سخت‌کاری شعله‌ای فولاد - فرآیند، ریزساختار، خواص و کاربردها

سخت شدن شعله‌ای یک روش عملیات حرارتی سطحی است که در آن سطح انتخابی از یک قطعه فولادی به سرعت با شعله تا دمایی که امکان آستنیته شدن را فراهم می‌کند، گرم شده و سپس به شدت سرد می‌شود. اگر ترکیب شیمیایی و سختی‌پذیری فولاد مناسب باشد، پس از سرد شدن، یک ساختار سخت شده، که اغلب حاوی مارتنزیت است، در لایه گرم شده تشکیل می‌شود.
این فرآیند به شما امکان می‌دهد تا به دست آورید لایه رویی سخت و مقاوم در برابر سایش ضمن حفظ خواص هستهکه در تمام سطح مقطع خود تا دمای آستنیته شدن گرم نمی‌شود. این امر امکان استفاده از سخت‌کاری شعله‌ای را روی شفت‌ها، محورها، چرخ‌دنده‌ها، غلتک‌ها، راهنماها، مسیرهای حرکت، چرخ‌های بزرگ، اجزای ماشین و سایر قطعاتی که در معرض سایش سطحی هستند، فراهم می‌کند.
از نظر هدف تکنولوژیکی، سخت‌کاری شعله‌ای مشابه سخت‌کاری القایی است. تفاوت اساسی در روش انتقال انرژی است: در طول سخت‌کاری شعله‌ای، سطح توسط شعله گرم می‌شود، در حالی که در طول سخت‌کاری القایی، انرژی از طریق عملکرد یک میدان الکترومغناطیسی متناوب در ماده تولید می‌شود.

سخت کاری شعله ای چیست؟

سخت‌کاری شعله‌ای از یک منبع حرارتی شدید به شکل شعله مشعل استفاده می‌کند. انرژی حرارتی از سطح به ماده منتقل می‌شود و سپس از طریق رسانش حرارتی در قطعه پخش می‌شود.
هدف از این فرآیند گرم کردن کل سطح مقطع قطعه نیست، بلکه رساندن یک لایه سطحی خاص به حالتی است که امکان تشکیل آستنیت را فراهم کند. پس از رسیدن به حالت حرارتی مناسب، خنک‌سازی سریع اتفاق می‌افتد.
این فرآیند را می‌توان به صورت شماتیک به صورت زیر نمایش داد:

شعله → گرمایش سریع سطح → آستنیته کردن لایه → سرمایش سریع → لایه سخت شده مارتنزیتی

هسته قطعه می‌تواند زیر دمای آستنیته باقی بماند، بنابراین بخش زیادی از ریزساختار و خواص مکانیکی قبلی خود را حفظ می‌کند.

مراحل سخت شدن شعله‌ای

این فرآیند شامل چندین مرحله تکنولوژیکی مرتبط با هم است:

1. آماده سازی المان – بازرسی مواد، وضعیت سطح، هندسه و عملیات حرارتی قبلی.
2. تنظیم مشعل - انتخاب نوع مشعل، فاصله، زاویه و ناحیه گرمایش.
3. گرمایش سطحی – تأمین شدید انرژی به بخش انتخابی از عنصر.
4. آستنیته کردن لایه - ایجاد شرایطی در ناحیه مورد نیاز که امکان تشکیل آستنیت را فراهم کند.
5. خنک کننده سریع - حذف گرما با سرعتی که امکان دستیابی به ریزساختار مورد نیاز را فراهم کند.
6. تشکیل لایه سخت شده – در فولاد انتخاب شده به درستی، یک ساختار سخت شونده ایجاد می‌شود.
7. کنترل کیفیت - اندازه‌گیری سختی، عمق لایه، ریزساختار و کنترل ترک‌ها و تغییر شکل‌ها.

آماده سازی سطح قبل از سخت شدن شعله

شرایط سطح برای گرمایش یکنواخت بسیار مهم است. آلودگی، لایه‌های ضخیم رسوب، روغن‌ها یا سایر بقایای فرآیند می‌توانند کنترل فرآیند را پیچیده کرده و بر انتقال حرارت تأثیر بگذارند.
قبل از سخت شدن، سطح ممکن است نیاز به موارد زیر داشته باشد:

• چربی زدایی،
• حذف زنگ زدگی و پوسته پوسته شدن،
• تمیز کردن مکانیکی،
• بازرسی سطح برای ترک‌ها و آسیب‌های موجود،
• بررسی هندسه ناحیه‌ای که باید سخت شود.

