مارتمپرینگ فولاد

در فرآیند مارتمپرینگ ، قسمت فلزی آستنیته در حمام با دمایی درست بالاتر از دمای شروع مارتنزیت غوطه ور می شود. با استفاده از کوئنچ پله ای، خنک‌سازی در نقطه ای بالاتر از ناحیه تبدیل مارتنزیت متوقف می‌شود تا زمان کافی برای خنک شدن مرکز تا دمای سطح ایجاد شود. سپس قسمت فلزی از حمام خارج می شود و در هوا تا دمای اتاق خنک می شود تا آستنیت به مارتنزیت تبدیل شود. فرآیند مارتمپرینگ روشی است که به وسیله آن می توان تنش ها و کرنش های ایجاد شده در هنگام کوئنچ کردن یک قطعه فولادی را کنترل کرد. در فرآیند مارکوئنچینگ ، فولاد تا بالاتر از محدوده بحرانی گرم می شود تا تمام آن آستنیت شود.

مراحل مارتمپرینگ

1- آستنیته کردن فولاد

2- فولاد در روغن داغ و یا نمک مذاب تا دمایی درست بالاتر (و یا درست پایین تر) از دمای شروع تشکیل مارتنزیت به طور سریع سرد می شود. سریع سرد کردن در این مرحله باید به نحوی انجام گیرد که از تجزیه آستنیت در دماهای بالا جلوگیری شود.

3- در مرحله سوم مارتمپرینگ فولاد ، قطعه در محیط گفته شده نگه داشته می شود تا اینکه دمای آن در سرتاسر قطعه یکنواخت شود. زمان نگهداری در این دما، معمولا بین 2 تا 4 دقیقه برای هر 10 میلیمتر ضخامت است. زمان کمتر برای حالتی است که فولاد در دماهای پایین آستنیته شود و زمان بیشتر برای مواردی که فولاد در دماهای بالا آستنیته شده باشد.

4- بعد از اینکه قطعه برای مدت مشخصی در دمای مورد نظر نگه داشته شد، معمولا در محیط هوا و با نرخ متوسط، سرد می شود. سرد کردن قطعه به نحوی انجام می شود که سطح و مرکز آن تقریبا همزمان سرد شده و به مارتنزیت تبدیل شود.

5- بازپخت دادن قطعه به منظور افزایش چقرمگی

صاف کردن یا شکل دادن نیز به راحتی پس از خارج کردن از حمام مارکوئنچینگ در حالی که قطعه هنوز داغ است انجام می شود. این قطعه پس از خنک شدن بعدی در فیکسچر یا در هوای خنک پس از خارج شدن از قالب شکل دهنده، شکل خود را حفظ می کند. مارکوئنچ را می توان در انواع حمام ها از جمله روغن داغ، نمک مذاب، فلز مذاب یا بستر ذرات سیال انجام داد.

مزایای فرآیند مارتمپرینگ

از مزیت های فرآیند مارتمپرینگ می توان به کاهش ترک خوردگی ناشی از تنش حرارتی و کاهش تنش پسماند و اعوجاج برای قطعات با هندسه، اندازه یا وزن متفاوت، اشاره کرد. این ویژگی، ناشی از کاهش گرادیان حرارتی در طول کوئنچ کردن و استحاله نسبتا یکنواخت مارتنزیت است. مارکوئنچینگ می تواند در روغن یا نمک مذاب انجام شود. همچنین فرآیند مارکوئنچینگ باعث بهبود تاثیر انرژی جذب شده و بهبود مقاومت در برابر خستگی می شود که اثر بهبود تاثیر انرژی جذب شده، بیشتر برای فولادهای پرکربن گزارش شده است.

