 3 میدان مغناطیسی؛من جهت جریان در سلف؛ II جهت جریان در قطعه

روش های زیر برای سخت شدن حرارت القایی وجود دارد:

گرمایش و سرمایش همزمان کل سطح؛ این روش برای محصولات با سطح کوچک (انگشت، غلتک، ابزار محوری) استفاده می شود.

گرمایش و سرمایش متوالی بخش های جداگانه: برای سخت کردن ژورنال های میل لنگ (گرمایش و سخت شدن متوالی ژورنال ها پس از دیگری)، چرخ دنده با ماژول بیش از 6 (سخت کردن "دندان به دندان")، بادامک میل بادامک و غیره استفاده می شود.

گرمایش و سرمایش متوالی به طور مداوم. این روش برای سخت کردن شفت های بلند، محورها و غیره استفاده می شود. با این روش محصول نسبت به یک سلف ثابت و یک دستگاه خنک کننده (پاش کننده) یا برعکس حرکت می کند. در مقایسه با روش اول، نیازی به برق نصب شده بزرگ ژنراتور نیست.

در سخت شدن با حرارت دادن توسط شعله مشعل گاز اکسیژنبا داشتن دمای 2000...3000 درجه سانتیگراد، ناحیه خاصی از سطح بسیار سریع تا دمای سخت شدن گرم می شود و پس از آن جریانی از آب از یک خنک کننده مخصوص به این ناحیه هدایت می شود. با حرکت مشعل نسبت به سطح و در عین حال کولر به دنبال مشعل، می توان سطح بزرگی از محصولات با اندازه بزرگ را سخت کرد.

به دلیل تامین مقدار قابل توجهی گرما، سطح محصول به سرعت تا دمای سخت شدن گرم می شود، در حالی که هسته قطعه زمانی برای گرم شدن ندارد. خنک شدن سریع بعدی سخت شدن لایه سطحی را تضمین می کند. از استیلن، روشنایی و گازهای طبیعی و همچنین نفت سفید به عنوان سوخت استفاده می شود. برای گرمایش از مشعل های شکافی (دارای یک سوراخ شیاردار) و مشعل های چند شعله استفاده می شود.

ضخامت لایه سخت شده معمولاً 2 4 میلی متر و سختی آن 50 56 است. H.R.C. . مارتنزیت در یک لایه سطحی نازک و تروستو مارتنزیت در لایه های زیرین تشکیل می شود. سخت شدن شعله باعث تغییر شکل کمتری نسبت به سختی حجمی می شود و به دلیل سرعت گرمایش بالا، سطح تمیزتری را حفظ می کند.

فرآیند سخت شدن شعله را می توان به راحتی خودکار و در جریان کلی ماشینکاری ادغام کرد. برای قطعات بزرگ، این روش سخت شدن اغلب مقرون به صرفه تر از سخت شدن القایی است.

ذات سخت شدن لیزرشامل قرار گرفتن در معرض پالس قوی (یا پیوسته) در برابر یک پرتو نور با چگالی انرژی بسیار بالا است که باعث گرم شدن آنی سطح به دمای بالا می شود که بیش از دمای تبدیل فاز ساختاری فلز و نقطه ذوب است. با در نظر گرفتن نرخ های خنک کننده بسیار بالا که 10100 برابر بیشتر از سرعت های خنک کننده در هنگام کوئنچ است، یک ساختار بسیار ریز دانه یا حتی شبه آمورف با افزایش سختی (30-20٪) در سطح ماده تشکیل می شود. .

فرآیندهای تکنولوژیکی پردازش لیزر در مقایسه با سایر روش‌های سخت‌کاری سطحی دارای تعدادی مزیت غیرقابل انکار است:

سهولت حمل و نقل پرتو لیزر در غیاب تماس مکانیکی سطح سخت شده با منبع تأثیر انرژی.

امکان تاثیر دوز انرژی;

امکان اجرای فرآیند سخت شدن در محیط های خلاء، گاز و مایع.

طیف گسترده ای از اثرات فیزیکی و شیمیایی ترکیبی و پر انرژی بر روی سطح در حال سخت شدن.

ژنراتورهای کوانتومی نوری لیزری (OQGs)، که امکان تولید تابش الکترومغناطیسی با غلظت انرژی بالا را فراهم می کند.

استفاده از لیزر برای پردازش حرارتی بر اساس تبدیل انرژی نور به گرما است. غلظت بالای انرژی در شار نوری یک ژنراتور کوانتومی نوری باعث می شود که سطح در مدت زمان بسیار کوتاهی تا دمای عملیات حرارتی گرم شود.

شکل 3. طرح ساختار ترکیبی در طی عملیات حرارتی لیزری

فرآیندهای تکنولوژیکی پردازش لیزر توسط برهمکنش تابش لیزر با ماده تعیین می شود و به خواص ترموفیزیکی و نوری مواد در حال پردازش بستگی دارد. مراحل اصلی برهمکنش تابش لیزر با یک ماده به فرآیندهای زیر کاهش می یابد: جذب شار نور توسط الکترون ها و انتقال انرژی به شبکه کریستالی جامد، گرم کردن ماده بدون تخریب آن، تخریب ماده. در ناحیه تحت تأثیر شار نور، پراکندگی محصولات تخریب و خنک شدن پس از پایان پالس نور. به موازات این فرآیندها، انتشار فعال و واکنش های شیمیایی در ماده در حال پردازش و همچنین تبدیل فاز رخ می دهد که به طور قابل توجهی ساختار اولیه را تغییر می دهد و بر تعامل تابش لیزر با ماده تأثیر می گذارد.

سطح سخت شده یک ساختار ترکیبی است (شکل 3):
1 - لایه منطقه ای از فلز مذاب و به سرعت متبلور شده است، 2 - منطقه متاثر از حرارت که در آن تمام تغییرات ساختاری در حالت جامد رخ می دهد. سپس یک لایه انتقالی 3 و 4 مشاهده می شود - ماده پایه.

عملیات حرارتی لیزری امکان افزایش سختی و مقاومت در برابر سایش مواد سخت شده را فراهم می کند. سختی به غلظت کربن و عناصر آلیاژی در سبک بستگی دارد. کربن آلیاژی متوسط ​​و بالا و فولادهای ابزار به خوبی سخت شده اند. فولادهای با محتوای کربن کم و فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا در طول پردازش لیزری سخت سخت می شوند. عملیات حرارتی لیزر بر استحکام کششی و استحکام تسلیم فولادها تأثیری ندارد.

آلیاژ Electrospark (ESA)به فن آوری های سخت شدن بر اساس برهمکنش مواد با جریان های بسیار متمرکز انرژی و ماده اشاره دارد. تشکیل یک لایه تقویت شده در نتیجه فرآیندهای پیچیده پلاسما-شیمیایی، ترموفیزیکی و مکانیکی گرمایی رخ می دهد که در نواحی ریزمحلی برهمکنش مواد با یک تخلیه جرقه ای تک رخ می دهد.

فرآیند ESA شامل مراحل زیر است (شکل 4):

1. جریان مجدد. هنگامی که ابزار الکترود در فاصله معینی به سطح فلزی که در حال سخت شدن است نزدیک می شود، تخلیه الکتریکی پالسی با مدت زمان 10 رخ می دهد.-6 …10 -3 با. در نتیجه، مراکز محلی تخریب فرسایش الکتریکی بر روی سطوح آند (الکترود آلیاژی) و کاتد (قسمت سخت شده) تشکیل می شود.

2. فرسایش الکتریکی. این یک فرآیند تخریب پیچیده، از جمله ذوب، تبخیر، تخریب ترموشکن و مکانیسم های دیگر را نشان می دهد. جرم فرسایش یافته الکترود آلیاژی دارای تخلیه مثبت بیش از حد است، با ورود به فضای بین الکترود، به سطح قسمت کاتد می رود و به دلیل میدان الکتریکی آند و کاتد، شتاب می گیرد و گرم می شود.

شکل 4. طرح فرآیندهای فیزیکی در شکاف بین الکترود در طول آلیاژ جرقه الکتریکی: الف) مرحله ذوب. ب) فرسایش الکتریکی؛ ج) برهمکنش فیزیکی-شیمیایی

شکل 5. نمودار ساختار ترکیبی مواد پس از آلیاژسازی جرقه الکتریکی: 1 منطقه تشکیلات لایه نازک یا پیوسته. 2 منطقه مخلوط مواد آند و کاتد؛ 3 منطقه به دلیل انتشار عناصر الکترود آلیاژی در ماتریس تقویت شده بخش کاتد تشکیل شده است. 4 منطقه تحت تاثیر حرارتی به آرامی به ساختار ماده پایه -5 منتقل می شود.

3. تعامل فیزیکی و شیمیایی. هنگام حرکت، توده فرسایش یافته آندی وارد برهمکنش فیزیکی و شیمیایی با محیط بین الکترودی و محصولات فرسایش فرار قطعه کاتدی می شود. در زمان رسوب، قطعات جرم فرسایش یافته انرژی های الکتریکی، جنبشی و حرارتی را حمل می کنند که در هنگام تعامل با سطح سخت شده، به شکل یک پالس حرارتی با قدرت بالا آزاد می شوند. به دنبال رسوب توده فرسایش یافته، سطح سخت شده در معرض اثرات تغییر شکل تماس با ماهیت ارتعاشی قرار می گیرد. تاثیر انرژی غلظت بالا، فرآیندهای انتقال جرم و همرفت ریز متالورژیکی ESA را تحریک می کند.

سطح سخت شده یک ساختار ترکیبی است (شکل 5.).

بالاترین لایه از لایه نازک "جزیره" یا سازندهای پیوسته متشکل از مواد آند و محیط بین الکترودی تشکیل شده است. تداوم این لایه به حالت ها و شرایط سخت شدن بستگی دارد. در زیر لایه بالایی منطقه ای وجود دارد که نشان دهنده مخلوطی از مواد آند و کاتد است که در نتیجه تراکم فازهای یون-پلاسما و قطرات بر روی سطح تقویت می شود. به دنبال آن یک لایه تشکیل می شود که به دلیل انتشار عناصر الکترود آلیاژی در ماتریس قطعه کاتدی در حال تقویت است. در زیر آن یک منطقه تحت تاثیر حرارت قرار دارد که نشان دهنده یک ساختار تبدیل شده از ماده منبع با تغییر چگالی نقص در ساختار کریستالی به دلیل اثرات حرارتی پالسی است. همانطور که عمیق تر می شوید، ساختار منطقه تحت تأثیر حرارت به آرامی به ساختار ماده پایه تبدیل می شود. بسته به حالت‌های آلیاژسازی جرقه الکتریکی، مقدار و درجه سخت شدن هر لایه می‌تواند در محدوده وسیعی متفاوت باشد، اما منطقه تحت تأثیر حرارتی همیشه بیشترین ضخامت را دارد که در بیشتر موارد ویژگی‌های عملیاتی سطح را تعیین می‌کند.

