کربن عنصر اصلی در فولادهای عملیات حرارتی است و میزان آن به طور مستقیم بر قابلیت سخت شدن و خواص نهایی فولاد تأثیر می‌گذارد. فولادهای عملیات حرارتی معمولاً حاوی 0.3 تا 1.5 درصد کربن هستند.

فولاد های عملیات حرارتی چیست؟ فولادهای عملیات حرارتی، نوعی فولاد هستند که با حرارت دادن و سرد کردن خاص، قوی‌تر و مقاوم‌تر می‌شوند. این کار باعث تغییر ساختار داخلی فولاد و بهبود خواصی مانند سختی، استحکام و انعطاف‌پذیری می‌شود. از این محصول در ساخت قطعاتی استفاده می‌شود که نیاز به مقاومت بالا در برابر سایش و ضربه دارند، مانند ابزارهای برش، قطعات خودرو و سازه‌های فلزی.

ویژگی های فولاد های عملیات حرارتی

فولاد های عملیات حرارتی به دلیل فرآیند های حرارتی که روی آنها انجام می شود، ویژگی های خاص و منحصر به فردی دارند که آنها را برای کاربرد های مختلف مناسب می سازد. در ادامه به برخی از ویژگی های مهم این فولاد ها اشاره می کنیم:

• سختی و مقاومت به سایش: عملیات حرارتی به ویژه کوئنچ و تمپر، می‌تواند سختی سطحی فولاد را به میزان قابل توجهی افزایش دهد و در نتیجه مقاومت آن را در برابر سایش و خراشیدگی بهبود بخشد. این ویژگی برای قطعاتی مانند قالب‌ها، ابزارهای برش و قطعات ماشین‌آلات که در معرض سایش مداوم هستند، بسیار حائز اهمیت است.
• مقاومت به خستگی: فرآیندهای عملیات حرارتی می‌توانند ساختار داخلی فولاد را به گونه‌ای تغییر دهند که مقاومت آن در برابر خستگی افزایش یابد. این ویژگی برای قطعاتی که تحت بارهای تکراری قرار دارند، مانند محورها، شفت‌ها و فنرها، بسیار مهم است.
• مقاومت در برابر حرارت: برخی از فولادهای آلیاژی پس از عملیات حرارتی، مقاومت بسیار خوبی در برابر دماهای بالا از خود نشان می‌دهند. این ویژگی باعث می‌شود تا این فولادها در صنایعی مانند متالورژی، خودروسازی و نیروگاه‌ها که دمای کارکرد بالا است، مورد استفاده قرار گیرند.
• مقاومت در برابر خوردگی: عملیات حرارتی می‌تواند بر روی لایه‌های سطحی فولاد تأثیر گذاشته و مقاومت آن را در برابر خوردگی بهبود بخشد. این ویژگی برای فولادهایی که در محیط‌های خورنده مانند محیط‌های دریایی یا صنایع شیمیایی استفاده می‌شوند، بسیار مهم است.
• تغییر شکل و ساختار میکروسکوپی: عملیات حرارتی می‌تواند ساختار میکروسکوپی فولاد را تغییر داده و خواص مکانیکی آن را بهبود بخشد. این تغییرات می‌توانند برای حذف تنش‌های داخلی، بهبود شکل‌پذیری و تغییر خواص مانند چقرمگی مفید باشند.

کاربرد فولاد های عملیات حرارتی

فولادهای عملیات حرارتی به دلیل قابلیت تطبیق پذیری و تنوع خواص، در طیف وسیعی از صنایع مختلف کاربرد گسترده پیدا کرده است و با انتخاب نوع فولاد و فرآیند عملیات حرارتی مناسب، می‌توان قطعاتی با خواص مطلوب برای کاربردهای خاص تولید کرد. برخی از مهم‌ترین کاربردشان عبارتند از:

• قطعات خودرو: میل‌لنگ، شاتون، چرخ‌دنده، فنر و بسیاری قطعات دیگر که نیاز به استحکام بالا، مقاومت به سایش و خستگی دارند.
• ابزارهای برش: مته، فرز، تیغه اره و دیگر ابزارهایی که نیاز به لبه برنده بسیار سخت و مقاوم دارند.
• قطعات صنعتی: محورها، چرخ‌دنده‌ها، قالب‌ها و سایر قطعاتی که در شرایط کاری سخت و تحت بارهای سنگین قرار دارند.
• سازه‌های فلزی: پل‌ها، ساختمان‌ها و سازه‌هایی که نیاز به مقاومت بالا در برابر خوردگی و خستگی دارند.
• صنعت نفت و گاز: لوله‌ها، اتصالات و تجهیزات مورد استفاده در این صنعت که در معرض دماها و فشارهای بالا و محیط‌های خورنده هستند.
• صنعت هوافضا: قطعاتی که نیاز به وزن کم، استحکام بالا و مقاومت در برابر دماهای بالا دارند.