با این حال، این بدان معنا نیست که هر قطعه نیاز به سندبلاست یا صیقل‌کاری دارد. آماده‌سازی سطح باید بر اساس شرایط واقعی و الزامات تکنولوژیکی آن انجام شود.

گرم کردن با شعله

برای گرمایش از مشعل‌های گازی با پیکربندی مناسب استفاده می‌شود. طراحی مشعل و تعداد نازل‌ها را می‌توان با هندسه سطح مورد پردازش تطبیق داد.
بسته به نوع نصب، از سوخت‌های گازی مختلف به همراه اکسیژن استفاده می‌شود. هدف سیستم، دستیابی به شار حرارتی شدید و تا حد امکان یکنواخت در ناحیه مورد نیاز است.
سرعت گرمایش تحت تأثیر عوامل زیر است:

• نوع سوخت و شرایط احتراق،
• توان حرارتی مشعل،
• تعداد و چیدمان نازل‌ها،
• فاصله مشعل از سطح،
• زاویه مشعل،
• سرعت حرکت مشعل یا المنت،
• هندسه قطعات،
• ضخامت المان،
• رسانایی حرارتی مواد،
• دمای اولیه عنصر

آستنیته کردن در حین سخت کاری شعله ای

شرط به دست آوردن یک لایه سخت شده کلاسیک، رساندن ناحیه انتخاب شده فولاد به دمایی است که در آن مقدار مناسب آستنیت تشکیل شود.
در فولادهای هیپویوتکتوئید، دما یک نقطه مرجع مهم است. Ac3مربوط به تکمیل استحاله آستنیت در حین گرمایش است. با این حال، دمای واقعی فرآیند باید برای گرید خاص، نرخ گرمایش و ریزساختار مورد نیاز انتخاب شود.
بنابراین، نباید از یک دمای سخت‌کاری شعله‌ای جهانی برای همه فولادها استفاده کرد.
دمای خیلی پایین ممکن است منجر به آستنیته شدن ناقص و سختی ناکافی پس از خنک شدن شود. دمای خیلی بالا یا گرمایش خیلی طولانی با این حال، ممکن است منجر به گرم شدن بیش از حد لایه، تغییرات نامطلوب در اندازه دانه، افزایش عمق منطقه تحت تأثیر گرما و خطر بیشتر تغییر شکل شوند.

چرا زمان گرم کردن بدن اینقدر مهم است؟

در طول سخت‌کاری شعله‌ای، گرما به سطح منتقل شده و سپس به داخل ماده هدایت می‌شود. این بدان معناست که مدت زمان قرار گرفتن در معرض شعله مستقیماً بر عمق لایه گرم شده تأثیر می‌گذارد.
زمان خیلی کوتاه ممکن است آستنیته شدن کافی را تضمین نکند. با این حال، زمان گرمایش خیلی طولانی باعث می‌شود گرما به عمق بیشتری از هسته نفوذ کند و ممکن است منجر به تشکیل لایه‌ای عمیق‌تر از حد مورد نیاز شود.
بنابراین، اثر فرآیند با ترکیبی از موارد زیر تعیین می‌شود:

دما + شدت گرمایش + زمان + هندسه + سرمایش

خنک شدن پس از گرم شدن شعله

پس از آستنیته کردن، لایه گرم شده باید با سرعتی کافی سرد شود تا ساختار سخت شوندگی مورد نیاز حاصل شود.
بسته به درجه فولاد، ابعاد قطعه و فناوری، می‌توان از سیستم‌های خنک‌کننده مختلفی استفاده کرد. در عمل، سیستم‌های اسپری از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند و امکان شروع خنک‌کاری بلافاصله پس از عبور از منطقه گرمایش را فراهم می‌کنند.
موارد زیر می‌توانند به عنوان واسطه خنک‌کننده استفاده شوند:

• آب،
• محلول‌های پلیمری آبی،
• سایر رسانه‌های انتخاب‌شده برای یک ماده و فرآیند خاص.

هر محیطی برای هر گونه ای مناسب نیست. شدت خنک سازی باید تحول مورد نیاز را تضمین کند و در عین حال خطر ترک خوردگی، تنش بیش از حد و تغییر شکل را نیز محدود کند.

