کمیت سختی پذیری
کمیت سختی پذیری (Quantitative Hardenability) در واقع بیان کننده میزان سختی پذیری بر حسب عوامل موثر بر سختی پذیری (مانند ترکیب شیمیایی فولاد و محیط سرد کننده) است. سختی پذیری توسط ضخامت پوسته سخت شده مشخص می شود و ضخامت پوسته سخت شده عبارت از فاصله سطح نمونه تا محلی در داخل آن است که مقدار مارتنزیت تا حدود 50 درصد کاهش یافته باشد. معمولا 50 درصد بقیه ساختار را بینیت در نظر می گیرند، گرچه بر حسب ترکیب شیمیایی قطعه، 50 درصد دوم ممکن است کاملا بینیت نبوده و حتی پرلیت و فریت باشد.
مکانیزم مطالعه سختی پذیری بر اساس دو پارامتر، یکی قطر یا اندازه بحرانی و دیگری قطر یا اندازه ایده آل استوار است. قطر بحرانی بزرگترین قطر میله ای است که هرگاه در محیط مورد نظر سرد شود، مرکز آن سخت شود. به همین ترتیب قطر ایده آل بزرگترین قطر میله ای است که در صورت سرد شدن در یک محیط ایده آل مرکز آن سخت شود. جنبه بسیار مهم تعاریف فوق، عبارت از عدد سختی است که مشخص کننده مرکز سخت شده از مرکز سخت نشده است. عدد سختی انتخاب شده در این رابطه، سختی ریز ساختاری است که حداقل دارای 50 درصد مارتنزیت باشد. در عملیات حرارتی، تمامی اطلاعات ترسیمی و محاسبات سختی پذیری بر اساس قرارداد های بالاست. دلایل انتخاب 50 درصد مارتنزیت به عنوان معیار برای مشخص کردن ضخامت پوسته سخت شده و همچنین قطر بحرانی و ایده آل در شکل روبرو نشان داده شده است و عبارت اند از:
1- اختلاف بین ریز ساختار سطح سخت شده یک میله و مرکز سخت نشده آن پس از پولیش و اچ به بهترین وجه و با بیشترین وضوح در حوالی ناحیه 50 درصد مارتنزیت – 50 درصد پرلیت مشخص است.
2- بررسی سطح مقطع شکست یک قطعه سریع سرد شده نشان می دهد که ناحیه 50 درصد مارتنزیت فصل مشترک کاملا مشخص و معینی را بین سطح شکست بین دانه ای که صاف و هموار است و سطح شکست میان دانه ای که ناهموار و خشن است به وجود می آورد. سطح شکست اول مربوط می شود به ریزساختاری با بیشتر از 50 درصد مارتنزیت، در حالی که ناحیه دوم مربوط به شکست نرم محصولات غیر مارتنزیتی حاصل از دگرگونی آستنیت می شود. لازم به اشاره است که در رابطه با شکست بین دانه ای مارتنزیت در حالت اول اعتقاد بر این است که این نوع شکست مربوط به آستنیته شدن و تجمع ناخالصی هایی نظیر فسفر در مرز دانه‌های آستنیت و در نتیجه ترد و شکننده شدن آن می شود. بررسی سطح مقطع شکست و ریز ساختار اچ شده حتی در مقیاس ماکروسکوپی هم اغلب می تواند به منظور ارزیابی عمق سخت شده (در حد 50 درصد مارتنزیت) به کار رود.
3- کاهش سختی از سطح به مرکز در ناحیه 50 درصد مارتنزیت بسیار شدید است. شکل زیر تغییرات سختی مرکز بر حسب قطر میله هایی از جنس فولاد کرم- نیکل3140 SAE که در آب و روغن سریع سرد شده باشند را نشان می دهد. برای هر دو محیط مشاهده می شود که در حوالی سختی HRC 50 با افزایش قطر میله، سختی مرکز به شدت افت می کند. این پدیده مشخص کننده 50 درصد مارتنزیت در ساختار و در نتیجه اندازه قطر بحرانی است.
از آنجایی که تشخیص 50 درصد مارتنزیت از منحنی تغییرات سختی برحسب قطر میله اساسا کار مشکلی است، همواره از منحنی تغییرات سختی 50 درصد مارتنزیت برحسب درصد کربن کمک گرفته می شود. شکل زیر منحنی مزبور را برای فولادهای کربنی ساده نشان می دهد. انتظار می رود که سختی 50 درصد مارتنزیت برای فولاد های آلیاژی کمی بیشتر از فولاد های کربنی ساده باشد. در این رابطه شکل زیر نشان می دهد که سختی 50 درصد مارتنزیت برای فولاد کربنی ساده با 0.4 درصد کربن در حدود HRC 40 است. در حالی که از شکل فوق چنین بر می آید که، قطر بحرانی در حوالی سختی HRC 50 است. یک توجیه احتمالی برای این تفاوت عبارت است از: در فولاد آلیاژی 3140 در کنار 50 درصد مارتنزیت مقدار زیادی بینیت که دارای سختی نسبتا بالایی است وجود دارد، در حالی که در فولاد کربنی ساده در جوار 50 درصد مارتنزیت عمدتا پرلیت و فریت با سختی نسبتا پایین تشکیل می شوند.
در رابطه با سختی پذیری نتیجه می شود که؛ قطر یا اندازه بحرانی یک فولاد با ترکیب شیمیایی داده شده، مستقیما مربوط به محیط سریع سرد کننده مشخص می شود و با تغییر محیط، قطر یا اندازه بحرانی نیز تغییر می کند. بدین صورت که هر چه شدت سردکنندگی محیط بیشتر باشد قطر بحرانی نیز بیشتر خواهد بود. از طرف دیگر، از آنجایی که قطر یا اندازه ایده آل در رابطه با یک محیط ایده آل یعنی محیطی که شدت سرد کنندگی آن بی نهایت باشد تعریف می شود، مقدار آن تابع محیط سرد کننده نخواهد بود و بنابراین می تواند به عنوان معیار واقعی برای مشخص کردن سختی پذیری یک فولاد با ترکیب شیمیایی داده شده قرار گیرد.
از قطر ایده آل می توان به منظور تعیین قطر بحرانی فولاد ها هنگامی که در محیط های مختلف با شدت سردکنندگی متفاوت سرد می شوند استفاده کرد. در شکل های زیر ارتباط بین قطر بحرانی (D)، قطر ایده‌آل (DI) و شدت سردکنندگی (H) برای محیط های مختلف نشان داده شده است. در شکل های فوق خط مستقیم که با شدت سردکنندگی بی نهایت مشخص شده است نشان می دهد که برای یک محیط سردکننده ایده آل قطر های بحرانی و ایده آل با یکدیگر برابرند. از سوی دیگر، برای یک قطر ایده آل ثابت با کاهش شدت سردکنندگی محیط (کاهش مقدار H) قطر بحرانی نیز کاهش می یابد. منحنی های مشابهی برای ارتباط بین صفحات بحرانی، ضخامت ایده آل و شدت سردکنندگی محیط نیز رسم شده اند و در کتاب های مرجع وجود دارد.
منابع و پیوندها
گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن
گلعذار. م، اصول و کاربرد عملیات حرارتی فولادها و چدن ها، اتشارات دانشگاه صنعتی اصفهان.
برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است