مشخصه اصلی انرژی فرآیند ESA انرژی یک تخلیه جرقه منفرد است که توسط:

= , (1)

که در آن تی و - مدت زمان تخلیه یک جرقه؛ U(t) و I(t ) ولتاژ و جریان در پالس.

وجود یک رابطه نزدیک بین تراکم عیوب در ساختار کریستالی، فعالیت انتشار-چسب ساختار اصلاح شده و ضریب انتقال، مبنایی برای توسعه فناوری‌های اصلی برای بهبود کیفیت تقویت در طول ESA است. اینها به ویژه شامل ترکیب متوالی تغییر شکل سطح-پلاستیک با آلیاژ جرقه الکتریکی است که امکان افزایش ضخامت پوشش آلیاژی را تا چند دهم میلی متر، کاهش سطح تنش های پسماند و تثبیت سازه با کاهش می دهد. تخلخل

سیمان سازی فولاد

سیمان کاری فرآیند اشباع لایه سطحی فولاد با کربن نامیده می شود. دو نوع اصلی کربن سازی وجود دارد: مخلوط حاوی کربن جامد (کربوریزر) و گاز. هدف از کربورسازی به دست آوردن یک سطح سخت مقاوم در برابر سایش است که با غنی سازی لایه سطحی با کربن به غلظت 0.8 1.2٪ و سخت شدن متعاقب آن با تمپر کم به دست می آید. سیمان کاری و عملیات حرارتی بعدی به طور همزمان حد استقامت را افزایش می دهد.

برای کربورسازی معمولا از فولادهای کم کربن 0.1 0.18% استفاده می شود. برای قطعات با اندازه بزرگ، فولادهایی با محتوای کربن بالاتر (0.2 0.3٪) استفاده می شود. انتخاب چنین فولادهایی ضروری است تا هسته محصول که در حین کربورسازی با کربن اشباع نشده است، پس از سخت شدن ویسکوزیته بالایی را حفظ کند.

هنگام کربورسازی در یک کاربراتور جامد، محصولات در جعبه ها قرار می گیرند و با زغال چوب پوشانده می شوند. هنگامی که گرم می شود، کربن موجود در زغال چوب با اکسیژن موجود در هوا ترکیب می شود و مونوکسید کربن را تشکیل می دهد که به نوبه خود با آهن واکنش می دهد و کربن اتمی تولید می کند. این کربن فعال توسط آستنیت جذب شده و در اعماق محصول پخش می شود. برای تسریع فرآیند سیمان سازی، فعال کننده هایی به زغال چوب (کک) اضافه می شود: کربنات باریم (BaCO) 3 ) و خاکستر سودا ( Na 2 CO 3 ) به مقدار 10 40 درصد وزنی زغال سنگ.

برای سیمان سازی گازیگاز طبیعی، هیدروکربن های مایع (نفت سفید، بنزین و غیره) یا اتمسفرهای کنترل شده به عنوان کربورایزر استفاده می شود. هنگامی که گرم می شود، کربن اتمی تشکیل می شود:

2 CO 2 + اتم C

یا

اتم CH 4 2 H 2 + C; اتم C Fe (آستنیت).

کربن‌سازی گازی فرآیند اصلی در تولید انبوه است و کربن‌سازی در کربورایزر جامد در تولید در مقیاس کوچک استفاده می‌شود.

عمق کربوریزاسیون بسته به هدف محصول و ترکیب فولاد معمولاً در محدوده 0.5-2.00 میلی متر است.

سیمان کاری در 910 930 یا برای سرعت بخشیدن به فرآیند در 1000-1050 انجام می شود. با افزایش دما، زمان رسیدن به عمق سیمان شدن معین کاهش می یابد. بنابراین، با کربوهیداسیون گاز، یک لایه کربنی با ضخامت 1.0 1.3 میلی متر در 15 ساعت در 920 و در 1000 در 8 ساعت برای جلوگیری از رشد قوی دانه های آستنیت، فولادهای ریزدانه ارثی در معرض دمای بالا قرار می گیرند. کربوریزاسیون

غلظت کربن در لایه سطحی محصول معمولاً 0.8×1.0 درصد است و در دمای کربوریزاسیون به حد حلالیت نمی رسد. بنابراین مش Fe 3 C در دمای کربوریزاسیون تشکیل نمی شود و لایه سطحی مانند هسته در حالت آستنیتی است. پس از خنک شدن آهسته، لایه کربوری شده با غلظت کربن متغیر از فریت و سمنتیت تشکیل شده است و با طیف وسیعی از ساختارهای معمولی فولاد هایپریوتکتوئید، یوتکتوئید و هیپویوتکتوئید مشخص می شود (شکل 6).

سیمان کاری یک عملیات میانی است که هدف آن غنی سازی لایه سطحی با کربن است. سختی مورد نیاز لایه سطحی محصول با سخت شدن پس از کربوریزه شدن حاصل می شود. سخت شدن نه تنها باید لایه سطحی را تقویت کند، بلکه ساختار گرمای بیش از حدی را که به دلیل نگه داشتن فولاد برای ساعت‌ها در دمای کربورسازی رخ می‌دهد، اصلاح کند.

برنج. 6. تغییر در غلظت کربن در امتداد عمق لایه سیمانی (a) و نمودار ریزساختار لایه کربوریزه نشده (b): 1 hypereutectoid; 2 یوتکتوئید؛
3 ناحیه هیپویوتکتوئیدی

پس از کربورسازی در کربورایزر جامد، محصولات حیاتی در معرض سخت شدن مضاعف قرار می گیرند، زیرا محتوای کربن در هسته و سطح محصول متفاوت است و دمای گرمایش بهینه برای سخت شدن به محتوای کربن در فولاد بستگی دارد.

سخت شدن اول با حرارت دادن به 850×900 درجه سانتیگراد (بالاتر از نقطه A از هسته محصول) انجام می شود به طوری که تبلور مجدد کامل با پالایش دانه آستنیت در فولاد هیپویوتکتوئیدی رخ می دهد. در فولاد کربنی به دلیل عمق کم سختی پذیری، هسته محصول پس از اولین سخت شدن از فریت و پرلیت تشکیل شده است. به جای سخت شدن اول، نرمال سازی را می توان روی فولاد کربنی اعمال کرد. در فولاد آلیاژی سخت‌کننده، هسته محصول از مارتنزیت کم کربن تشکیل شده است. این ساختار باعث افزایش استحکام و ویسکوزیته کافی برای هسته می شود.

پس از اولین سخت شدن، لایه سیمانی بیش از حد گرم شده و حاوی مقدار زیادی آستنیت باقی مانده است. بنابراین، سختی دوم از دمای 700×780 درجه سانتیگراد استفاده می شود که برای فولادهای هایپریوتکتوئید بهینه است. پس از سخت شدن دوم، لایه سطحی از مارتنزیت با کربن بالا سوزن مانند و آخال های کروی از کاربید ثانویه تشکیل شده است.

هنگام کربورسازی گازی، یکی از سخت شدن ها با گرمایش کربوریزه اغلب پس از خنک شدن محصول تا دمای 840×860 درجه سانتی گراد استفاده می شود.عملیات عملیات حرارتی نهایی محصولات سیمانی در همه موارد تلطیف کم در 160 180 است 0 C و تبدیل مارتنزیت کوئنچ شده در لایه سطحی به مارتنزیت تمپر شده، تنش را از بین می برد.

سیمان کاری به طور گسترده در مهندسی مکانیک برای افزایش سختی و مقاومت در برابر سایش محصولات و در عین حال حفظ ویسکوزیته بالای هسته آنها استفاده می شود. حجم ویژه لایه کربوره سخت شده بزرگتر از هسته است و بنابراین تنش های فشاری قابل توجهی در آن ایجاد می شود. تنش های فشاری پسماند در لایه سطحی که به 400×500 مگاپاسکال می رسد، حد استقامت محصول را افزایش می دهد.

محتوای کربن کم (0.08 x 0.25٪) ویسکوزیته بالای هسته را تضمین می کند. فولادهای مرغوب 08، 10، 15 و 20 و فولادهای آلیاژی 12KhNZA، 18KhGT و غیره در معرض کربوریزاسیون قرار می گیرند.

سختی لایه سطحی برای فولاد کربنی 6064 است H.R.C. و برای آلیاژ 58 61 H.R.C. ; کاهش سختی با تشکیل مقدار بیشتری آستنیت باقی مانده توضیح داده می شود.

نیتریدینگ فولاد

نیتریدینگ فرآیند اشباع نفوذی لایه سطحی فولاد با نیتروژن زمانی که در آمونیاک گرم می شود نامیده می شود. نیتریدینگ سختی لایه سطحی، مقاومت در برابر سایش، حد استقامت و مقاومت در برابر خوردگی را در محیط هایی مانند جو، آب، بخار و غیره بسیار افزایش می دهد. سختی لایه نیترید شده به طور قابل توجهی بالاتر از فولاد سخت شده است و هنگامی که تا دمای بالا (500 550) گرم می شود حفظ می شود. 0 ج)، در حالی که سختی لایه سیمانی که ساختار مارتنزیتی دارد، تنها تا 200 225 حفظ می شود. 0 C.

قبل از نیتریدینگ، قطعات در معرض سخت شدن، تلطیف (بهبود) زیاد و تکمیل قرار می گیرند. پس از نیتریدینگ، قطعات آسیاب یا صیقل داده می شوند.نیتریدینگ محصولات فولادی در محدوده دمایی 500-620 انجام می شود 0 C در آمونیاک، که هنگام گرم شدن تجزیه می شود و نیتروژن اتمی فعال را تامین می کند:

NH 3 → N + 3H.

در سیستم F استN در دماهای نیتروژن دهی، فازهای زیر می توانند تشکیل شوند: α-محلول نیتروژن در آهن (فریت نیتروژن)، γ-محلول نیتروژن در آهن (آستنیت نیتروژن)، γ"-فاز میانی از ترکیب متغیر با شبکه f.c. و ε واسطه -فاز با یک شبکه h.p و طیف وسیعی از همگنی (از 8.1 تا 11.1٪ ازت در دمای اتاق، شکل گیری ساختار لایه انتشاری فولاد نیترید شده بستگی دارد). درجه حرارت و مدت زمان گرمایش و همچنین مدت زمان گرمایش و سرمایش پس از نیتروژن دادن به فولاد در دمای 590 ºС، لایه انتشار از سه فاز تشکیل شده است. Fe 4N)، و α.