در طول خنک شدن چه اتفاقی در لایه می‌افتد؟

پس از آستنیته کردن مناسب و سرد کردن سریع و کافی، آستنیت موجود در لایه سطحی می‌تواند عمدتاً به ... تبدیل شود. مارتنزیت.
مارتنزیت با سختی بالا مشخص می‌شود که به سطح مقاومت بیشتری در برابر بسیاری از مکانیسم‌های سایش می‌دهد.
بسته به جنس و پارامترها، ریزساختار ممکن است شامل اجزای دیگری نیز باشد و آستنیت باقیمانده نیز در آن وجود داشته باشد. بنابراین، ساختار واقعی نباید صرفاً بر اساس اطلاعاتی مبنی بر اینکه یک قطعه سخت‌کاری شعله‌ای شده است، تعیین شود.

ساختار سطح مقطع پس از سخت شدن شعله‌ای

برای ساده‌سازی، سطح مقطع یک قطعه ماشینکاری شده به درستی می‌تواند به سه ناحیه تقسیم شود:

لایه سخت شده → ناحیه گذار → هسته

عمق لایه سخت شده

عمق لایه حاصل از سخت‌کاری شعله‌ای، ویژگی ثابت این روش نیست. این نتیجه کل چرخه حرارتی است.

این امر در درجه اول تحت تأثیر موارد زیر است:

• قدرت و مشخصات مشعل،
• زمان گرم شدن،
• سرعت سفر،
• فاصله مشعل از سطح،
• هندسه و اندازه عنصر،
• رسانایی گرما در مواد،
• دمای اولیه،
• ترکیب شیمیایی فولاد،
• خلق و خو،
• وضعیت ریزساختار قبل از فرآیند،
• شدت خنک کننده

به همین دلیل، سخت‌کاری شعله‌ای نباید یک عمق لایه‌ی جهانی واحد را به خود اختصاص دهد.

پروفیل سختی پس از سخت شدن شعله‌ای

سختی در مرز بین لایه و هسته به طور ناگهانی تغییر نمی‌کند. در عنصر واقعی، ... وجود دارد مشخصات سختی بسته به حداکثر دمایی که در اعماق خاص به دست می‌آید و سرعت سرمایش بعدی.
بالاترین سختی معمولاً در قسمت سخت‌شده‌ی مناسب لایه سطحی حاصل می‌شود. پس از آن یک ناحیه‌ی گذار ایجاد می‌شود که پس از آن خواص مشخصه هسته حاصل می‌شود.
بنابراین، هنگام ارزیابی کیفیت فرآیند، نه تنها اندازه‌گیری سختی روی خود سطح، بلکه تعیین پروفیل سختی در اعماق ماده نیز مهم است.

چه فولادهایی را می‌توان با شعله سخت کرد؟

سخت‌کاری شعله‌ای سطح را با کربن غنی نمی‌کند. این بدان معناست که ماده باید قبل از فرآیند، ترکیب شیمیایی داشته باشد که به آن اجازه دهد پس از سخت‌کاری به سختی مورد نیاز برسد.
محتوا در درجه اول اهمیت قرار دارد زغال سنگدر عمل، فولادهای کربن متوسط ​​و فولادهای آلیاژی که برای سخت‌کاری و عملیات حرارتی در نظر گرفته شده‌اند، اغلب برای سخت‌کاری شعله‌ای سطحی استفاده می‌شوند.
با این حال، محدوده 0,3 تا 0,6 درصد کربن نباید به عنوان یک محدودیت مطلق تکنولوژیکی در نظر گرفته شود. توانایی دستیابی به لایه مورد نیاز همچنین به عناصر آلیاژی، سختی پذیری، هندسه قطعه، شدت خنک شدن و سختی مورد نیاز بستگی دارد.

اهمیت محتوای کربن

فهرست مطالب زغال سنگ به شدت بر سختی قابل دستیابی مارتنزیت تأثیر می‌گذارد. فولادهایی با محتوای کربن بسیار کم، صرفاً از طریق گرم کردن و سرد کردن سریع به سختی سطحی بالایی دست نمی‌یابند.
این یک تفاوت اساسی در مقایسه با کربوریزاسیونکه در طی آن، قبل از سخت شدن بعدی، میزان کربن در لایه سطحی عمداً افزایش می‌یابد.

تأثیر عناصر آلیاژی

علاوه بر کربن، رفتار فولاد در حین سخت شدن تحت تأثیر عناصر آلیاژی است که از جمله موارد دیگر، سختی پذیری و سینتیک تبدیلات آستنیت را تغییر می‌دهند.
از جمله موارد دیگر، موارد زیر می‌تواند مهم باشد: کروم, منگنز, مولیبدن, نیکل, وانادیوم i سیلیکون.
با این حال، تأثیر عناصر را نمی‌توان به این جمله ساده تقلیل داد که هر عنصر آلیاژی باعث افزایش سختی سطح می‌شود. عناصر منفرد بر خواص مختلف مواد و فرآیند عملیات حرارتی تأثیر می‌گذارند.

