سخت کاری سطحی روشی موثر برای به دست آوردن خواص مناسب از جمله کیفیت بالا پس از تولید فولاد است، اما در اغلب موارد سطوح سخت و قطعات هسته برای سایش و ارائه عملکرد مناسب نیاز به تنش دارند. بسیاری از قطعات فولادی را می توان تحت عملیات حرارتی قرار داد تا مقاومت در برابر سایش و استحکام دینامیکی خوبی داشته باشند.
این نوع عملیات حرارتی که به سخت کاری سطحی معروف است، آخرین عملیاتی است که در مرحله نهایی قطعه سازی و پس از انجام کلیه مراحل مربوط به شکل دهی مانند ماشین کاری و … انجام می شود.
در ادامه این مقاله اطلاعات جامع و کاملی را در خصوص سخت کاری سطحی در اختیارتان خواهیم گذاشت.
[ez-toc]
سخت کاری سطحی چیست؟
سخت کردن سطحی نوعی عملیات حرارتی است که در آن سطح قطعه با استفاده از شرایط خاص کاری و محیطی سخت می شود و ترکیب شیمیایی داخل آن تغییر نمی کند و در نهایت قطعه با سطح مورد نظر به دست می آید.
بسیاری از قطعات فولادی را می توان عملیات حرارتی کرد؛ بنابراین با وجود مقاومت در برابر سایش خوب، از استحکام دینامیکی خوبی نیز برخوردار هستند. این نوع عملیات حرارتی که به سختی سطحی معروف است، آخرین عملیاتی است که در مرحله نهایی قطعه سازی و پس از انجام کلیه مراحل شکل دهی مانند ماشینکاری و غیره انجام می شود.
سخت کاری سطحی چگونه انجام می شود؟
در اکثر کاربردهای صنعتی نیاز به قطعاتی است که از سطح سختی برخوردار هستند و در عین حال چقرمگی یا تافنس ضربه ای خوبی دارند. از جمله این موارد می توان به قطعاتی مانند میل لنگ، میل بادامک و چرخدنده ها اشاره کنیم که باید سطحی بسیار سخت و مقاوم در برابر سایش برخوردار باشند.
همچنین می توانید درباره هارد فیسینگ و سخت کاری سطحی بیشتر بخوانید.
انواع روش سخت کاری سطحی فولاد
روش های سخت کاری سطحی به دو گرو عمده تقسیم بندی می‌شوند که در ادامه آین روش ها را مورد بررسی قرار می دهیم.
در روش اول، تلاش می شود که با اعمال نفوذی که به عنوان عملیات حرارتی-شیمیایی از آن نام می برند، ترکیب شیمیایی لایه بیرونی تغییر یابد. در این روش، اتم های بیرونی با خواص سطحی مورد نیاز به لایه بیرونی سطح نفوذ می کنند تا سختی لایه بیرونی افزایش یابد.
به عنوان مثال می توان از اتم های آهن، کربن یا نیتروژن برای افزایش مقاومت سطحی یا هر دو به طور همزمان استفاده کرد.
در این عملیات باید به این نکته توجه داشته باشید که اتم های جاذب باید شعاع بسیار کمی نسبت به اتم های نافذ داشته باشند تا بتوانند به راحتی و با انرژی کمتری بین اتم های سطحی نفوذ کرده و ساختار کریستالی جدیدی را تشکیل دهند.
در روش دوم اصل بر این است که ترکیبات شیمیایی تغییر زیادی نکند، بنابراین با عملیاتی روبرو خواهیم شد که همراه با تغییرات فیزیکی ماده است.
روش های نفوذی ترموشیمیایی
روش های نفوذی ترموشیمیایی معمولاً در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند، به ویژه در فرآیندهای صنعتی و مهندسی. این روش شامل استفاده از حرارت و مواد شیمیایی به‌طور ترکیبی هستند تا مواد به سرعت و با کیفیت در داخل سطح مورد نظر نفوذ کنند.
به عنوان مثال، در فرآیندهای تولید فولاد یا تولید قطعات صنعتی، این روش برای بهبود ویژگی های سطحی و استحکام قطعات به کار می رود. مواد شیمیایی مختلفی مانند اسیدها، قلیایی‌ها، یا مواد حاوی کربن و نیتروژن می‌توانند در این روش‌ها به کار روند.
روش های اعمال انرژی
اعمال انرژی متنوعی وجود دارند که در فرآیندهای مختلف استفاده می‌شوند. از جمله این روش ها می توان به موارد زیر اشاره کرد.
