سخت کاری شعله

 

به بیان دیگر، حرارت داده شده به سطح قطعه بیشتر از حرارتی است که می تواند به داخل قطعه نفوذ کند. با کوئنچ کردن قطعه در یک محیط مناسب مانند آب، بلا فاصله پس از گرم شدن، از نفوذ بیشتر حرارت به داخل قطعه جلوگیری کرده و تنها یک لایه سطحی به صورت مارتنزیتی درآمده و سخت می شود. از طرفی در فرآیند سخت کاری شعله ، بر خلاف فرآیند عملیات حرارتی حجمی که تمام قطعه گرم می شود، همانطور که از نام سخت کاری سطحی پیداست، سطح قطعه حرارت می بیند و مغز قطعه تحت تاثیر قرار نگرفته و ساختار اولیه خود را حفظ می کند. لذا سطح قطعه مقاومت به ضربه خوبی خواهد داشت.

 

کاربرد سخت کاری شعله

از آنجایی که در سختکاری شعله ، ترکیب شیمیایی تغییر نمی کند، این فرآیند استحکام خمشی و پیچشی و عمر خستگی قطعه را افزایش می دهد. سخت کردن شعله ای زمانی انجام می شود که یک یا چند مورد از شرایط زیر را داشته باشیم :

•  قطعه آنقدر بزرگ است که عملیات حرارتی حجمی متداول غیر ممکن بوده و یا اقتصادی نیست مانند چرخ دنده های بزرگ، قالبهای بزرگ و غلطکها.
• زمانی که فقط یک قسمت یا ناحیه کوچکی از قطعه نیاز به عملیات حرارتی دارد و یا اینکه عملیات حرارتی حجمی کارکرد قطعه را کاهش می دهد مانند شافتها و اهرمها.

 

• زمانی که دسترسی به دقت ابعاد موردنیاز و یا کنترل آن ها توسط عملیات حرارتی حجمی متداول غیر ممکن و یا مشکل است. بعنوان مثال، یک  چرخ دنده بزرگ با طراحی پیچیده که در این حالت سخت کردن شعله ای دنده ها اثری روی ابعاد چرخ دنده نمی گذارد.

 

خواص سایشی و ضربه ای در فرآیند سخت کاری شعله را می توان به فولادهای ارزانتر داد. در این شرایط، بدون اینکه در سطح قطعه اکسایش و یا کربن زدایی رخ دهد، می توان قطعه مورد نظر را عملیات حرارتی کرد و لذا هزینه های سنگین تمیز کاری حذف می شود.

روش های سخت کردن شعله ای

به طور کلی دو روش مختلف سخت کردن شعله ای وجود دارد :

1. سخت کردن کلی سطح : در این روش سختکاری شعله ای ، تمام سطح قطعه را تا دمای سخت کردن حرارت داده و سپس آن را سریع سرد می کنند.

2. سخت کردن پیشرونده : سطح قطعه به طور موضعی و پیشرونده گرم و بلافاصله سریع سرد می شود. در ادامه، روشهای مختلف سخت کردن شعله ای توضیح داده خواهد شد.

سخت کردن کلی سطح به روش نوسانی

این روش سختکاری شعله ، عمدتاً برای سطوح کوچک که می توانند مسطح و یا نا مسطح باشند، به کار می رود. علت این که نام این روش سخت کردن نوسانی می باشد این است که سطح موردنظر توسط حرکت رفت و برگشتی یک مشعل جوشکاری و یا مشعل مناسب دیگر به صورت نوسانی گرم می شود. حرارت دهی تا جایی ادامه دارد که قطعه به دمای یکنواخت و مناسب سخت کردن شعله ای برسد. سپس سطح قطعه به طور سریع سرد می شود. به منظور افزایش سرعت کار، حرکت نوسانی مشعل و عملیات گرم وسرد کردن را توسط سیستمهای مکانیکی و الکتریکی کنترل میکنند. این روش برای سخت کردن سطحی قطعاتی نظیر پینیون، هزار خار، چهار شاخ گاردن، سوپاپهای کوچک، پیچهای ضامن، دو شاخ کلاچ و قطعات مشابه استفاده میشود.

 

سخت کردن کلی سطح توسط روش نقطه ای یا ساکن

همانطور که از نام این روش می توان فهمید، از یک مشعل ثابت و بدون نوسان برای حرارت دهی استفاده می شود. این روش برای قطعاتی کاربرد دارد که سطوح کوچکی داشته، شکل منظم ندارند و یا قطعاتی که نمی خواهیم همه سطوح آن را سخت کنیم. عمل سرد کردن در این روش، توسط غوطه وری و یا پاشیدن آب روی سطح آستنیته شده انجام می شود. این روش برای سخت کردن لبه تیغه های برش و تراش که درصنایع درودگری استفاده میشوند، کاربرد دارد.

 

سخت کردن کلی سطح به روش چرخشی

حرکت مشعل در این روش به صورت چرخشی-افقی و یا چرخشی-عمودی می باشد. این روش برای سخت کاری شعله قطعات  گرد یا نیمه گرد مانند چرخ دنده ها، چرخها، میل لنگها، شافتها، پیچها و انواع محورها استفاده میشود. در حین چرخش شعله ، قطعه کار توسط یک یا چند مشعل گرم شده و سپس توسط وسایل سردکننده مناسب، سریع سرد می شود. در این روش، سرعت چرخش بستگی به قطر قطعه دارد و بین 80  تا 120 دور در دقیقه است. شعله ، تحت زاویه 90 درجه به قطعه برخورد می کند و ناحیه داخلی شعله نزدیک سطح می باشد ولی با سطح قطعه تماس نخواهد داشت.