نمونه‌هایی از فولادهای سخت‌کاری شعله‌ای

فولادهای مختلفی را می‌توان برای سخت‌کاری سطحی شعله‌ای استفاده کرد که قادر به دستیابی به ساختار مورد نیاز پس از آستنیته کردن و خنک‌سازی سریع باشند. انتخاب باید همیشه بر اساس مستندات مواد و الزامات قطعه خاص باشد.

این فهرست فقط برای اهداف نمایشی است. صرفاً این واقعیت که یک فولاد به یک گروه خاص تعلق دارد، به طور خودکار به این معنی نیست که سخت‌کاری شعله‌ای روش بهینه برای هر قطعه ساخته شده از آن ماده است.

سخت‌کاری شعله‌ای فولاد C45

C45 (1.0503) یکی از نمونه‌های کلاسیک فولادهای ساختاری با کربن متوسط ​​است که می‌توان آن را سخت‌کاری سطحی کرد. محتوای کربن آن اجازه می‌دهد تا لایه مارتنزیتی به طور قابل توجهی سخت شود، در حالی که هسته خواص حاصل از عملیات قبلی را حفظ می‌کند.
فولاد C45 برای شفت‌ها، محورها، پین‌ها، چرخ‌ها و سایر قطعات ماشین استفاده می‌شود. سختی واقعی و عمق لایه پس از سخت‌کاری شعله‌ای به حالت اولیه ماده، پارامترهای گرمایش، ابعاد قطعه و شرایط خنک‌کننده بستگی دارد.

سخت کاری شعله ای فولادهای آلیاژی

فولادهای آلیاژی می‌توانند سختی‌پذیری بیشتری نسبت به فولادهای کربنی مستقیم نشان دهند. این امر، تحت شرایط مناسب، امکان دستیابی به ساختار مطلوب را با سرعت خنک‌سازی متفاوت یا در عمق بیشتر فراهم می‌کند.
با این حال، این بدان معنا نیست که هر فولاد آلیاژی کاندیدای خوبی برای سخت‌کاری شعله‌ای است. برای موادی که در درجه اول برای کربن‌دهی، نیتریداسیون یا سایر فناوری‌های تخصصی طراحی شده‌اند، کل چرخه عملیات حرارتی مورد نظر باید در نظر گرفته شود.
نمونه‌ای از ماده‌ای که در چرخه‌های پیچیده عملیات سطحی استفاده می‌شود، عبارت است از: 38HMJبا این حال، این فولاد در درجه اول با نیتریداسیون مرتبط است، بنابراین نباید به عنوان یک گرید مرجع جهانی برای سخت‌کاری شعله‌ای ارائه شود.

سخت‌کاری شعله‌ای عناصری که قبلاً عملیات حرارتی شده‌اند

سخت‌کاری سطحی می‌تواند روی اجزایی انجام شود که هسته آنها قبلاً خواص مورد نیاز را در فرآیند به دست آورده است. بهبود حرارتی.
این به شما امکان می‌دهد به یک آرایش مطلوب دست یابید:

• هسته قوی و نسبتاً شکل‌پذیر،
• لایه سطحی سخت،
• افزایش مقاومت سطح در برابر سایش،
• توانایی یک عنصر در تحمل بارهای مکانیکی قابل توجه.

این ترتیب از خواص به ویژه برای شفت‌ها، محورها، یاتاقان‌ها، چرخ‌های بزرگ و سایر اجزای ماشین مفید است.

روش‌های سخت‌کاری شعله‌ای

این فرآیند می‌تواند به روش‌های مختلفی بسته به هندسه و اندازه المان انجام شود.

سخت شدن ثابت

مشعل بدون حرکت مداوم ناحیه گرمایش در امتداد کل قطعه، ناحیه خاصی از سطح را گرم می‌کند. پس از رسیدن به دمای مناسب، خنک‌سازی اتفاق می‌افتد.
این روش می‌تواند برای سخت‌کاری موضعی سطوح خاص یا بخش‌هایی از المان‌ها استفاده شود.