سختی و مقاومت سایشی بالا فولادهای سازه ای نیترید شده توسط نیتریدهای عناصر آلیاژی ایجاد می شود که به طور قابل توجهی بر عمق لایه نیترید شده و سختی سطح تأثیر می گذارد.بالاترین سختی سطح و مقاومت در برابر سایش در طول نیترید کردن در فولادهای کروم-مولیبدن که علاوه بر آن با آلومینیوم آلیاژ شده اند، به دست می آید، که نماینده معمولی آن فولاد 38Kh2MYuA است.

نیتریدینگ به دلیل ایجاد تنش های پسماند در لایه سطحی، حد خستگی فولادهای سازه ای را افزایش می دهد.

یک لایه نازک از فاز ε (0.01 × 0.03 میلی متر) فولادهای کربنی ساده با محتوای کربن 0.1 تا 1.0 درصد را به خوبی از خوردگی در جو مرطوب و سایر محیط ها محافظت می کند.

نیتروکربورسازی

فرآیند اشباع همزمان فولاد با کربن و نیتروژن در یک محیط گازی نامیده می شود.نیتروکربورسازی. Nitrocarburization در دماهای پایین تر (850 870) انجام می شود 0 ج) در مقایسه با سیمان. این به این دلیل است که نیتروژن با نفوذ همزمان کربن به فولاد، دمای محلول جامد را کاهش می دهد.γ-آهن و در نتیجه باعث کربوری شدن فولاد در دماهای پایین تر می شود. کاهش دمای اشباع بدون افزایش مدت زمان فرآیند باعث کاهش تغییر شکل قطعات کار و کاهش گرمایش تجهیزات کوره می شود. تقریباً از همین تجهیزات برای کربن سازی گاز و نیتروکربورسازی استفاده می شود.

برای نیتروکربورسازی، توصیه می شود از یک اتمسفر گرماگیر کنترل شده استفاده شود که در آن 3 % 15 گاز طبیعی خام و 2 % 10 . NH 3 یا در مورد تری اتانول آمین کربورایزر مایع کوره محوری(C 2 H 5 O) 3 N، که به صورت قطره ای وارد فضای کاری می شود.

فولادهای آلیاژی با محتوای حداکثر 0.25٪ معمولاً در معرض نیتروکربوریزاسیون قرار می گیرند.با . مدت زمان فرآیند 4-10 ساعت است. پس از نیتروکربورسازی، سخت شدن به دنبال دارد یا مستقیماً از کوره با خنک سازی تا 800 825 0 C یا پس از گرم کردن مجدد؛ از سخت شدن مرحله ای نیز استفاده می شود. پس از سخت شدن، تمپر در 160 180 انجام می شود 0 C.

در شرایط اشباع بهینه، ساختار لایه نیتروسنت شده باید از مارتنزیت ریز کریستالی، مقدار کمی کربنیتریدهای کوچک توزیع شده یکنواخت و 25 30 درصد آستنیت تشکیل شده باشد.

سختی لایه پس از کوئنچ و تمپر کم 58 64 است HRC (5700 6900 HV ). محتوای بالای آستنیت حفظ شده، پوشیدن خوبی را برای مثال، چرخ دنده‌های غیرزمینی خودرو تضمین می‌کند که بی‌صدا بودن آن‌ها را تضمین می‌کند. شاخص‌های حداکثر مقاومت تنها با محتوای بهینه برای فولاد معین کربن و نیتروژن در سطح لایه نیترو کربن‌کننده به دست می‌آیند.

در سال های اخیر از فرآیند نیتروکربورسازی در دمای پایین استفاده شده است.

نیتروکربورسازی در دمای پایین در 570 انجام می شود 0 C به مدت 0.5 3.0 ساعت در اتمسفر حاوی 50٪ اندوگاز (اگزوگاز) و 50٪ آمونیاک یا 50٪ پروپان (متان) و 50٪ آمونیاک. در نتیجه این درمان، یک لایه نازک کربنیترید بر روی سطح فولاد تشکیل می شود. Fe3(N,C) با مقاومت در برابر سایش بالا سختی چنین لایه ای روی فولادهای آلیاژی 5000 10000 است H.V. . نیتروکربورسازی در دمای پایین حد استقامت محصولات را افزایش می دهد. این فرآیند برای جایگزینی نیتروژن مایع در نمک های سیانید مذاب توصیه می شود.

همه این انواع عملیات حرارتی سخت‌کاری دارای ویژگی‌ها و ویژگی‌های خاص خود هستند و به عنوان یک قاعده، در عملیات‌های مختلف تکنولوژیکی در طی عملیات حرارتی فولادها و آلیاژها استفاده می‌شوند.

اختراع حاضر به روشی برای اعمال یک پوشش مقاوم در برابر سایش سخت بر روی یک سطح فلزی، به عنوان مثال سطح فلزی ابزار یا ابزار کشاورزی مربوط می شود. هدف از اختراع ایجاد یک پوشش مقاوم در برابر سایش است که چگالی یکنواخت داشته باشد و عمدتاً حاوی آخال ها نباشد. روشی پیشنهاد شده است که شامل استفاده از یک سوسپانسیون پودری از آلیاژ مقاوم در برابر سایش و محلولی از پلی وینیل الکل (PVA) است. روش دیگر، یک محلول پوشش باند PVA را می توان روی سطح فلز و سپس یک لایه از آلیاژ پودری اعمال کرد. پس از اینکه دوغاب PVA یا پوشش بایندر با لایه پوشش آلیاژ خشک باقیمانده در ماتریس PVA خشک شد، سطح فلز تحت خلاء، گاز بی اثر یا هیدروژن تا نقطه ذوب آلیاژ گرم می شود. یک قطعه فلزی با پوشش مذاب تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد تا خواص مکانیکی مورد نظر را به ماده پایه بدهد. نتیجه فنی این اختراع ارائه یک پوشش صاف و متراکم است که باعث ایجاد مقاومت در برابر سایش و سخت شدن سطح می شود، بدون آخال غیر فلزی. 3 ثانیه و 14 حقوق فایل، 1 جدول.