 

مزایای سخت کاری شعله

• افزایش عملکرد غلتک های مخروطی (در واقع سخت کاری سطحی باعث ايجاد يك هسته نرمتر می شود. اين مسئله کاربرد زيادی برای بهبود ناسازگاری ياتاقان های غلتکی مخروطی دارد)
• افزایش دوام و عمر قطعات فولادی (انجام عملیات سخت کاری سطحی برای خدمات ساخت قطعات فولادی دوام بالایی فراهم می کند)
• کاهش صدا و صرفه جویی در مصرف انرژی (امروزه، اجرای عملیات سخت کاری شعله بر روی فولاد سبب بهبود مقاومت شكست در شرايط بار ضربه ای می شود)
• ايجاد تنش های پسماند فشاری در چرخ دنده ها (سختكاری سطحی چرخ دنده ها، تنش های فشاری پسماند در سطح و عمق آن ها ایجاد می کند و وجود اين تنش های پسماند، تنش های خمشی را خنثی كرده و از ايجاد ترك جلوگيری می كند)
• مشعل های عملیات سخت کاری شعله ، نیازی به گرم کردن اولیه ندارند.
• سخت کردن شعله ای با سرعت بسیار زیادی انجام می شود.
• هزینه های مربوط به نیروی انسانی و سوخت در این روش کم می باشد. درنتیجه قیمت سخت کاری شعله ، از لحاظ اقتصادی به صرفه است.
• به دلیل اینکه عملیات حرارتی فقط در نواحی خاص مورد نظر اعمال می شود، امکان اعوجاج وتاب برداشتن قطعه بسیارکم است.

 

معایب سخت کاری شعله

• سختی کمتر از حد انتظار در سخت کاری شعله

دلایل: زمان حرارت دهی کافی نباشد، شدت سردکنندگی محیط کم باشد، سختی پذیری آلیاژ پایه کم باشد، کربن زدایی سطح داشته باشیم

• سخت شدن غیریکنواخت یا پراکنده در فرایند سختکاری شعله

دلایل: فاصله زمانی بین حرارت دادن و سرد کردن خیلی کم باشد، محیط سردکننده به اندازه کافی بهم زده نشده باشد، وجود آب در روغن سرد کننده، حضور پوسته اکسیدی روی سطح 

• تاب برداشتن قطعه حاصل از سختکاری شعله

دلایل: میکروساختار اولیه نامناسب، زمان حرارت دادن طولانی، حرارت دادن نایکنواخت، سرد کردن نایکنواخت، شدت سردکنندگی زیاد محیط، سختی پذیری بیش از حد قطعه

• ضخامت کم لایه سخت شده طی فرایند سختکاری شعله

دلایل: سختی پذیری کم قطعه، نرخ زیاد جریان گاز، اکسیدکننده بودن شعله، زمان حرارت دادن کم، سرعت زیاد مشعل، شدت سردکنندگی کم

• ضخامت زیاد لایه سخت شده

دلایل: نرخ کم جریان گاز، احیا کننده بودن شعله، عدم تنظیم  دمای پیرومتر، سرعت کم شعله

• پوسته شدن بیش از حد قطعه حاصل از سخت کاری شعله

دلایل: طولانی بودن زمان حرارت دهی، نرخ کم جریان گاز، سرعت کم شعله، فاصله زمانی زیاد بین مرحله گرم کردن ومرحله سرد کردن، گرم شدن بیش ازحد قطعه

 

خدمات سخت كاری شعله ای

به طور کلی در فرايند سخت کاری شعله ، یک ماده طی سه مرحله عمليات حرارتی می شود. مرحله اول، حرارت دادن برای رسیدن به دمای مشخص است كه در این مرحله، به سطح قطعه توسط یک مشعل در كنار شعله گازی مثل استیلن، پروپان یا گاز طبیعی حرارت داده میشود. بعد از گذشت مدت زمان لازم و رسیدن به دمای مشخص، تمام قطعه درون آب غوطه ور شده و به اصطلاح کوئنچ می شود. لازم به ذكر است که سختکاری سطحی به روش سختکاری شعله ، سطح را اکسید و درصد کربن را کم می کند. به کمک شعله های اكسیدکننده ضعیف یا احیاکننده،‌ تا حدی می توان از بروز این عیب جلوگیری کرد.

 

قيمت سخت كاری شعله ای

در بررسی قیمت سختکاری شعله با دو رویکرد روبرو هستیم: 1) بررسی قیمت سخت کاری شعله  به صورت دریافت خدمات از شرکت های مربوطه و 2) بررسی قیمت سخت کاری شعله به صورت خرید دستگاه سختکاری شعله ، کوره، روغن سخت کاری و تجهیزات مورد نیاز.
قیمت سخت کاری شعله به عوامل مختلفی از جمله ابعاد قطعه مورد نظر برای سخت کاری شعله ، سیال خنک کننده قطعه (سرد کردن در آب یا روغن) و سایر خدماتی که شرکت مورد نظر برای سختکاری شعله ارائه می دهد، بستگی دارد. در بررسی قیمت سخت کاری شعله ، برای خرید دستگاه سخت کاری شعله دو سوال مطرح می شود؛ اول اینکه الگوی سختی و عمق موردنظر چقدر است و دوم اینکه تعداد قطعات موردنظر برای سختکاری شعله در یک روز (نرخ تولید) چقدر است.