سخت شدن تدریجی

مشعل نسبت به المنت حرکت می‌کند، یا المنت نسبت به مشعل حرکت می‌کند. پشت ناحیه گرمایش، ناحیه سرمایش قرار دارد.
این فرآیند برای سخت کردن سطوح طویل مانند موارد زیر مفید است:

• خاکریزها،
• راهنماها،
• تردمیل‌ها،
• سطوح کار طولانی.

سخت‌کاری چرخشی

این المنت نسبت به سیستم مشعل می‌چرخد و امکان گرمایش یکنواخت سطح محیطی را فراهم می‌کند. این راهکار را می‌توان برای شفت‌ها، غلتک‌ها و سایر قطعات متقارن محوری و غیره استفاده کرد.

سخت شدن کانتور

برای اجزای پیچیده‌تر، طرح مشعل می‌تواند متناسب با شکل سطح تنظیم شود. این فرآیند نیاز به کنترل دقیق توزیع دما دارد، زیرا گوشه‌ها، لبه‌ها و تغییرات سطح مقطع می‌توانند به طور متفاوتی نسبت به سطوح صاف یا استوانه‌ای گرم شوند.

سخت‌کاری شعله‌ای چرخ‌دنده‌ها

چرخ‌دنده‌ها در معرض فشارهای تماسی بالا، اصطکاک و بارهای متغیر قرار دارند. افزایش سختی سطوح دندانه می‌تواند مقاومت سایشی آنها را بهبود بخشد.
با این حال، سخت‌کاری شعله‌ای چرخ‌دنده‌ها نیاز به کنترل دقیق فرآیند دارد. نوک دندانه، پهلو و پایه آن هندسه‌ها و شرایط اتلاف حرارت متفاوتی دارند که می‌تواند منجر به گرمایش ناهموار شود.
بنابراین، انتخاب مشعل، روش هدایت شعله، زمان گرمایش و سرمایش برای دستیابی به پروفیل لایه مناسب از اهمیت اساسی برخوردار است.

سخت‌کاری شعله‌ای شفت‌ها، محورها و یاتاقان‌ها

شفت‌ها و محورها اجزای معمولی هستند که سخت‌کاری سطحی می‌تواند از نظر فنی برای آنها مفید باشد. سطوح یاتاقان‌ها و نواحی متصل به یاتاقان‌ها یا سایر اجزا ممکن است به مقاومت سایشی بالایی نیاز داشته باشند، در حالی که هسته باید توانایی تحمل بارهای خمشی و پیچشی را حفظ کند.
بسته به طول و قطر المنت، می‌توان از گرمایش چرخشی، گرمایش تدریجی یا ترکیبی مناسب از حرکات مشعل و المنت استفاده کرد.

سخت‌کاری شعله‌ای قطعات بزرگ

یکی از مزایای قابل توجه فناوری شعله، امکان ماشینکاری موضعی قطعات بزرگی است که گرم کردن کل حجم آنها دشوار، انرژی‌بر یا غیرضروری خواهد بود.
این شامل موارد زیر است:

• چرخ دنده های بزرگ،
• تردمیل،
• غلتک‌ها،
• راهنماها،
• شفت‌های بزرگ،
• سطوح کاری محلی قطعات بزرگ ماشین.

سختی پس از سخت شدن شعله‌ای

هیچ مقدار سختی مشخصی پس از سخت‌کاری شعله‌ای وجود ندارد. سختی در درجه اول به ترکیب شیمیایی فولاد و ساختار حاصل از خنک‌کاری بستگی دارد.
تحت تأثیر موارد زیر است:

• محتوای کربن،
• ترکیب آلیاژ،
• ریزساختار خروجی،
• دما و زمان گرمایش،
• درجه آستنیته شدن،
• سرعت سرد شدن،
• عمق اندازه‌گیری،
• هرگونه اقدام بعدی رها کردن.

بنابراین، مقادیری مانند "50-62 HRC" ممکن است برای مواد و فرآیندهای خاص مناسب باشند، اما نباید به عنوان یک ویژگی کلی برای هر قطعه سخت شده با شعله ارائه شوند.

تمپر کردن پس از سخت شدن شعله‌ای

پس از سخت شدن سطح، می‌توان از آن استفاده کرد. رها کردنهدف آن ممکن است کاهش تنش‌ها و تنظیم سختی و مقاومت در برابر شکست با شرایط عملیاتی قطعه باشد.
با این حال، یک محدوده دمایی واحد، مثلاً ۱۵۰ تا ۲۵۰ درجه سانتیگراد، نباید به طور خودکار برای همه فولادها فرض شود. دما و زمان تمپرینگ باید با توجه به نوع ماده، سختی لایه مورد نیاز و شرایط عملیاتی تعیین شود.