پیشینه اختراع اختراع حاضر به روشی برای اعمال یک پوشش مقاوم در برابر سایش سخت بر روی یک سطح فلزی مانند سطح فلزی ابزار یا ابزار کشاورزی مربوط می شود. پوشش سطح فلزات با فلز یا آلیاژ فلزی دیگر برای بهبود ظاهر، محافظت در برابر خوردگی یا افزایش مقاومت در برابر سایش در زمینه متالورژی به خوبی شناخته شده است. پوشش ابزارها، به ویژه لبه های برش ابزار، با آلیاژ سخت مقاوم در برابر سایش یک روش معمول است، به ویژه در صنعت تجهیزات کشاورزی، و اغلب به عنوان "سخت کردن سطح" یا "سخت کردن سطح" نامیده می شود. به عنوان مثال، ثبت اختراع US 27852 به Alessi، اختراع US 5,027,916 به Revankar, US Pat 4,682,987 به هیل. سخت شدن سطح اغلب با ذوب یک آلیاژ فلز پودری جامد بر روی سطح فلز انجام می شود. این روش معمولاً شامل پوشش دادن سطح فلز با یک سوسپانسیون آبی از پودر آلیاژ همگن، یک پودر شار، یک عامل اتصال و یک عامل تعلیق است. خشک کردن دوغاب برای تشکیل یک لایه جامد و گرم کردن سطح فلز تا دمای کافی برای ذوب شدن آلیاژ در سطح. Flux برای محافظت از آلیاژ در برابر تعامل با گازهای موجود در اتمسفر کوره ذوب در هنگام گرم کردن آلیاژ طراحی شده است. عامل تعلیق به بدست آوردن سوسپانسیون همگن کمک می کند. عامل اتصال، پودرهای آلیاژ و شار را در جای خود نگه می دارد در حالی که دوغاب آلیاژ روی سطح فلز خشک می شود. یکی از مشکلات این روش سخت شدن سطحی این است که شار، عامل اتصال و عامل تعلیق اضافه شده به دوغاب در پوشش مذاب به عنوان آخال های غیرفلزی ناخواسته باقی می مانند و مقدار پوشش مقاوم در برابر سایش موثر را برای ضخامت پوشش معین کاهش می دهند. این اجزاء در سراسر پوشش پراکنده می شوند، که باعث افزایش شکنندگی و تراشیدن مواد پوشش می شود، نه از طریق تخریب، بلکه از طریق سایش ساینده، که منجر به سایش زودرس و کاهش عمر پوشش می شود. یکی دیگر از مشکلات روش های پیشین، ضخامت غیر یکنواخت پوشش است. 1) پوشش با یک سوسپانسیون جریان آن را افزایش می دهد، در حالی که مرطوب است، در امتداد سطوح عمودی و شیب دار، در نتیجه توزیع غیر یکنواخت آلیاژ پودر را تشکیل می دهد. 2) مخلوط شار/عامل جفت مورد استفاده در دوغاب پوشش قبل از پوشش پودری ذوب می شود و مایع حاصل تمایل دارد ذرات پودر را در امتداد سطوح عمودی و شیبدار حرکت دهد و باعث توزیع ناهموار قبل از شروع ذوب آلیاژ پودر شود. ثبت اختراع ژاپنی JP-A-60089503 روشی را برای تولید مواد مقاوم در برابر سایش پیشنهاد می کند. یک ماده ساینده پودری، مانند آلیاژ مبتنی بر نیکل یا کبالت که حاوی کمتر از 5٪ آهن است، و یک عامل اتصال آلی، مانند پلی وینیل الکل، برای تشکیل دوغابی که روی سطح قطعات ماشین پوشانده می شود، مخلوط می شوند. قطعات تحت خلاء یا اتمسفر غیر اکسید کننده گرم می شوند تا یک لایه آگلومره از مواد مقاوم در برابر سایش تولید شود که از طریق یک لایه انتشار به قطعات متصل می شود. شماره 3,310,870 ایالات متحده فرآیندی را برای تولید فولاد نیکل اندود نشان می دهد که از یک فرمول دوغابی حاوی پودر نیکل در یک عامل اتصال دهنده، مانند محلول پلی وینیل الکل استفاده می کند، که ممکن است حاوی یک عامل پخش کننده یا حذف کننده باشد تا عامل اتصال را ایجاد کند. در دوغاب پراکنده شده است. تعلیق با پاشش یا نورد کردن با یک غلتک روی پایه فلزی اعمال می شود، خشک می شود، در یک فضای غیر اکسید کننده برای فولاد متخلخل می شود، تحت فشرده سازی گرم قرار می گیرد و خنک می شود. ثبت اختراع اروپایی EP-A-0459637 روشی را برای اعمال یک پوشش حاوی آلیاژ سخت روی یک شی فلزی یا سرامیکی پیشنهاد می کند. کاربید فقط حاوی مقدار کمی آهن است. این ماده با یک عامل اتصال آلی مانند پلی وینیل کلراید مخلوط می شود و با غوطه ور کردن، اسپری کردن، نورد کردن یا روش های دیگر روی جسم اعمال می شود. در عملیات گرمایش اول، ماده اتصال تجزیه می شود و در عملیات دوم، تراکم در دمای بالا و تحت فشار اضافی رخ می دهد. پتنت ایالات متحده 4،175،163 روشی را برای پوشش یک محصول فولاد ضد زنگ با یک لایه سطحی مقاوم در برابر خوردگی پیشنهاد می کند. پودر فلز که عمدتاً حاوی کروم و نیکل است، با یک حلال آلی مانند محلول آبی پلی وینیل الکل مخلوط می شود. پس از پاشش مخلوط بر روی سطح محصول، آن را با جریان های فرکانس بالا تحت شرایط جوی غیر اکسید کننده، به عنوان مثال نیتروژن یا آرگون، گرم می کنند، که باید از تشکیل یک لایه انتشار میانی در مواد بین سطح اطمینان حاصل کند. لایه و محصول فولادی هدف از این اختراع ایجاد روشی برای تقویت یکنواخت سطح یک فلز با آلیاژ مقاوم در برابر سایش است که اساساً بدون اجزاء غیر فلزی است. هدف دوم به دست آوردن یک سوسپانسیون آلیاژی مقاوم در برابر سایش برای استفاده در سخت شدن سطح است. شرح مختصر اختراع اولین جنبه اختراع حاضر روشی برای سخت کردن سطح فلز با پوشش مقاوم در برابر سایش است. اولین نوع روش شامل مراحل زیر است: الف) به دست آوردن سوسپانسیون آبی عمدتاً همگن از پلی وینیل الکل و یک آلیاژ فلز جامد برای ذوب، حاوی حداقل حدود 60 درصد آهن، به شکل پودر ریز و یک یا چند. مواد افزودنی از گروه متشکل از عوامل پراکنده کننده، مواد لخته زدایی و نرم کننده ها، بدون شار. ب) پوشش سطح فلز با یک سوسپانسیون آبی؛ ج) خشک کردن سوسپانسیون آبی برای تشکیل یک لایه سخت شده روی سطح فلز که برای ذوب یک آلیاژ فلز جامد در زمینه پلی وینیل الکل در نظر گرفته شده است. د) حرارت دادن سطح فلز با لایه ای از آلیاژ فلز سخت برای ذوب شدن در ماتریس پلی وینیل الکل تا نقطه ذوب آلیاژ تحت یک اتمسفر محافظ با فشار تقریباً 10-4 Torr (1.33310-2 Pa) تا 2 psi. (13.79 کیلو پاسکال) تا زمانی که آلیاژ روی سطح فلز ذوب شود. و) خنک کردن سطح فلز با پوشش تقویت کننده مذاب تا دمای محیط. مراحل ب) و ج) ممکن است یک یا چند بار تکرار شوند تا لایه ضخیم تری از پوشش آلیاژ پلی وینیل الکل/ماتریس تشکیل شود. نسخه دوم روش برای سخت کردن سطح فلز شامل عملیات زیر است: الف) پوشش سطح فلز با محلول آبی پلی وینیل الکل. ب) توزیع یک لایه عمدتاً همگن، که برای ذوب در نظر گرفته شده است، از یک آلیاژ فلز سخت به شکل پودر ریز روی پوششی از محلول پلی وینیل الکل، که در مرحله الف انجام شده است) قبل از خشک کردن محلول پلی وینیل الکل.
ج) خشک کردن پوشش آبی پلی وینیل الکل برای تشکیل یک لایه سخت شده از آلیاژ فلز سخت ذوب شده که توسط پوشش پلی وینیل الکل به سطح فلز متصل شده است.
د) حرارت دادن یک سطح فلزی پوشش داده شده با لایه ای از آلیاژ فلز سخت قابل ذوب که توسط یک پوشش پلی وینیل الکل به سطح فلز چسبانده شده است تا دمای ذوب آلیاژ تحت یک اتمسفر محافظ با فشار تقریباً 10-4 Torr (1.33310-2) Pa) تا 2 psi (13.79 کیلو پاسکال) تا زمانی که آلیاژ روی سطح فلز ذوب شود.
و) خنک کردن سطح فلز با پوشش تقویت کننده مذاب تا دمای محیط. مراحل الف)، ب) و ج) ممکن است یک یا چند بار تکرار شود تا لایه‌هایی از آلیاژ تشکیل شود که هر یک از آنها توسط یک پوشش پلی‌وینیل الکل به لایه زیرین چسبانده می‌شود و پایین‌ترین لایه مستقیماً به سطح فلز متصل می‌شود. جنبه دوم اختراع حاضر سوسپانسیون آبی پلی وینیل الکل است و برای ذوب یک آلیاژ فلز جامد حاوی حداقل حدود 60 درصد آهن به شکل پودر ریز مورد استفاده در اولین تجسم روش در نظر گرفته شده است. ترجیحاً متوسط ​​اندازه ذرات آلیاژ حدود 200 مش (مطابق با الک 200 مش در طول 25.4 میلی متر) یا کمتر باشد. پوشش‌های مقاوم در برابر سایش که مطابق با روش‌های پوشش دوغاب حاضر برای سخت‌شدن سطح اعمال می‌شوند، برخلاف پوشش‌های دوغابی که با روش‌های هنر قبلی استفاده می‌شوند، چگالی یکنواخت دارند و به طور قابل‌توجهی عاری از آخال هستند. بنابراین، پوشش‌های طبق اختراع نسبت به پوشش‌هایی که با روش‌های شناخته شده در هنر اعمال می‌شوند، شکننده‌تر و بادوام‌تر هستند. شرح مفصل اختراع
یک روش پرکاربرد برای سخت کردن سطح فلزات، به ویژه ادوات کشاورزی، در پت 27852 توسط آلسی پیشنهاد شده است. این روش شامل: الف) تهیه سوسپانسیون آبی از آلیاژ سخت پودری، عامل اتصال و شار. ب) اعمال تعلیق بر روی سطح قطعه فلزی که باید سخت شود. ج) برداشتن آب از سوسپانسیون تحت حرارت کم برای باقی گذاشتن یک لایه خشک از آلیاژ، عامل اتصال و شار روی سطح فلز و د) گرم کردن کل قسمت فلزی، ترجیحاً تا نقطه ذوب بالای آلیاژ و تشکیل یک پوشش سخت‌کننده. محکم به جزئیات سطح فلز چسبیده است. روش اختراع نسبت به روش آلسی بهبود یافته است و در حال حاضر از روش هایی بر اساس روش آلسی استفاده می شود، به عنوان مثال روشی به نام "Dura-Face" در پت شماره 5456323 در هنر ثبت اختراع Alessi، مخلوط شار و عامل جفت کننده (شار/عامل جفت) مورد استفاده برای تهیه دوغاب پوشش، در دمای قابل توجهی پایین تر از نقطه ذوب پودر آلیاژ موجود در دوغاب به حالت مایع ذوب می شود. عامل شار / اتصال دهنده به صورت مایع حتی در نقطه ذوب بالاتر آلیاژ پودر همچنان وجود دارد. با این حال، شار مایع / عامل اتصال زمانی برای بالا آمدن کامل به سطح آلیاژ مذاب در طول زمان ذوب کوتاه و قبل از اینکه فلز جامد شود را ندارد. بنابراین، عامل شار/کوپلینگ در آلیاژ پوششی به صورت ذرات کوچک غیرفلزی که به نام "آخال ها" شناخته می شوند، باقی می ماند. اجزاء نسبتاً نرم و شکننده هستند، بنابراین پوشش آلیاژی ضعیف شده و مقاومت به سایش آن کاهش می یابد. حتی اگر زمان کافی برای افزایش شار/مواد جفت کننده مایع از طریق لایه آلیاژ مذاب به سطح وجود داشته باشد، عامل شار/کوپلینگ از پوشش حذف نمی شود بلکه بخشی از لایه بالایی پوشش را تشکیل می دهد. بعلاوه، از آنجایی که نقطه ذوب شار/عامل جفت کننده به طور قابل ملاحظه ای کمتر از آلیاژ پوشش است، ویسکوزیته محیط شار مایع/عامل جفت کننده خیلی قبل از رسیدن به نقطه ذوب آلیاژ پایین می شود. در اینجا اصطلاح "ذوب" به این معنی است که ذرات ریز آلیاژ نرم می شوند و ذرات جداگانه ذوب می شوند و ترکیب می شوند تا یک پوشش پیوسته ایجاد کنند. محیط شار مایع/عامل جفت کننده تمایل دارد به راحتی در سطوح شیبدار جریان یابد و برخی از ذرات آلیاژ پودری را قبل از ذوب شدن آلیاژ پودری با خود حمل می کند. بنابراین، ذوب شار / بایندر منجر به ضخامت غیر یکنواخت پوشش سخت شده می شود که باعث بدتر شدن ویژگی های سایش پوشش آلیاژی می شود. در اولین تجسم روش طبق اختراع، یک محلول آبی پلی وینیل الکل (PVA) به عنوان یک عامل اتصال در یک سوسپانسیون آبی از