۱. انرژی مکانیکی: که شامل استفاده از حرکت و نیروهای مکانیکی است. به‌عنوان مثال، در دستگاه‌های مکانیکی مانند موتورها و ماشین‌آلات صنعتی، این نوع انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
۲. انرژی حرارتی: که از اثرات گرمایی برای انجام کارها استفاده می‌شود. این انرژی می‌تواند از سوخت ها، الکتریسیته یا انرژی خورشیدی به دست آید و در صنایع مختلف از جمله تولید برق و گرمایش منازل استفاده می‌شود.
۳. انرژی الکتریکی: که از جریان الکتریکی برای تأمین انرژی استفاده می‌کند. این نوع انرژی در بسیاری از دستگاه‌های برقی، الکترونیکی و نورپردازی استفاده می‌شود.
۴. انرژی شیمیایی: که در اثر واکنش های شیمیایی ایجاد می‌شود. بطور مثال، در باتری‌ها و سوخت ها از انرژی شیمیایی استفاده می‌شود.
این روش های اعمال انرژی هر کدام ویژگی ها و کاربردهای خاص خود را دارند و در صنایع و زندگی روزمره ما به طور گسترده ای استفاده می‌شوند.
پوشش و اصلاح سطح
پوشش و اصلاح سطح به فرآیندهایی اطلاق می‌شود که با استفاده از مواد خاص یا فرآیندهای خاص، سطح یک ماده را بهبود می‌بخشند یا آن را محافظت می‌کنند. پوشش دهی سطحی که با استفاده از رنگ، رزین، پوشش های فلزی یا پوشش‌های دیگر، سطح ماده را محافظت می‌کند.
این پوشش‌ها می‌توانند در برابر زنگ‌زدگی، خوردگی، نفوذ آب یا مواد شیمیایی محافظت کننده باشند. آبکاری کروم سخت، آبکاری نیکل الکترولس، پاشش حرارتی، سختی جوش، رسوب بخار شیمیایی، رسوب فیزیکی بخار و رسوب القایی روش هایی هستند که با افزودن لایه جدیدی به سطح قطعه، سختی را افزایش می دهند.
اصلاح سطح که شامل فرآیندهای مکانیکی یا شیمیایی است که سطح ماده را بهبود می‌بخشد. به‌عنوان مثال، سنگ‌زنی، خمیرکاری، پولیش کردن یا فرآیندهای شیمیایی مانند گالوانیزه کردن و کروم‌کاری. هدف این فرآیندها، افزایش مقاومت، زیبایی، و یا بهبود ویژگی‌های مکانیکی و شیمیایی سطح ماده است و در انواع صنایع از جمله صنایع خودروسازی، ساختمانی، الکترونیکی و دیگر صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند.
کاربرد سخت کاری سطحی فولادها
سخت‌کاری سطحی در فولادها روش مهمی است که برای بهبود ویژگی های آنها به کار می رود. این فرآیند تغییراتی که به سطح فولادها اعمال می‌شود به منظور افزایش سختی، مقاومت در برابر خستگی و سایر ویژگی‌های مکانیکی را شامل می شود.
یکی از کاربردهای اصلی سخت‌کاری سطحی در فولادها، ایجاد لایه های سخت و مقاوم روی سطح فولاد است. این لایه ها معمولاً با فرآیندهای گرمایی یا شیمیایی ایجاد می‌شوند که باعث افزایش مقاومت فشاری و خستگی، کاهش سایش و بهبود ویژگی های سطحی می‌شوند.
در صنایع مختلف، فولادهایی که با روش‌های سخت‌کاری سطحی اصلاح شده‌اند، می‌توانند در قطعات ماشین‌آلات، ابزارهای برش، قطعات صنعتی و حتی در ابزارهای پزشکی مورد استفاده قرار گیرند. این فولادها از مقاومت بالا، طول عمر بیشتر و عملکرد بهتر بهره مند می‌شوند.
همچنین، در صنایع خودروسازی، قطعاتی که از فولادهایی با سخت‌کاری سطحی ساخته شده اند، می‌توانند در سیستم های موتور، جعبه دنده، قطعات جابجایی و قطعات کاربردی دیگر به کار روند. این فولادها به دلیل ویژگی های مکانیکی بهتر و مقاومت بالا، اهمیت بالایی دارند.
مزایای سخت کاری سطحی
سخت کاری سطحی برای مواد مختلف از جمله فولادها، مزایای زیادی دارد که شامل موارد زیر می‌شود.
