سخت کاری سطحی

سختکاری سطحی یعنی فرآیندی که در آن سطح قطعات سخت شده و درمقابل سایش مقاوم میباشند ولی در عین حال مغز آنها همچنان نرم و  چقرمه  باقی می ماند. دو روش برای سختکاری سطحی وجود دارد. یکی اینکه فولادی را انتخاب کنیم که کربن کافی داشته و با گرم و سرد کردن سخت شود. در این فولادهای میتوان قسمتهای موردنیاز را از طریق گرم و سرد کردن سریع سخت کرد. دوم اینکه فولادی را انتخاب کینم که ذاتا قادر نیست تا حد بالایی سخت شود. ولی با تغییر دادن ترکیبات شیمیایی لایه سطحی میتوان لایه مذبور را سخت کرد. روش اول در مقاله ای با عنوان سختکاری القایی و شعله ای بحث خواهد شد.

دسته بندی سختکاری سطحی

• کربورایزینگ
• کربونیترایدینگ
• نیترایدینگ
• نیتروکربورایزینگ

در میان این روش ها کربورایزینگ کاربرد وسیع تری دارد.جدول زید مشخصات فرآیندهای مختلف سختکاری قشر سطحی را مقایسه میکند.

فرآیندکربورایزینگ

در این فرآیند فولاد یا فلز آهن در دمای اوستنیتی در محیط غنی از کرین قرار داده میشود . تحت این شرایظ کربن جذب سطح شده و داخل آن نفوذ میکند. به این ترتیب از سطح به طرف داخل اختلاف غلظت کربن به وجود می آید. کربورایزینگ معمولا در محدوده حرارتی 850-950 انجام میگیرد. کربورایزینگ ممکن است در محیط گازی، حمام نمک مذاب و یا در محیطی که سطح قطعات به وسیله مواد جامد ذغالی پوشیده میشود انجام بگیرد.

صرفنظر از نوع کربورایزینگ هدف اصلی این عملیات این است که مقدار کربن سطحی فولاد کم کربن تا حد فولاد پر کربن افزایش می یابد.

کربورایزینگ گازی

منبع کربن در کربورایزینگ گازی معمولا همراه با گاز حامل که فاقد خاصیت کربورایزینگ بوده و یا خاصیت کربورایزینگ ضعیفی دارد وارد کوره میشود عموما کربورایزینگ گازی نسبت به دو روش دیگر راندمان بالاتری دارد.در این روش کربن بیشتری جذب سطح شده و عمق نفوذ بیشتری بدست می آید.

عمق نفوذ موثر و عمق نفوذ کل

عمق نفوذ کل به آخرین نقطه لایه کربورایز شده مربوط میشود. نقطه ای که مقدار کربن به حد کربن اصلی فولاد میرسد(0.20%). تعیین عمق نفوذ موثر معمولا خیلی راحت تر و دقیق تر از تعیین عمق نفوذ کل است. عمق نفوذ موثر ضخامت لایه کربورایز شده است که سختی بعد از آن کم تر از 50 hrc  باشد. در صنعت عمق نفوذ موثر مطرح است.

کربونیترایدینگ

نوعی کربورایزینگ گازی است بیشتر تا نیترایدینگ، با این تفاوت که در این عملیات مقداری گاز آمونیاک معمولا 2 تا 5% به اتمسفر کربورایزینگ اضافه میشود. به این ترتیب علاوه بر کربن، ازت نیز به لایه کربورایز شده اضافه میگردد. آمونیاک روی سطح قطعه به ازت نوزاد تجزیه شده و همزمان با کربن، ازت نیز داخل کربن نفوذ میکند.

در مقایشه با کربورایزینگ این عملیات در دمای پایین تری انجام گرفته و زمان عملیات نیز کوتاه تر است. به همین دلیبل ضخامت عمق نفوذ کمتر است. این عملیات در مقیاس تولید انبوه برای بالا بردن سختی و مقاومت سایشی انواع مختلفی از قطعات و ابزار الات به کار میرود. ضخامت عمق نفوذ در این عملیات حدود0.075-0.75mm است ولی عملا حد پایین محدوده مزبور مورد توجه میباشد.

نیترایدینگ گازی

نیترایدینگ گازی نوعی فرآیند سختکاری سطحی است که در آن با نگهداری آلیاژهای در دمای مناسب در محیط گازی حاوی ازت ، ازت تا عمق مشخصی به داخل آن نفوذ میکند. در دمای بالا آمونیاک مطابق واکنش زیر تجزیه میشود.

سختی لایه نیتروره نسبت به کربورایز بیشتر است ولی ضخامت آن نازک بوده و شیب تغییرات سختی بر حسب فاصله از سطح در مقایسه با لایه کربورایز متفاوت است.