تنش‌ها و کرنش‌های پسماند

سخت‌کاری شعله‌ای حجم ماده‌ای که در معرض آستنیته شدن قرار می‌گیرد را کاهش می‌دهد، اما تنش‌های سخت‌کاری را از بین نمی‌برد. موارد زیر به طور همزمان در لایه و ناحیه انتقال رخ می‌دهند:

• گرادیان‌های دمایی بزرگ،
• انبساط و انقباض حرارتی،
• تغییرات حجم مرتبط با تغییرات فاز،
• تفاوت بین رفتار لایه و هسته.

اجرای نادرست فرآیند می‌تواند منجر به تغییر شکل یا ترک خوردگی شود. این خطر به ویژه در نزدیکی تغییرات مقطع تیز، سوراخ‌ها، شیارها، گوشه‌ها و سایر نقاط تمرکز تنش قابل توجه است.

تأثیر سخت‌کاری شعله‌ای بر مقاومت به سایش

افزایش سختی سطح می‌تواند به طور قابل توجهی مقاومت در برابر مکانیسم‌های سایش خاص را بهبود بخشد، به خصوص هنگامی که سطح با جزء دیگری به صورت اصطکاکی درگیر می‌شود.
با این حال، دوام واقعی نه تنها به سختی بستگی دارد، بلکه عوامل زیر نیز در این امر نقش دارند:

• ریزساختار لایه‌ای،
• عمق سخت شدن،
• زبری سطح،
• نوع تماس،
• فشارهای واحد،
• روغن کاری،
• دمای عملیاتی،
• وضعیت تنش‌های پسماند

بنابراین، سختی بیشتر به طور خودکار به معنای دوام به همان نسبت بیشتر در تمام شرایط عملیاتی نیست.

تأثیر بر عمر خستگی

سخت‌کاری سطحی که به درستی انجام شود می‌تواند تأثیر مثبتی بر عملکرد اجزا تحت بارهای متغیر داشته باشد. با این حال، نتیجه به کیفیت لایه، عمق آن، شرایط سطح، توزیع تنش پسماند و هندسه اجزا بستگی دارد.
ترک‌ها، گرمای بیش از حد، ناپیوستگی‌های لایه‌ای یا ناحیه انتقال نادرست می‌توانند اثر معکوس داشته باشند و عمر خستگی را کاهش دهند.

سخت‌کاری شعله‌ای و سخت‌کاری القایی

سخت‌کاری شعله‌ای و سخت‌کاری حجمی

پودچاس سخت شدن حجمی هدف این است که بخش قابل توجهی یا کل سطح مقطع عنصر را تا محدوده آستنیته شدن مناسب گرم کرده و سپس آن را خنک کنیم.
سخت‌کاری شعله‌ای در درجه اول لایه سطحی را آستنیته می‌کند. این امر سایر خواص هسته را حفظ کرده و میزان ماده‌ای را که در معرض چرخه‌های حرارتی سریع قرار می‌گیرد، کاهش می‌دهد.

سخت‌کاری شعله‌ای و کربن‌دهی

کربن‌دهی یک فرآیند ترموشیمیایی است. در طول کربن‌دهی، لایه سطحی با کربن غنی شده و سپس تحت عملیات حرارتی مناسب قرار می‌گیرد.
سخت‌کاری شعله‌ای عمداً سطح را با کربن غنی نمی‌کند. بنابراین، ماده باید از قبل ترکیبی داشته باشد که به آن اجازه دهد قبل از فرآیند به سختی مورد نیاز برسد.

سخت‌کاری شعله‌ای و نیتریده کردن

نیترید کردن از نفوذ نیتروژن به سطح ماده استفاده می‌کند و منجر به تشکیل لایه‌ای با ماهیت متفاوت از لایه مارتنزیتی پس از سخت‌کاری شعله‌ای می‌شود.
نیتریدینگ نیازی به سخت‌کاری کلاسیک لایه بلافاصله پس از اشباع نیتروژن ندارد، در حالی که سخت‌کاری شعله‌ای بر اساس آستنیته کردن و خنک‌سازی سریع سطح است.