بهبود دوام و عمر قطعات فولادی
سخت‌کاری سطحی یکی از راه‌های مهم برای بهبود دوام و عمر قطعات فولادی است. این فرآیند با افزایش سختی و مقاومت سطحی، بهبود قابلیت تحمل قطعات در برابر فشار، سایش و خوردگی را فراهم می‌کند. با ایجاد لایه‌های مقاوم و سخت در سطح قطعات، آنها قادر به مقاومت بیشتر در برابر شرایط سخت و استفاده‌ی طولانی مدت می‌شوند.
همچنین، این فرآیند می‌تواند بهبود ویژگی‌های مکانیکی مانند استحکام، انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر خستگی را نیز به همراه داشته باشد. قطعات فولادی که از سخت‌کاری سطحی بهره‌مند هستند، قادر به ارائه عملکرد بهتر، استفاده طولانی‌مدت‌تر و کاهش نیاز به تعمیرات و تعویضات مکرر می‌باشند.
امکان استفاده از فولاد با قابلیت تراش عالی
فولاد با قابلیت تراش عالی، از نوع فولادهایی است که دارای ویژگی‌های مناسبی برای عملیات تراشکاری و ساخت قطعات دقیق است. این نوع فولادها دارای خواصی هستند که به تراشکاران امکان می‌دهد با دقت بالا و بدون مشکلات قابل توجهی تراشکاری را انجام دهند.
با توجه به خواص مکانیکی مطلوب مانند سختی، استحکام و استحکام در برابر سایش، فولادهای با قابلیت تراش عالی مناسب برای استفاده در صنایعی مانند صنعت دقیق، خودروسازی، ابزارسازی و صنایع فلزی دیگر هستند. این فولادها به تراشکاران اجازه می‌دهند تا قطعات دقیق و با کیفیت بالا را با دقت بیشتری تولید کنند و از نظر کیفیت و دقت تراشکاری برتری داشته باشند.
افزایش عملکرد یاتاقان های غلتکی
استفاده از فرآیندهای سخت‌کاری سطحی بر روی یاتاقان‌های غلتکی می‌تواند عملکرد و عمر مفید آنها را بهبود بخشد. با اعمال فرآیندهایی مانند گرمکاری، نیترید کربوریزاسیون، یا کروم‌پلاسیون، سطح غلتک‌ها تقویت می‌شود که منجر به افزایش مقاومت در برابر فشار، سایش، و خوردگی می‌شود.
همچنین، این فرآیندها باعث افزایش دوام و پایداری یاتاقان‌های غلتکی می‌شوند و می‌توانند در دماها و شرایط محیطی مختلف عملکرد بهتری داشته باشند. این اقدامات باعث می‌شود تا یاتاقان‌های غلتکی بهبود یابند و بتوانند در شرایط سخت‌تر و با استفاده‌ی بیشتر بهره‌وری بیشتری داشته باشند.
کاهش صدا و صرفه جویی مصرف انرژی در چرخدنده های توربین بادی
استفاده از فرآیندهای سخت‌کاری سطحی و همچنین بهره‌گیری از موادی با ویژگی‌های بهتر می‌تواند به کاهش صدا و صرفه‌جویی در مصرف انرژی در چرخدنده‌های توربین بادی کمک کند.
با اعمال فرآیندهای سخت‌کاری سطحی مانند پوشش‌دهی با مواد مقاوم و با کمترین اصطکاک، از یک سو صدای تولیدی از اصطکاک کاهش می‌یابد و از سوی دیگر باعث صرفه‌جویی در انرژی و بهبود کارایی چرخدنده ها می‌شود.
تشکیل تنش پسماند فشاری در چرخ دنده ها
تنش پسماند فشاری در چرخدنده ها ممکن است ناشی از فشارهای مختلفی باشد که در زمان عملکرد و یا هنگام انتقال نیرو در آنها ایجاد می‌شود. این تنش ها ممکن است به علت فشارهای فیزیکی ناشی از نیروها و فشارهای جانبی مختلف، و همچنین تاثیرات سایش و اصطکاک در زمان حرکت چرخ‌دنده‌ها بوجود آید.
برای کاهش تنش‌های پسماند فشاری در چرخ‌دنده‌ها، از مواد با خواص مناسب و همچنین طراحی‌های بهینه استفاده می‌شود. استفاده از مواد با استحکام بالا، مقاومت در برابر سایش و خوردگی و همچنین اعمال فرآیندهای سخت‌کاری سطحی می‌تواند به کاهش تنش‌ها و افزایش دوام و استحکام چرخ‌دنده‌ها کمک کند.