آلیاژ بدون شار استفاده می شود. PVA هنگام گرم شدن به حالت ترموپلاستیک ذوب نمی شود، اما در دمای بالای 150 درجه سانتیگراد به دلیل از دست دادن آب از دو گروه هیدروکسیل مجاور تجزیه می شود. هنگامی که یک پوشش آلیاژ/PVA تا نقطه ذوب آلیاژ حرارت داده می شود، PVA تقریباً به طور کامل از پوشش تبخیر می شود و تجمعی از ذرات پودر آلیاژ تمیز با استحکام چسبندگی کافی باقی می ماند که ذوب می شود تا یک ماده تمیز، متراکم و بدون درگیری ایجاد شود. پوشش. با این حال، از آنجایی که PVA در دماهای بسیار پایین‌تر از نقطه ذوب آلیاژ پودر تقویت‌کننده سطح تجزیه و تبخیر می‌شود، از آلیاژ که تا نقطه ذوب آن گرم می‌شود در برابر برهمکنش شیمیایی با گازهای جو مانند اکسیژن، نیتروژن و دی اکسید کربن محافظت نمی‌کند. . چنین حفاظتی تابعی از مواد شار است که عمداً در روش مطابق با اختراع گنجانده نشده است. بنابراین، در طول فرآیند گرمایش، ذوب و خنک‌سازی، اگر آلیاژ مستعد برهمکنش با هوا در دماهای بالا باشد، ترجیح داده می‌شود از اتمسفر محافظ استفاده شود. در شرایط آزمایشگاهی و برای حجم های کوچک تولید، ذوب آلیاژ در کوره تحت خلاء بالا (حدود 10-4 Torr یا 1.33310-2 Pa) راحت است و به طور موثر گازهای اتمسفر را حذف می کند. همچنین کارکردن کوره در فشار کم یک گاز بی اثر (100-200 میکرومتر [Hg] = 13.33-26.7 Pa/m2)، مانند آرگون یا هلیوم، قابل قبول است. نیتروژن را می توان در فشار کم نیز استفاده کرد، البته نه با مزایای مشابه آرگون یا سایر گازهای بی اثر. با این حال، کار کردن تحت خلاء بالا و فشار گاز بی اثر کم در یک کوره خلاء در شرایط تولید نسبتاً گران و کم بهره‌وری است. گازهای بی اثر، یعنی آرگون و هلیوم، تنها در فشار اتمسفر بالاتر و گازهای کاهنده مانند هیدروژن، همچنین تنها در فشار اتمسفر بالاتر، می توانند به عنوان یک اتمسفر محافظ در فرآیند ذوب با نرخ تولید قابل قبولی استفاده شوند. هیدروژن از آنجایی که قیمت کمتری نسبت به آرگون یا هلیوم دارد، به عنوان یک اتمسفر محافظ برای حجم های زیاد تولید ترجیح داده می شود. کوره هایی که از هیدروژن به عنوان اتمسفر محافظ استفاده می کنند در زمینه متالورژی شناخته شده و به صورت تجاری در دسترس هستند. دوغاب مورد استفاده در اختراع حاضر با مخلوط کردن کامل پودر آلیاژ تقویت کننده با محلول جفت کننده PVA برای بدست آوردن نسبت وزنی مطلوب آلیاژ به محلول عامل جفت کننده تهیه می شود. ترکیبات تعلیق شرح داده شده در اینجا با استفاده از یک کد هشت رقمی شناسایی می شوند. به عنوان مثال، برای دوغاب "0550/0750"، چهار رقم اول "0550" نشان دهنده نسبت وزنی پودر آلیاژ به محلول PVA 5.5 به 1 است و چهار رقم آخر "0750" نشان دهنده 7.5 وزنی است. % محلول آبی PVA ​​به عنوان یک عامل اتصال. این نماد فرض می کند که نقطه اعشار (کاما) در وسط هر گروه چهار رقمی قرار دارد. بنابراین، "1075/1025" به معنای نسبت آلیاژ به PVA 10.75 به 1 است و محلول آبی PVA ​​حاوی 10.25 درصد وزنی PVA ​​در آب است. متخصصان در زمینه متالورژی درک خواهند کرد که برای به دست آوردن یک پوشش یکنواخت مقاوم در برابر سایش، سطح فلزی که قرار است سخت شود باید یک سطح فلزی تمیز جوان و بدون اکسید باشد. ترجیحاً قبل از استفاده از روش های سخت شدنی که در اینجا توضیح داده شده است، سطح فلزی که قرار است سخت شود با تمیز کردن به یک درخشش فلزی آماده شود. مطلوب است که سطح فلز را بتوان با شستشو با مواد شوینده داغ و سپس سندبلاست برای اعمال پوشش سخت‌کننده آماده کرد. ترجیحاً اندازه ذرات سندبلاست تقریباً بین 80 تا 120 مش است. اگر قرار است فقط چند قسمت پوشش داده شود، اکسیدهای سطح را می توان با سنباده زدن با یک پارچه ساینده ریز روی کاغذ یا پارچه، به عنوان مثال، کاغذ ساینده روی کاغذ یا پارچه با اندازه ساینده 120 [مش] پاک کرد. ماده ساینده ترجیحاً هر پودر سخت با ذرات لبه تیز مانند آلومینا، "ساینده فولاد" و بسیاری دیگر از ساینده های تجاری موجود است. در اولین تجسم روش طبق اختراع، روش ترجیحی برای اعمال تعلیق بر روی سطح فلزی که قرار است پوشش داده شود به شکل و اندازه قطعه فلزی دارای سطح فلز و همچنین به نسبت آلیاژ بستگی دارد. و غلظت عامل جفت کننده PVA در محلول. به طور معمول، دوغاب پوشش با ریختن، برس زدن، یا پاشیدن روی سطح فلزی که قرار است پوشش داده شود، اعمال می شود، یا می توان قسمتی که سطح فلزی که باید محافظت شود، در دوغاب فرو برد. این روش برای پوشش های نسبتا نازک مناسب است، به عنوان مثال تا حدود 0.030 اینچ (0.75 میلی متر)، با این حال، گاهی اوقات به دست آوردن و حفظ ضخامت پوشش یکنواخت دشوار است. ترجیح داده می شود که نسبت آلیاژ به محلول PVA در این روش از حدود 4:1 تا 8:1 باشد و غلظت PVA در محلول از حدود 1 تا 15 وزنی باشد. % PVA به عنوان مثال، 0500/0500، 0600/0150، 0700/0150، 0500/0750، 0600/0750 یا سیستم های تعلیق مشابه برای این روش مناسب هستند. پوشش اسپری مستلزم آن است که دوغاب دارای نرخ ته نشینی کم ذرات آلیاژی باشد. طبق قانون استوکس، سرعت نهایی (یعنی سرعت بدون شتاب) "Vt" ته نشین شدن یک ذره پودر در یک ستون مایع، مستقیماً با مربع شعاع "r" ذره، به شکل کروی، متناسب است. و با ویسکوزیته محیط مایع نسبت معکوس دارد، یعنی. Vt r 2 /. بنابراین، هرچه اندازه ذرات آلیاژ پودر کوچکتر (به صورت مش بیان می شود) و ویسکوزیته عامل جفت کننده بیشتر باشد، نرخ ته نشینی ذرات آلیاژ پودر کمتر می شود. اندازه شعاع، از آنجایی که مربع است، تأثیر قوی تری نسبت به ویسکوزیته بر میزان ته نشینی دارد. به عنوان مثال، شعاع ذرات مش 200 و 325 به ترتیب 75 و 45 میکرومتر است و ویسکوزیته محلول های 5 و 7.5 درصد PVA 15 میلی پاسکال و 70 میلی پاسکال است. مقدار Vt برای یک ذره مش 325 با 7.5٪ PVA به عنوان یک عامل جفت کننده، 13 برابر کمتر از یک ذره مش 200 با محلول 5.0٪ PVA خواهد بود. بنابراین، سرعت ته نشینی را می توان با انتخاب مناسب ترکیبی از غلظت عامل جفت کننده و اندازه ذرات پودر کنترل کرد. به عنوان مثال، ته نشین شدن ذرات پودر آلیاژ در یک سوسپانسیون 0500/0750 هم زده نشده از پودر مش 200 منهای پس از 20 دقیقه ناچیز است. غلظت بالاتر از عامل جفت کننده، به عنوان مثال 10٪ (ویسکوزیته عامل کوپلینگ 250 میلی پاسک)، نرخ ته نشینی را بیشتر کاهش می دهد، با این حال، افزایش متناظر زیاد در ویسکوزیته سوسپانسیون، سوسپانسیون را برای اسپری نامناسب می کند. با این حال، سوسپانسیون با ویسکوزیته بالا را می توان برای سایر روش های کاربردی استفاده کرد، به عنوان مثال. به شکل خمیر یا نوار که در زیر توضیح داده شده است. ترکیبات تعلیق ضخیم، به عنوان مثال. در نسبت‌های بالای آلیاژ به محلول PVA، می‌توان آن‌ها را به‌عنوان خمیرهای مبتنی بر آب استفاده کرد یا می‌توان آن‌ها را به صورت نوارهای نورد برای کاربرد روی سطوح فلزی استفاده کرد، اما عموماً به افزودنی‌های ویژه‌ای نیاز دارند تا به‌عنوان پراکنده‌کننده، عوامل لخته‌زدایی و نرم‌کننده عمل کنند. برای چنین روش هایی، نسبت وزن ترجیحی آلیاژ به محلول PVA در محدوده 8:1 تا 15:1 است و غلظت PVA در محلول از حدود 6 تا 15 درصد وزنی است. نمونه های معمولی از سیستم تعلیق ضخیم عبارتند از: 1000/1000، 1200/1500 و 1500/1200. برای سوسپانسیون های ضخیم می توان از روش های اعمال خمیر و نوار استفاده کرد. با این حال، استفاده از این رویه‌ها در محیط‌های تولید با توان بالا دشوار است. در صورت نیاز به پوشش های ضخیم، یک جایگزین قابل اعتماد و مقرون به صرفه برای خمیرها و نوارها، روش پوشش دهی چندگانه است که ضخامت پوشش دوغابی یکنواخت را حتی روی سطوح بزرگ فراهم می کند. ضخامت مورد نظر را می توان با سمپاشی مکرر به همراه چرخه های خشک کردن به دست آورد. خشک کردن را می توان در دمای تقریباً 80 تا 120 درجه سانتیگراد در کوره ای با گردش هوای اجباری انجام داد. تعلیق 0500/0750 مخصوصاً برای این روش مناسب است، اگرچه می توان از فرمولاسیون های دیگری نیز استفاده کرد. روش مطابق با اختراع به ویژه برای سخت کردن سطوح قطعات فولادی در معرض ضربه، خوردگی و سایش زیاد، از جمله، اما نه محدود به، ابزارها (به ویژه لبه های برش ابزار)، یاتاقان ها، پیستون ها، میل لنگ، چرخ دنده ها، ماشین آلات مناسب است. قطعات، سلاح گرم، ادوات کشاورزی و ابزار جراحی. این روش را می توان برای پوشش دادن سطح چدن داکتیل و چدن خاکستری استفاده کرد که اغلب برای ریخته گری قطعات، مانند بلوک سیلندر موتور و محفظه استفاده می شود. این آلیاژ را می توان روی سطح یک قطعه چدنی در دمایی که فقط کمی کمتر از نقطه ذوب قطعه چدنی ذوب می شود. علاوه بر این می توان از روش های اختراع برای پوشش فلزات و آلیاژهای غیرآهنی استفاده کرد، مشروط بر اینکه آلیاژ سخت شونده با سطح فلز مورد پوشش سازگاری داشته باشد و دمای ذوب آلیاژ سخت شونده به میزان قابل توجهی کمتر از ذوب باشد. دمای فلزی که سطح آن در حال سخت شدن است. بعلاوه، با استفاده از تجسم دوم اختراع حاضر، سطح فلز را می توان با محلول آبی PVA ​​(تقریباً 1 تا 15 درصد وزنی PVA) پوشاند تا یک پوشش پیوندی ایجاد کند، و سپس آلیاژ پودر خشک را روی پوشش پخش کرد. محلول باندینگ PVA در حالی که هنوز مرطوب است، ترجیحاً از دستگاه اسپری پودر استفاده کنید. ترجیحاً محلول آبی PVA ​​و پودر آلیاژ به صورت اسپری روی سطح فلز اعمال شود. سپس محلول عامل پیوند PVA خشک می شود تا لایه پودر آلیاژ جامد به سطح پوشش PVA بچسبد. می توان چندین لایه از آلیاژ پودری را با اعمال متوالی پوشش محلول PVA و لایه های آلیاژ پودری و خشک کردن متوالی پوشش محلول PVA که لایه آلیاژ پودری را قبل از اعمال پوشش بعدی PVA ​​به یکدیگر متصل می کند، به دست آورد. این گزینه مشکلات ته نشین شدن پودر در سوسپانسیون و رواناب دوغاب را در حضور پوشش های ضخیم برطرف می کند. علاوه بر این، این گزینه برای تولید با توان بالا مناسب است. عملیات حرارتی یک فلز برای تغییر یا بهبود خواص آن به خوبی شناخته شده و به طور گسترده در زمینه متالورژی انجام می شود، به کتاب Heat Treating Hand, ASM International, Metals Park, OH (1991) مراجعه کنید. فرآیند عملیات حرارتی اساساً شامل حرارت دادن یکنواخت فلز تا دمای آستنیته شدن (سخت شدن) آن، سپس سرد شدن سریع، یعنی. کوئنچ، در یک محیط خاموش کننده مانند آب، روغن خاموش کننده یا محیط خاموش کننده پلیمری یا حتی هوا. یک قطعه فلزی که سطح آن به روش اختراع سخت شده