مقایسه روش‌های سخت‌کاری سطحی

مزایای سخت کاری شعله ای

• امکان پردازش محلی – فقط سطوحی که نیاز به افزایش سختی دارند، سخت می‌شوند.
• حفظ خواص هسته – لازم نیست هسته کاملاً آستنیته شود.
• امکان پردازش عناصر بزرگ – این روش می‌تواند در مواردی که گرم کردن کامل قطعه دشوار یا غیرقابل توجیه باشد، مورد استفاده قرار گیرد.
• اصل نسبتاً ساده فرآیند – منبع گرما یک مشعل است، بدون نیاز به القای جریان در ماده.
• امکان سخت کردن سطوح با اشکال مختلف – با انتخاب مناسب مشعل‌ها و روش انجام فرآیند.
• سختی سطحی بالا – در فولادهای انتخاب شده مناسب امکان‌پذیر است.
• افزایش مقاومت در برابر سایش - ناشی از تشکیل یک لایه سطحی سخت.

محدودیت‌های سخت‌کاری شعله‌ای

• کنترل توزیع دمای بسیار دقیق در آن دشوارتر از یک فرآیند القایی با طراحی خوب است،
• خطر گرم شدن بیش از حد سطوح و لبه‌ها،
• امکان ایجاد عمق لایه ناهمگن،
• خطر ترک و تغییر شکل ناشی از سخت شدن،
• نیاز به انتخاب صحیح فولاد،
• تأثیر زیاد سرعت مشعل و فاصله آن از سطح،
• احتمال اکسیداسیون سطح در حین گرمایش،
• نیاز به هماهنگ‌سازی دقیق گرمایش و سرمایش.

رایج‌ترین اشتباهات در هنگام سخت‌کاری شعله‌ای

• دمای سطح خیلی پایین است - آستنیته شدن ناقص و سختی خیلی کم.
• گرمای بیش از حد - احتمال تخریب ریزساختار و افزایش تغییر شکل.
• حرکت مشعل خیلی کند است - گرمای بیش از حد و ناحیه متاثر از گرما خیلی عمیق.
• خیلی سریع حرکت کردن - آستنیته کردن ناکافی.
• فاصله ناهموار مشعل‌ها - تفاوت در دما و عمق لایه.
• خنک‌سازی نامناسب – فقدان سازه مورد نیاز یا تنش‌ها و ترک‌های بیش از حد.
• سخت شدن فولاد با ترکیب نادرست - عدم توانایی در دستیابی به سختی مورد انتظار.
• عدم در نظر گرفتن هندسه – گرمای بیش از حد موضعی گوشه‌ها، لبه‌ها و تغییرات سطح مقطع.

کنترل کیفیت پس از سخت شدن شعله‌ای

بازرسی کالای تکمیل‌شده ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• اندازه‌گیری سختی سطح،
• تعیین پروفیل سختی در اعماق ماده،
• ارزیابی عمق لایه سخت شده،
• مطالعات ریزساختاری،
• کنترل یکنواختی لایه،
• آزمایش وجود ترک‌های سطحی،
• کنترل ابعادی و ارزیابی تغییر شکل،
• کنترل وضعیت سطح.

در عناصر بحرانی، بررسی نه تنها حداکثر سختی، بلکه انتقال بین لایه سخت شده و هسته نیز از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

کاربرد سخت‌کاری شعله‌ای

این روش عمدتاً در جایی استفاده می‌شود که سطح عنصر نیاز به افزایش سختی و مقاومت در برابر سایش داشته باشد، اما سخت‌کاری کامل کل سطح مقطع مورد نیاز نباشد یا نامطلوب باشد.

صنعت ماشین آلات

• شفت‌ها و محورها،
• محورها،
• چرخ دنده ها،
• دوربین‌ها،
• راهنماها،
• رول‌ها،
• تردمیل‌ها،
• عناصر کشویی.

صنعت خودرو

• سطوح خاکریزی انتخاب شده،
• اجزای انتقال درایو،
• پین‌ها و بوش‌ها،
• اجزای مکانیزم در معرض سایش.

راه آهن و ساخت ماشین آلات سنگین

• سطوح انتخاب شده چرخ‌ها و اجزای غلتشی،
• چرخ دنده های بزرگ،
• راهنماها،
• المان‌های بزرگ ماشین که نیاز به سخت‌کاری موضعی دارند.

rolnicze Maszyny

• پین‌ها،
• خاکریزها،
• رول‌ها،
• قطعات کاری انتخاب شده در معرض سایش.