کاهش زمان تولید قطعات سخت
برای کاهش زمان تولید قطعات سخت، می‌توان از روش‌های مختلفی استفاده کرد. استفاده از فرآیندهای سخت‌کاری سطحی مانند نیتریداسیون، کروم‌پلاسیون، یا تصفیه حرارتی می‌تواند به تولید سریع‌تر واحد‌های سخت کمک کند. همچنین، استفاده از ماشین‌آلات پیشرفته و فرآیندهای تولید مدرن نیز می‌تواند زمان تولید قطعات را کاهش دهد.
ایجاد مقاومت فوق العاده در برابر شکست یاتاقان ها
برای ایجاد مقاومت فوق‌العاده در برابر شکست در یاتاقان‌ها، از مواد با ویژگی‌های مکانیکی قوی و استحکام بالا استفاده می‌شود. همچنین، فرآیندهای سخت‌کاری سطحی مانند حرارت‌درمانی، نیتریداسیون، یا تصفیه حرارتی می‌تواند به افزایش استحکام و مقاومت یاتاقان‌ها در برابر فشار و شکست کمک کند.
طراحی بهینه‌تر یاتاقان‌ها نیز می‌تواند در افزایش مقاومت آنها موثر باشد. از طراحی‌های مناسب برای توزیع بار و استفاده از ساختارهایی با استحکام و انعطاف‌پذیری بالا می‌توان برای جلوگیری از شکست یاتاقان‌ها استفاده کرد.
کاهش مصرف انرژی در تولید قطعات
کاهش مصرف انرژی در تولید قطعات می‌تواند از طریق مدیریت بهینه‌ی فرآیندهای تولید، بهره‌وری بالاتر ماشین‌آلات، و استفاده از فناوری‌های پایدار و مواد با کارایی انرژی بالا انجام شود.
افزایش مقاومت در برابر خوردگی و سایش با سخت کاری سطحی
استفاده از سخت‌کاری سطحی می‌تواند به طور قابل توجهی مقاومت قطعات در برابر خوردگی و سایش را افزایش دهد. با استفاده از روش‌های سخت‌کاری سطحی مانند نیتریداسیون، کروم‌پلاسیون، یا کربوریزاسیون، تقویت سطح قطعات صورت می‌گیرد و با ایجاد لایه‌های مقاوم به ویژگی‌های مکانیکی قطعات کمک می‌شود.
نیتریدینگ همراه با سخت کاری دایلکس
فرآیند نیتریدینگ همراه با سخت‌کاری دایلکس (Duplex) یک فرآیند پیشرفته است که در آن از نیتروژناسیون و سخت‌کاری دو فرآیند ترکیبی استفاده می‌شود. در این فرآیند، ابتدا با استفاده از نیتروژناسیون، نیتروژن به سطح قطعه وارد شده و باعث ایجاد لایه‌های نیتریدی مقاوم و سخت می‌شود.
سپس، با انجام سخت‌کاری دایلکس، این لایه‌های نیتریدی تقویت می‌شوند و باعث افزایش سختی و مقاومت قطعه در برابر سایش و خوردگی می‌شود. این فرآیند ترکیبی، موجب افزایش عمق لایه‌های نیتریدی و افزایش خواص مکانیکی قطعه می‌شود. با ترکیب این دو فرآیند، مقاومت قطعه در برابر فشار، سایش، و خوردگی به طور چشمگیری افزایش می‌یابد و عمر مفید قطعه بهبود می‌یابد.
بهبود قابلیت جوشکاری فولاد
بهبود قابلیت جوشکاری فولاد می‌تواند از طریق افزودن عواملی مانند عناصر آلیاژی، استفاده از فرآیندهای حرارتی و سخت‌کاری سطحی انجام شود. با اضافه کردن عناصر آلیاژی مانند منگنز، کروم و مولیبدن به فولاد، خواص جوشکاری آن بهبود می‌یابد.
همچنین، اعمال فرآیندهای حرارتی مانند گرمکاری و تصفیه حرارتی می‌تواند ساختار داخلی فولاد را بهبود بخشیده و قابلیت جوشکاری آن را ارتقا دهد. سخت‌کاری سطحی نیز می‌تواند با افزایش سختی و استحکام سطح فولاد، قابلیت جوشکاری را بهبود بخشد.
با این اقدامات، خواص مکانیکی و ساختار داخلی فولاد بهبود می‌یابد که منجر به افزایش قابلیت جوشکاری آن می‌شود و باعث می‌شود که عملیات جوشکاری به صورت بهتر و با کیفیت بهتری انجام شود.