انواع فولاد عملیات حرارتی

فولاد های عملیات حرارتی به دسته های مختلفی تقسیم می شوند که هر کدام ویژگی ها و کاربردهای خاص خود را دارند. در زیر به برخی از انواع اصلی فولادهای عملیات حرارتی اشاره می شود:

1. فولادهای کربنی ساده عملیات حرارتی‌پذیر: این فولادها حاوی مقدار کمی کربن و عناصر آلیاژی هستند. با عملیات حرارتی می‌توان سختی سطحی آن‌ها را افزایش داد. از این فولادها در ساخت قطعاتی مانند چرخ‌دنده‌ها، میل‌لنگ‌ها و قالب‌ها استفاده می‌شود.

2. فولادهای آلیاژی کم کربن عملیات حرارتی‌پذیر: این فولادها حاوی مقادیر کمی از عناصر آلیاژی مانند کروم، مولیبدن و نیکل هستند. این عناصر باعث بهبود خواص مکانیکی فولاد، مانند سختی، چقرمگی و مقاومت به سایش، می‌شوند. از این فولادها در ساخت قطعاتی که نیاز به مقاومت بالا در برابر سایش و خستگی دارند، استفاده می‌شود.

3. فولادهای آلیاژی متوسط کربن عملیات حرارتی‌پذیر: این فولادها حاوی مقدار متوسطی کربن و عناصر آلیاژی هستند. این فولادها دارای تعادل خوبی بین سختی و چقرمگی هستند و در ساخت قطعاتی مانند محورها، شفت‌ها و چرخ‌دنده‌ها استفاده می‌شوند.

4. فولادهای ابزار: این فولادها دارای مقدار کربن بالا و عناصر آلیاژی خاصی هستند که به آن‌ها سختی بسیار بالا و مقاومت به سایش عالی می‌دهد. از این فولادها برای ساخت ابزارهای برش مانند مته‌ها، فرزها و تیغه‌های اره استفاده می‌شود.

فرآیند عملیات حرارتی فولاد

عملیات حرارتی فولاد، فرآیندی است که طی آن فولاد را تا دمایی مشخص (بالاتر یا پایین‌تر از دمای بحرانی) گرم کرده و سپس با سرعتی کنترل‌شده سرد می‌کنند تا به ریزساختار و خواص مکانیکی دلخواه دست یابند. این فرآیند بدون تغییر در ترکیب شیمیایی فولاد، امکان تنظیم خواصی مانند سختی، چقرمگی و مقاومت به سایش را فراهم می‌کند.

گرچه عملیات حرارتی معمولاً در کوره انجام می‌شود، اما هر نوع گرمایش و سرد شدنی که به تغییر ریزساختار فولاد منجر شود، نوعی عملیات حرارتی محسوب می‌شود. به عنوان مثال، فرآیندهایی مانند شکل‌دهی گرم، جوشکاری و لحیم‌کاری نیز با ایجاد مناطق گرم‌شده در قطعه، نوعی عملیات حرارتی موضعی را به دنبال دارند.

به طور عمومی در بیشتر عملیات حرارتی فولاد سه مرحله اصلی وجود دارد و میتواند بسته به نوع فولاد و هدف نهایی تغییر کند. مراحل اصلی عملیات حرارتی عبارتند از:

1. گرم کردن: فولاد تا دمای مشخصی گرم می‌شود تا ساختار اتمی آن تغییر کند.
2. نگهداری: فولاد در دمای مشخص برای مدت زمان معینی نگه داشته می‌شود تا ساختار جدید به طور کامل تشکیل شود.
3. سرد کردن: فولاد با سرعت مشخصی سرد می‌شود. سرعت سرد شدن تأثیر زیادی بر ساختار نهایی و خواص فولاد دارد.

چرا برخی فولادها قابلیت عملیات حرارتی دارند؟

قابلیت عملیات حرارتی فولادها به عوامل مختلفی از جمله ترکیب شیمیایی، به ویژه مقدار کربن، آلیاژهای افزوده شده و ساختار اولیه فولاد بستگی دارد. فولادهای کربنی ساده و بسیاری از فولادهای آلیاژی، به دلیل وجود عناصر آلیاژی مانند کروم، مولیبدن و وانادیوم، قابلیت عملیات حرارتی را دارند. این عناصر با تأثیر بر تشکیل کاربیدها و تغییر در دمای بحرانی، امکان کنترل دقیق‌تر ریزساختار و دستیابی به خواص مختلف را فراهم می‌کنند.

در پایان، فولادهای عملیات حرارتی به عنوان یکی از مهم‌ترین آلیاژهای مهندسی، در صنایع مختلف می باشد. با استفاده از فرآیندهای عملیات حرارتی و تأثیر آنها بر خواص فولاد، می‌توان قطعاتی با عملکرد بهینه و طول عمر بالا تولید کرد. همچنین انتخاب نوع فولاد و فرآیند عملیات حرارتی مناسب، نیازمند دانش تخصصی و تجربه‌ی کافی است.

اگر به دنبال خرید انواع فولادهای عملیات حرارتی از جمله گرد CK45 و تسمه MO40 هستید، سایت دمیرآل با ارائه طیف گسترده‌ای از محصولات فولادی، می‌تواند نیازهای شما را برطرف کند.