است را می توان با خارج کردن قطعه از کوره پس از ذوب آلیاژ پوشش، خنک شدن آهسته تا دمای خاموش شدن فلز و سپس فرو بردن سریع آن در یک محیط خاموش کننده مناسب، عملیات حرارتی کرد. متناوباً، یک قطعه فلزی که سطحی از قبل سخت شده دارد، می‌تواند با حرارت دادن به دمای سخت شدن آن و سرد شدن سریع، تحت عملیات حرارتی قرار گیرد. به عنوان یک عامل اتصال، PVA، بر خلاف مواد شار/کوپلینگ شناخته شده در هنر، قبل یا در حین ذوب پوشش برای تشکیل مایع ذوب نمی شود و بنابراین اجازه نمی دهد که پوشش پودر قبل از شروع ذوب پودر "مهاجرت" کند. . این ویژگی PVA ​​این امکان را فراهم می کند تا اطمینان حاصل شود که ضخامت نهایی پوشش مذاب با ضخامت اصلی پوشش دوغاب در هر نقطه از پوشش مطابقت دارد. در پوشش‌های دوغاب تا ضخامت 0.040 اینچ (1.016 میلی‌متر) که روی سطح فولادی عمودی ذوب می‌شوند، هیچ جابجایی فلز پودر قبل از ذوب یا در طول فرآیند ذوب مشاهده نمی‌شود. پوشش تا ضخامت 0.060 اینچ (1.54 میلی متر) روی سطح شیبدار 60 درجه نیز هیچ چکه فلزی را نشان نمی دهد. بنابراین، PVA به عنوان یک عامل جفت، مشکلات مربوط به ناهمگونی پوشش ذاتی در روش های سخت شدن شناخته شده در هنر را به حداقل می رساند. شماره 5,027,878 از PVA به عنوان یک الگوی تبخیری در ریخته گری یا در فرآیند EPC به عنوان وسیله ای برای حفظ ذرات سرامیکی، مانند ذرات کاربید فلزی، به جای الگوی پلیمری استفاده می کند، که سپس در قالب ماسه ای که در آن مذاب قرار می گیرد، قرار می گیرد. آهن ریخته می شود. با این حال، شماره 5,027,878 ایالات متحده بیان می کند که ذرات سرامیکی که باید با چدن آغشته شوند، مانند ذرات آلیاژی در روش اختراع نباید روی سطح فلز ذوب شوند. شماره 5,027,878 ایالات متحده همچنین بیان می کند که اندازه ذرات سرامیکی ترجیحاً حدود 30 مش است. ترجیحاً حدود 100 مش، در حالی که اندازه ذرات آلیاژ اختراع حاضر ترجیحاً حدود 200 مش یا کمتر است. PVA که در اختراع حاضر به عنوان یک عامل اتصال استفاده می شود، یک پلیمر ارزان قیمت و سازگار با محیط زیست است. در غیاب اسیدها یا بازها، محلول آبی PVA ​​حتی پس از نگهداری چندین ماه در دمای اتاق پایدار است. پایداری محلول های PVA ​​هنگام استفاده در محیط های صنعتی یک مزیت است. هنگامی که امولسیون پودر آلیاژ با PVA به عنوان عامل جفت کننده تا نقطه ذوب پودر آلیاژ در یک اتمسفر محافظ مانند آرگون یا هلیوم یا یک جو احیا کننده مانند هیدروژن گرم می شود، PVA کاملاً تبخیر می شود. در نتیجه یک پوشش آلیاژی متراکم بدون آخال ایجاد می شود. آلیاژ مناسب برای استفاده در روش اختراع به طور قابل ملاحظه‌ای سخت‌تر و مقاوم‌تر از فولاد است که معمولاً برای ابزار، چرخ دنده‌ها، قطعات موتور و تجهیزات کشاورزی مانند فولاد 1045 استفاده می‌شود محدوده حدود 800 تا 1300. این آلیاژ دارای نقطه ذوب حدود 1100 درجه سانتیگراد یا کمتر است، به عنوان مثال، که کمتر از دمای ذوب فلزی است که قرار است روی آن اعمال شود. ترجیحاً آلیاژ پودر دارای اندازه ذرات به اندازه کافی کوچک باشد تا یک سوسپانسیون یکنواخت و استحکام یکنواخت ایجاد کند. ترجیحاً، آلیاژ تک فاز است و ترجیحاً دارای نقطه ذوب حدود 900 تا 1200 درجه سانتیگراد است. این یک پودر ریز است که اندازه ذرات آن از حدود 90 تا 400 مش است. ترجیحاً اندازه متوسط ​​ذرات کمتر از مش 200 و ترجیحاً کمتر از حدود 325 مش باشد. آلیاژهای مناسب برای اختراع حاضر ترجیحاً حاوی حداقل 60٪ فلز واسطه از گروه هشتم جدول تناوبی عناصر، به عنوان مثال آهن، کبالت یا نیکل، به عنوان مثال. آنها بر پایه آهن، نیکل یا کبالت هستند، با این حال، می توانند بر پایه فلزات دیگر نیز باشند، به عنوان مثال آلیاژهایی که دارای خواص فیزیکی هستند که در بالا توضیح داده شد. اجزای با محتوای کم (تقریباً 0.1 تا 20٪) معمولاً شامل بور، کربن، کروم، آهن (در آلیاژهای مبتنی بر نیکل و کبالت)، منگنز، نیکل (در آلیاژهای مبتنی بر آهن و کبالت)، سیلیکون، تنگستن یا ترکیبی از آنها است. ، به [اختراع] السی مراجعه کنید. عناصر سطح کمیاب (کمتر از حدود 0.1٪)، مانند گوگرد، ممکن است حداقل به عنوان ناخالصی وجود داشته باشد. اگرچه امکان فرموله کردن آلیاژی حاوی عناصر رادیواکتیو، بسیار سمی یا کمیاب برای ارائه خواص فیزیکی و شیمیایی مورد نظر که در بالا توضیح داده شد، ممکن است، این آلیاژها ممکن است در مقادیر محدود وجود داشته باشند یا تقریباً وجود نداشته باشند، به دلیل تأثیر آنها بر سلامت، ایمنی و ملاحظات اقتصادی. . روش های تولید آلیاژهای پودری ریز در زمینه متالورژی به خوبی شناخته شده است. اطلاعات و دانش قبلی در مورد آلیاژهای مناسب برای استفاده در فرآیند مطابق با اختراع را می توان در مجموعه استانداردها یافت، به عنوان مثال Hausner H.H. و مال م.ک. کتاب راهنمای متالورژی پودر، ویرایش دوم. (به ویژه از صفحه 22 شروع می شود) Chemical Publishing Co., Inc. (1982). آلیاژهای پودری مناسب برای اختراع حاضر به صورت تجاری از تامین کنندگانی مانند Wall Colmony Corporation، Madison Heights، MI و SCM Metal Products, Inc.، Research Triangle Park، NC در دسترس هستند. مثال‌های زیر توضیح بیشتری از اختراع حاضر ارائه می‌کنند و نباید آن را محدودکننده تلقی کرد. مثال 1. آلیاژها
آلیاژهای مناسب برای استفاده در روش‌های اختراع حاضر شامل مواردی هستند که در جدول 1 فهرست شده‌اند، اما به آنها محدود نمی‌شوند. مثال 2. اعمال یک پوشش مقاوم در برابر سایش به یک نمونه در فضای آرگون
پلی وینیل الکل (PVA) (75-15 Elvanol (علامت تجاری)، موجود در DuPont) با آب کافی مخلوط شد تا محلول 7.5٪ PVA ساخته شود. پودر آلیاژ 3 (نگاه کنید به جدول 1، مثال 1) با اندازه متوسط ​​200 مش، موجود از SCM Metal Products, Inc.، به محلول PVA با نسبت وزنی 5.0 قسمت آلیاژ 3 به 1 قسمت محلول PVA برای تولید اضافه شد. دوغاب نوع 0500 /0750. نمونه با محلول شوینده داغ شسته شد و سطحی که قرار بود پوشش داده شود با یک ساینده مش 100 سندبلاست شده تا مات شود. لایه ای به ضخامت 2 میلی متر از دوغاب آلیاژ/PVA روی سطح نمونه برای پوشش دهی پاشیده شد و نمونه در اجاق هوای فشاری در دمای حدود 120 درجه سانتیگراد به مدت 30-60 دقیقه حرارت داده شد تا دوغاب خشک شود. لایه آلیاژ/PVA را تشکیل دهید. سپس قالب به یک اجاق خلاء که با فشار جزئی آرگون 100-500 میکرومتر (13.33-66.65 Pa) کار می‌کرد، منتقل شد. نمونه تا دمای تقریبی 1100 درجه سانتیگراد حرارت داده شد و تا زمانی که ذوب پوشش روی سطح نمونه کامل شد (تقریباً 2 تا 10 دقیقه) در این دما نگهداری شد. سپس نمونه به آرامی و به طور یکنواخت و در حالی که اتمسفر آرگون حفظ شد تا دمای تقریباً 300 درجه سانتیگراد یا کمتر خنک شد، در این مرحله نمونه از اجاق خارج شد و اجازه داده شد تا دمای محیط خنک شود (همانطور که در اینجا استفاده می شود، "دمای محیط" مترادف با "دمای اتاق" است، یعنی تقریباً 15 تا 35 درجه سانتیگراد). مثال 3. اعمال یک پوشش مقاوم در برابر سایش به یک نمونه در اتمسفر هیدروژنی
یک پوشش مقاوم در برابر سایش مانند مثال 2 بر روی نمونه اعمال شد، با این تفاوت که در یک کوره خلاء تحت فشار بیش از حد هیدروژن (تقریباً 1 تا 2 psi (6895-13790 Pa) حرارت داده شد. مثال 4 عملیات حرارتی یک سطح فلزی
یک پوشش مقاوم در برابر سایش مانند مثال 2 روی نمونه اعمال شد. سپس نمونه تا دمای آستنیته شدن (سخت شدن) پایه فولادی (یعنی 845 درجه سانتیگراد برای فولاد 1045) حرارت داده شد، سپس در روغن خاموش کننده تجاری موجود خاموش شد. سپس نمونه تا دمای تقریبی 275 تا 300 درجه سانتیگراد حرارت داده شد تا مارتنزیت تشکیل شده در حین کوئنچ تلطیف شود و اجازه داده شود تا در هوا تا دمای محیط خنک شود. مثال 5. اعمال یک پوشش مقاوم در برابر سایش به شفت سوخاری یک کمباین
یک پوشش مقاوم در برابر سایش با پاشیدن سوسپانسیون آلیاژ 2 (جدول 1، مثال 1) روی سطح تمیز شده آن، یعنی نسبت وزن آلیاژ به محلول PVA 6.0:1 روی سطح شفت سوهان اعمال شد. و محلول آبی PVA ​​حاوی 5.0٪ PVA برای به دست آوردن سوسپانسیون نوع 0600/0500 بود. پس از خشک شدن امولسیون بر روی سطح شفت سوخاری به روشی مشابه با روش مثال 2، آلیاژ روی شفت سوخاری در یک کوره نوار نقاله تحت یک اتمسفر هیدروژن با فشار هیدروژن اضافی و دمای 20000 ذوب شد. حدود 1100 درجه سانتیگراد. پس از پوشش دهی، شفت سوهان تا دمای کوئنچ خنک شد، که مطابق با درجه فولاد پایه، همانطور که در بالا در مثال 4 توضیح داده شد، انتخاب شد و سپس در یک روغن خاموش کننده تجاری موجود یا در یک کوئنچ پلیمری کوئنچ شد. متوسط، بسته به درجه فولاد. سپس شفت سوخاری سخت شده می‌تواند مانند مثال 4 تحت عملیات حرارتی بیشتری قرار گیرد. مثال 6: اعمال پوشش مقاوم در برابر سایش روی لبه تیغه چمن‌زنی
تیغه ماشین چمن زنی با اعمال یک پوشش مقاوم در برابر سایش طبق روش مثال 2 سخت شد، با این تفاوت که از آلیاژ 1 (جدول 1، مثال 1) به جای آلیاژ 3 استفاده شد. سپس مانند مثال 4 تحت عملیات حرارتی قرار گرفت. 7 استفاده از پوشش مقاوم در برابر سایش برای ریخته گری محفظه نگهدارنده تغذیه یک کمباین کشاورزی از چدن انعطاف پذیر
سطح بدنه نگهدارنده برای اعمال یک پوشش مقاوم در برابر سایش، مانند مثال 2، آماده شد. سپس محلول آبی 10% PVA بر روی سطح قطعه ای که قرار بود سخت شود، اسپری شد. بلافاصله پس از آن، آلیاژ 4 (جدول 1، مثال 1) روی سطح پوشش داده شده با محلول PVA اسپری شد و بدنه در یک کوره هوای اجباری تا دمای حدود 120 درجه سانتیگراد حرارت داده شد تا زمانی که پوشش باند PVA خشک شود تا شکلی به خود بگیرد. لایه آلیاژی /PVA. قسمتی از قطعه که در معرض سخت شدن نبود بدون پوشش با عامل پیوند PVA و آلیاژ رها شد. لازم به ذکر است که در این تجسم دوم از روش اختراع حاضر، نیازی به تهیه دوغاب قبل از اعمال پودر آلیاژ نیست. سپس محفظه تا دمای تقریباً 1100 درجه سانتیگراد گرم شد تا پوشش ذوب شود. حرارت دهی در کوره نوار نقاله در فشار هیدروژن اضافی (تقریباً 1 تا 2 psi (6895-13790 Pa) انجام شد و بدنه نگهدارنده در دمای تقریباً 1065 تا 1075 درجه سانتیگراد به مدت تقریباً 2 تا 5 دقیقه نگهداری شد. سپس جسد را در یک حمام نمک آستنیته که تا دمای تقریبی 275 تا 325 درجه سانتیگراد گرم شده قرار داده و به مدت 4-6 ساعت در حمام در این دما نگه داشته تا تغییر ساختاری مواد کامل شود. سپس از حمام خارج شد و در هوا تا دمای محیط خنک شد.