کاهش اعوجاج در چرخدنده ها
برای کاهش اعوجاج در چرخ‌دنده‌ها، از روش‌های مختلف می‌توان استفاده کرد. استفاده از مواد با کیفیت و استحکام بالا، طراحی دقیق و دقت در فرآیند تولید از مهم‌ترین راهکارها برای کاهش اعوجاج می‌باشد.
همچنین، استفاده از فرآیندهای دقیق تراشکاری و ساخت دقیق چرخ‌دنده‌ها می‌تواند به کاهش اعوجاج و افزایش دقت آنها کمک کند. از روش‌های سخت‌کاری سطحی همچون حرارت‌درمانی و نیتروژناسیون نیز می‌توان برای بهبود استحکام و کاهش اعوجاج در چرخ‌دنده‌ها استفاده نمود.
افزایش میزان مقاومت در برابر خستگی
برای افزایش مقاومت در برابر خستگی، می‌توان از روش‌های سخت‌کاری سطحی و بهبود ویژگی‌های مکانیکی استفاده کرد. استفاده از فرآیندهای سخت‌کاری سطحی مانند نیتریداسیون، کروم‌پلاسیون، و گرمکاری می‌تواند به تقویت سطحی قطعات کمک کند و مقاومت آنها در برابر خستگی را افزایش دهد.
ابزار ها و تجهیزات مورد نیاز برای سخت کاری
برای انجام عملیات سخت‌کاری، ابزارها و تجهیزات مهمی وجود دارند که برای این منظور استفاده می‌شوند. به عنوان مثال:
- کوره‌های حرارتی: جهت انجام فرآیندهای گرمایی مانند گرمکاری.
- دستگاه‌های نیتروژناسیون: برای افزایش خواص سطحی قطعات با افزودن نیتروژن.
- دستگاه‌های کروم‌پلاسیون: جهت اعمال پوشش‌های کروم بر روی سطح قطعات.
- ماشین‌آلات CNC: جهت انجام سخت‌کاری با دقت و صحت بالا.
- دستگاه‌های تصفیه حرارتی: برای بهبود و تغییر خواص مکانیکی قطعات.
- آزمایشگاه‌های کنترل کیفیت: برای ارزیابی خواص و ویژگی‌های قطعات پس از سخت‌کاری.
همچنین، انواع ابزارهای دستی، تجهیزات ایمنی، و دستگاه‌های پشتیبانی نیز جزء تجهیزات مورد نیاز برای انجام عملیات سخت‌کاری قرار می‌گیرند.
چه فلزاتی می توانند تحت سخت کاری سطحی قرار بگیرند؟
بسیاری از فلزات مختلف می‌توانند تحت عملیات سخت‌کاری سطحی قرار بگیرند. این فلزات شامل:
- فولادها: از جمله فولادهای کربنی، فولادهای آلیاژی، فولادهای ضدزنگ و فولادهای ابزار.
- آلومینیوم: فلزی با وزن سبک که معمولاً برای کاربردهای صنعتی و خودروسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- مس و آلیاژهای مسی: برای برخی از کاربردهای الکترونیکی، ساخت ماشین‌آلات، و تولید قطعات صنعتی.
- تیتانیوم: فلزی با استحکام و مقاومت بالا که در صنایع هوافضا، پزشکی، و صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- نیکل و آلیاژهای نیکلی: برای مصارف متنوع از جمله صنایع هوافضا، صنایع شیمیایی و الکترونیک.
این فلزات به وسیله فرآیندهای مختلف سخت‌کاری سطحی مانند نیتروژناسیون، کروم‌پلاسیون، گرمکاری، و تصفیه حرارتی می‌توانند تقویت و بهبود خواص سطحی خود را افزایش دهند.
جمع بندی
در نتیجه، سخت‌کاری سطحی به عنوان یک فرآیند اساسی در صنعت فلزات و مواد، امکاناتی فراهم می‌کند که ویژگی های مکانیکی و سطحی فلزات را بهبود می‌دهد. این فرآیند از انواع مختلف فلزات از جمله فولاد، آلومینیوم، مس، تیتانیوم، نیکل و آلیاژهای مختلف می‌تواند بهره ببرد. از طریق اعمال فرآیندهای مختلف مانند نیتروژناسیون، کروم‌پلاسیون، و تصفیه حرارتی، مقاومت، استحکام، و سایر ویژگی‌های مورد نیاز قطعات فلزی را افزایش می‌دهد.
مجموعه ساخت24 با داشتن کادری مجرب و متخصص آماده ارائه خدمات مشاوره ، طراحی و ساخت تجهیزات و قطعات ضدسایش از جمله انواع لاینر به صنعتگران می باشد.
جهت کسب اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید.