سخت‌کاری شعله‌ای - مهم‌ترین پارامترهای فرآیند

سخت شدن شعله‌ای - مهمترین اطلاعات

سخت شدن شعله‌ای یک روش عملیات حرارتی سطحی است که امکان افزایش موضعی سختی فولاد را بدون نیاز به آستنیته کردن کل سطح مقطع قطعه فراهم می‌کند. سطح به سرعت با شعله گرم می‌شود و سپس با سرعتی کافی برای ایجاد ساختار سخت شونده مورد نیاز سرد می‌شود.
در فولادی که به درستی انتخاب شده باشد، این امر امکان دستیابی به یک لایه سطحی سخت و مقاوم در برابر سایش را فراهم می‌کند، در حالی که خواص اصلی ناشی از ترکیب آن و عملیات حرارتی قبلی حفظ می‌شود.
نتیجه فرآیند توسط یک دمای جهانی یا محتوای کربن واحد تعیین نمی‌شود. ترکیب شیمیایی، سختی‌پذیری، ریزساختار اولیه، قدرت مشعل، زمان گرمایش، نرخ تغذیه، هندسه اجزا و شدت خنک‌کننده، همگی نقش دارند.
در مقایسه با سخت‌کاری القایی، سخت‌کاری شعله‌ای از منبع انرژی متفاوتی استفاده می‌کند و ویژگی‌های کنترل فرآیند متفاوتی را ارائه می‌دهد، اما هر دو فناوری یک لایه سخت‌شده موضعی بدون غنی‌سازی عمدی سطح با عناصر شیمیایی تولید می‌کنند. سخت‌کاری شعله‌ای به ویژه برای ماشینکاری قطعات و سطوح بزرگ مفید است، جایی که گرمایش موضعی از نظر فنی نسبت به سخت‌کاری کل سطح مقطع مزیت بیشتری دارد.

روش‌های عملیات حرارتی و ترموشیمیایی فولاد

سخت‌کاری شعله‌ای تنها یکی از فرآیندهایی است که برای اصلاح ریزساختار و خواص فولاد استفاده می‌شود. بسته به نتیجه مورد نظر، از فرآیندهای نرماله کردن، تنش‌زدایی، سخت‌کاری، تمپر کردن و ترموشیمیایی مانند کربن‌دهی، نیتریده کردن و سایر موارد نیز استفاده می‌شود.

روش‌های عملیات حرارتی فولاد

• عادی سازی فولاد - اصلاح دانه‌ها و یکپارچه‌سازی ریزساختار.
• آنیل تنش‌زدایی - کاهش تنش‌های پسماند
• نرم شدن فولاد - کاهش سختی و بهبود حساسیت به پردازش بیشتر.
• آنیلینگ کامل - آستنیته کردن و سرد کردن آهسته.
• آنیل ایزوترمال - تبدیلی که در دمای مناسب انتخاب شده انجام می‌شود.
• آنیل کردن گلوله‌ای - کروی کردن – تغییر در مورفولوژی سمنتیت یا سایر کاربیدها.
• آنیل تبلور مجدد - حذف اثرات خرد شدن و بازیابی خاصیت پلاستیسیته.
• همگن‌سازی آنیل - کاهش جداشدگی و همگن‌سازی ترکیب مواد.
• سخت کاری و عملیات حرارتی - شکل‌دهی ریزساختار و خواص با سخت‌کاری و تمپر کردن.
• فولاد تمپر شده – اصلاح کنترل‌شده خواص فولاد پس از سخت شدن.
• سخت‌کاری القایی – گرمایش القایی سطحی و سرمایش سریع
• سخت شدن شعله‌ای – سخت شدن سطح پس از گرم کردن موضعی با شعله.
• اشباع بیش از حد - به دست آوردن محلول جامد فوق اشباع با استفاده از یک چرخه حرارتی مناسب.
• پیری - جداسازی فاز کنترل‌شده که منجر به تقویت مواد می‌شود.

روش‌های عملیات حرارتی-شیمیایی فولاد

• نیترید کردن فولاد - غنی‌سازی انتشاری لایه سطحی با نیتروژن.
• فولاد کربن دهنده - غنی‌سازی انتشاری سطح با کربن.
• کربنیتراسیون - غنی‌سازی همزمان لایه سطحی با کربن و نیتروژن.
• نیتروکربوریزاسیون / نیتروکربوریزاسیون - غنی‌سازی لایه در درجه اول با نیتروژن و کربن.
• حفاری - اشباع نفوذی سطح با بور.
• آبکاری کروم دیفیوژن - غنی‌سازی لایه با کروم از طریق نفوذ.
• آلومینایزینگ نفوذی - غنی‌سازی لایه در آلومینیوم از طریق نفوذ.