فرمول اختراع

1. روشی برای سخت شدن سطح فلز با پوشش مقاوم در برابر سایش، که مشخصه آن این است که شامل عملیات زیر است: الف) به دست آوردن یک سوسپانسیون آبی عمدتاً همگن از پلی وینیل الکل و یک آلیاژ فلز جامد که برای ذوب در نظر گرفته شده است، حاوی حداقل 60 % آهن، به شکل پودر ریز و یک یا چند افزودنی از گروه متشکل از عوامل پخش کننده، مواد لخته زدایی و نرم کننده ها، بدون شار. ب) پوشش سطح فلز با یک سوسپانسیون آبی؛ ج) خشک کردن سوسپانسیون آبی برای تشکیل یک لایه سخت شده روی سطح فلز که برای ذوب یک آلیاژ فلز جامد در زمینه پلی وینیل الکل در نظر گرفته شده است. د) حرارت دادن سطح فلز با لایه ای از آلیاژ فلز سخت که برای ذوب در ماتریس پلی وینیل الکل در نظر گرفته شده است تا دمای ذوب آلیاژ تحت شرایط یک اتمسفر محافظ با فشار اضافی کمی تا زمانی که آلیاژ بر روی سطح ذوب شود. فلز؛ و) خنک کردن سطح فلز با پوشش تقویت کننده مذاب تا دمای محیط. 2. روش طبق ادعای 1، مشخص می شود که عملیات b) و c) حداقل یک بار تکرار می شود. 3. روش مطابق یکی از پاراگراف ها. 1 و 2، مشخصه آن این است که آلیاژ عمدتاً حاوی یک یا چند عنصر انتخاب شده از آهن، نیکل و کبالت، و دو یا چند عنصر انتخاب شده از بور، کربن، کروم، مولیبدن، منگنز، تنگستن و سیلیکون است. 4. روش مطابق یکی از پاراگراف ها. 1-3، مشخصه آن این است که سطح فلزی سطح یک ابزار کشاورزی است. 5. روش مطابق یکی از پاراگراف ها. 1-4، مشخصه آن این است که آلیاژ تحت شرایط جو آرگون تا نقطه ذوب گرم می شود. 6. روش مطابق یکی از پاراگراف ها. 1-5، مشخصه آن این است که آلیاژ تا نقطه ذوب تحت شرایط اتمسفر هیدروژن گرم می شود. 7. روشی برای سخت کردن سطح فلز با پوشش مقاوم در برابر سایش، که مشخصه آن این است که شامل عملیات زیر است: الف) پوشش دادن سطح فلز با محلول آبی پلی وینیل الکل. ب) توزیع یک لایه عمدتاً همگن، که برای ذوب در نظر گرفته شده است، از یک آلیاژ فلز سخت به شکل یک پودر ریز روی پوششی از محلول پلی وینیل الکل، که در مرحله الف) قبل از خشک کردن محلول پلی وینیل الکل انجام شد. ج) خشک کردن پوشش آبی پلی وینیل الکل برای تشکیل یک لایه سخت شده از آلیاژ فلز سخت ذوب شده که توسط پوشش پلی وینیل الکل به سطح فلز متصل شده است. د) حرارت دادن سطح فلز، پوشش داده شده با لایه ای از آلیاژ فلز سخت که برای ذوب در نظر گرفته شده است، با استفاده از پوششی از پلی وینیل الکل به سطح فلز چسبانده شده است، تا دمای ذوب آلیاژ تحت یک اتمسفر محافظ و در شرایط کمی. فشار اضافی تا زمانی که آلیاژ روی سطح فلز ذوب شود. ه) خنک کردن سطح فلز با پوشش تقویت کننده مذاب تا دمای محیط. 8. روش طبق ادعای 7، مشخص می شود که عملیات الف، ب) و ج) حداقل یک بار تکرار می شوند. 9. روش طبق ادعای 7 که مشخصه آن این است که آلیاژ حداقل حدود 60 درصد آهن دارد. 10. روش مطابق یکی از پاراگراف ها. 7-9، مشخصه آن این است که یک آلیاژ فلزی جامد به شکل پودر ریز با استفاده از پودر پاشش به دست می آید. 11. روش مطابق یکی از پاراگراف ها. 7-10، مشخص می شود که آلیاژ عمدتاً حاوی یک یا چند عنصر انتخاب شده از آهن، نیکل و کبالت، و دو یا چند عنصر انتخاب شده از بور، کربن، کروم، مولیبدن، منگنز، تنگستن و سیلیکون است. 12. روش مطابق یکی از پاراگراف ها. 7-11، مشخص می شود که سطح فلزی سطح یک ابزار کشاورزی است. 13. روش مطابق یکی از پاراگراف ها. 7-12، مشخصه آن این است که آلیاژ تحت شرایط جو آرگون تا نقطه ذوب گرم می شود. 14. روش مطابق یکی از پاراگراف ها. 7-13، مشخصه آن این است که آلیاژ تا نقطه ذوب در شرایط جوی هیدروژن گرم می شود. 15. سوسپانسیونی برای سخت کردن سطح فلز که مشخصه آن این است که حاوی آلیاژ فلزی سخت است که برای ذوب به شکل پودر ریز حاوی حداقل حدود 60 درصد آهن در محلول آبی پلی وینیل الکل در نظر گرفته شده است. 16. تعلیق طبق ادعای 15، مشخصه آن این است که آلیاژ حاوی بور، کربن، کروم، آهن، منگنز، نیکل و سیلیکون است. 17. تعلیق ادعای 15 یا 16، که در آن اندازه ذرات متوسط ​​آلیاژ تقریباً 200 مش یا کمتر است.

روش اعمال پوشش ضد اصطکاک در هنگام تغییر شکل پلاستیک سطح سطوح استوانه ای داخلی // 2185270

این اختراع مربوط به حوزه فناوری مهندسی مکانیک، به ویژه به روش‌هایی برای اعمال پوشش‌های ضد اصطکاک در هنگام تغییر شکل پلاستیک سطح است و می‌تواند برای پردازش سطوح استوانه‌ای داخلی با دقت بالا، به عنوان مثال، سوراخ‌هایی در اتصالات لب به لب کنسول‌های بال هواپیما، استفاده شود. سطوح داخلی سیلندرهای هیدرولیک و غیره

این اختراع مربوط به زمینه پوشش با روش مکانیکی اصطکاکی است و می تواند برای اعمال پوشش روی سطوح استوانه ای داخلی و خارجی، به عنوان مثال، آسترها و پیستون های جفت پمپ های سوخت موتورهای احتراق داخلی، یا پوسته های یاتاقان و ژورنال های میل لنگ استفاده شود. ، یا جفت کمپرسورهای اصطکاکی پیستونی // 2170286

اصل اساسی افزایش استحکام فلزات و آلیاژها ایجاد موانعی است که مانع حرکت نابجایی ها می شود. استحکام با عملیات حرارتی یا تغییر شکل پلاستیک فلزات و آلیاژها به دلیل افزایش چگالی عیوب حاصل می شود (شکل 1.16 را ببینید).

عملیات حرارتی- فرآیند تأثیر حرارتی بر مواد برای تغییر هدفمند ساختار و خواص آنها.

امکان تقویت آلیاژها با استفاده از عملیات حرارتی با تبدیل نوع خاصی که در آلیاژها در حالت جامد رخ می دهد تعیین می شود. این تبدیل ها می توانند انتشاری و غیر انتشاری باشند.

در تبدیلات بدون انتشاراتم ها در فواصل بسیار کوتاه حرکت می کنند، بیش از 1...2 دوره شبکه کریستالی. سرعت تبدیل ها بسیار زیاد است و به طور قابل توجهی از نرخ گرمایش و سرد شدن آلیاژها در طول عملیات حرارتی فراتر می رود، بنابراین کنترل یا تنظیم چنین تبدیل ها بسیار دشوار یا غیرممکن است. نمونه ای از تبدیل بدون انتشار، تبدیل چند شکلی است، به عنوان مثال، Fea ↔ Fe.

در تبدیلات انتشاراتم ها در فواصل قابل توجهی (تا چند میلی متر) حرکت می کنند، دگرگونی ها به آرامی اتفاق می افتد (به عنوان مثال، مدت زمان فرآیند نیتریدینگ که در زیر توضیح داده شده است به چند روز می رسد). بنابراین، درجه این دگرگونی ها را می توان در طول عملیات حرارتی با تغییر نرخ گرمایش یا سرمایش، دما یا زمان نگهداری تنظیم کرد. نمونه ای از تبدیل انتشار، تجزیه جزئی یک محلول جامد است که در آن، در نتیجه کاهش حلالیت یکی از اجزاء با کاهش دما، یک فاز ثانویه از محلول جامد آزاد می شود (نگاه کنید به 3.4). .4 و شکل 3.8).

باید در نظر داشت که قطعات کار با شکل خاصی که در نتیجه عملیات شکل دهی (مثلاً برش) به دست می آید، تحت عملیات سخت شدن قرار می گیرند. برای تسهیل چنین عملیاتی، فلز باید دارای خواص فنی خوبی باشد - سختی و استحکام کم، این امر با انواع خاصی از عملیات حرارتی به دست می آید.

سخت شدن با عملیات حرارتی

تبلور مجدد

این روش سخت شدن بر اساس تبدیلات بدون انتشار است. در هنگام تبلور مجدد، تقویت آلیاژها به دلیل پالایش دانه حاصل می شود که در طی تبدیل چندشکلی (تغییر نوع شبکه کریستالی) در طول گرمایش و سرد شدن آلیاژ رخ می دهد.

اجازه دهید فرآیند تبلور مجدد را با استفاده از مثال آلیاژهای سیستم "Fe - Cr" در نظر بگیریم (شکل 3.14). در نمودار، α محلول جامد کروم در Fea است. γ – محلول جامد کروم در Fe. این محلول های جامد در نوع شبکه کریستالی متفاوت هستند: محلول جامد a دارای یک شبکه کریستالی در مرکز بدنه مکعبی است. γ-محلول جامد - صورت مکعبی در مرکز. تبلور مجدد در آلیاژهایی که غلظت کروم کمتر از نقطه تعیین شده توسط برجستگی است امکان پذیر است. الف – الف".

اجازه دهید تغییراتی را که در حین گرمایش و سرمایش در یکی از این آلیاژها رخ می دهد را در نظر بگیریم. قبل از سخت شدن، ساختار آلیاژ (قطعه کار) از دانه های درشت محلول جامد α تشکیل شده است (شکل 3.15، الف).استحکام آلیاژ در این حالت کم است، زیرا طول مرزهای دانه که مانع حرکت نابجایی ها هستند، کم است. هنگامی که آلیاژ گرم می شود، ساختار دانه درشت تا نقطه ای حفظ می شود 1 - دمای آغاز تبدیل چندشکلی (شکل 3.14 را ببینید). در دمای بالاتر از نقطه 1

برنج. 3.14. قطعه ای از نمودار فاز "Fe – Cr"

برنج. 3.15.

الف – V- گرمایش؛ ج – د –خنک کننده

محلول جامد α ناپایدار می شود و فاز جدیدی به نام γ در امتداد مرزهای دانه های آن تشکیل می شود که اندازه دانه های آن به طور قابل توجهی کوچکتر از دانه های فاز α است (شکل 3.15، 6). با افزایش بیشتر دما (تا حد 2) مقدار فاز γ به دلیل تشکیل دانه های کوچک جدید افزایش می یابد. در نقطه 2 تبدیل α → γ چندشکل به پایان می رسد، فاز α به طور کامل با فاز γ جایگزین می شود که دانه های کوچک تری دارد (شکل 3.15، V).گرمایش بالای نقطه 2 (به اصل مطلب 3) ترکیب فاز آلیاژ را تغییر نمی دهد، اما منجر به درشت شدن دانه های فاز γ می شود. از این نظر، هنگام انجام عملیات حرارتی، آلیاژ فقط کمی بالاتر از نقطه گرم می شود 2 (با دمای 30...50 درجه سانتیگراد)، که تکمیل تبدیل α → γ را تضمین می کند، اما باعث افزایش اندازه دانه محلول γ-جامد نمی شود.

پس از حرارت دادن به دمای مشخص شده و زمان نگهداری مورد نیاز، آلیاژ خنک می شود. خنک سازی به آرامی انجام می شود تا یک ساختار تعادلی به دست آید و تنش ناشی از تبدیل فاز کاهش یابد. وقتی تا حدی خنک شد 2 دگرگونی چندشکلی معکوس (γ → a) با تشکیل در امتداد مرزهای دانه محلول جامد γ بلورهای فاز α، کوچکتر از بلورهای فاز γ اولیه آغاز می شود (شکل 3.15، ز).زمانی که دما به یک نقطه کاهش یابد 1 مقدار فاز α به دلیل ظهور دانه های کوچک جدید افزایش می یابد. در نقطه 1 تبدیل چندشکلی به پایان می رسد، ساختار آلیاژ، که در نهایت در نتیجه تبلور مجدد مضاعف تشکیل شده است، از دانه های کوچکی از محلول جامد α تشکیل شده است (شکل 3.15، l)).

بنابراین، در نتیجه عملیات حرارتی، ترکیب فازی آلیاژ تغییر نکرد، اما ساختار آن تغییر کرد - از دانه درشت به دانه ریز. منحصر به فرد بودن این روش سخت شدن در این است که در نتیجه پالایش دانه نه تنها استحکام، بلکه شکل پذیری آلیاژ نیز افزایش می یابد. تمام روش های دیگری که استحکام آلیاژها را به طور همزمان افزایش می دهند، شکل پذیری آنها را کاهش می دهند.

تبلور مجدد کامل، یعنی. تبدیل α → γ و γ → α به ترتیب در طول گرمایش و سرمایش، در کل حجم فقط در آلیاژهایی با غلظت کروم بیش از حد امکان پذیر است. ب"- طرح ریزی نقطه ای ب(شکل 3.14 را ببینید). آلیاژها در محدوده قرار دارند ب" – الف"،تقویت در کل حجم غیرممکن است، زیرا تبلور مجدد کامل در طول گرمایش رخ نمی دهد و تنها تغییر شکل α → α + γ ممکن است.

علاوه بر نمودار فاز در نظر گرفته شده، تقویت به دلیل تبدیل چندشکلی در آلیاژها امکان پذیر است که نمودار فاز آن در شکل 1 ارائه شده است. 3.16. در اینجا آلیاژهای حاوی جزء هستند دربه افرا می توان در کل حجم، در فاصله زمانی تقویت کرد F-Dتا حدی آلیاژهای حاوی جزء دربیشتر دیتقویت آن غیرممکن است، زیرا با گرم شدن ساختار آنها تا شروع ذوب تغییر نمی کند.