معایب فرآیند مارتمپرینگ

البته در انتخاب مارتمپرینگ اشکالاتی نیز وجود دارد. اولاً، این فرآیند به سطوح بالاتر گرما در فاز اولیه نیاز دارد. این مسئله می تواند هزینه یا توان خروجی مورد نیاز برای دستیابی به یک محصول مارتمپر شده را افزایش دهد. دوم اینکه، فرآیند کوئنچینگ و تمپرینگ را نمی توان روی یک قطعه کار بزرگ استفاده کرد، زیرا اندازه یک قطعه که می تواند در سراسر آن به دمای یکنواخت برسد محدودیتی دارد. در نهایت، این فرآیند حرارتی برای همه انواع فولاد قابل اجرا نیست.

کاربرد فرآیند مارتمپرینگ فولاد

از آنجایی که مارتمپرینگ ، تنش حرارتی پسماند را کاهش می دهد، برای قطعات فولادی با هندسه پیچیده، وزن های متنوع و تغییرات مقطع استفاده می شود. این عملیات در درجه اول، برای به حداقل رساندن اعوجاج و حذف ترک استفاده می شود. فولادهای آلیاژی معمولاً با مارتمپر کردن سازگارتر هستند. به طور کلی، هر بخش فولادی یا گرید فولادی که به کوئنچ کردن در روغن پاسخ می‌دهد، می‌تواند برای ارائه خواص فیزیکی مشابه، خمیده شود.

مارتمپرینگ اکثرا برای قطعاتی که کربوریزه شده اند، استفاده می شود. سطوح کربوریزه شده ی قطعه، دارای محتوای کربن بیشتری نسبت به هسته است. از آنجایی که سطح، دارای محتوای کربن بیشتری است، دمای Ms (مارتنزیت) در سطح، کمتر از هسته است. این قطعه در دمای بالاتر از دمای Ms، در روغن یا نمک مذاب کوئنچ می شود. این بدان معنی است که هسته اغلب زودتر از سطح تغییر می کند و منجر به تنش های پسماند فشاری مفید در سطح قطعات کربوری می شود.

عملیات مارتمپرینگ ، مخصوصاً برای یاتاقان‌ها، چرخ دنده‌ها و شفت‌ها مناسب است، که ساخت قطعات گران تر است و به ابعاد نزدیک‌تر ساخته می‌شوند. در شکل زیر، اعوجاج به عنوان تابعی از دمای مارتمپرینگ نشان داده شده است.

فولادهای مناسب برای مارتمپرینگ

یکی از ویژگی های مهم فرآیند مارتمپرینگ ، این می باشد که به غیر از مارتنزیت، ساختار و یا فاز دیگری به وجود نمی آید. البته ناگفته نماند که اگر بخواهیم آن را با سرد کردن سریع و مستقیم مقایسه کنیم، معمولا مقدار آستنیت باقی مانده در مارتمپرینگ بیشتر می باشد. بنابراین، فولادهایی برای مارتمپرینگ مناسب اند که نه تنها نسبت تشکیل فریت و پرلیت که در دمای بالا از تغییر استحاله آستنیت حاصل می شود، سختی پذیری خوبی داشته باشد، بلکه نسبت به تشکیل بینیت نیز همین گونه باشد. استحاله بینیت در دماهای بالا و بلافاصله قبل از مارتنزیت تشکیل می شود.

عملیات حرارتی مارتمپرینگ فولاد ، عمدتا در فولادهایی قابل انجام است که در هوا و یا روغن سرد می شوند. علت آن این است که نرخ کوئنچینگ روغن داغ و نمک های مذاب، از نرخ کوئنچینگ آب و یا روغن سرد، کمتر است؛ درنتیجه فولاد هایی می توانند تحت عملیات مارتمپر قرار گیرند که سختی پذیری بالایی داشته باشند تا کاهش آهنگ سرد کنندگی محیط را جبران کنند.

هزینه عملیات مارتمپرینگ

در مورد بررسی هزینه عملیات مارتمپرینگ فولاد باید این نکته را در نظر داشت که این عملیات در تبدیل فاز اولیه، نیاز به حرارت دهی و گرمای زیادی دارد و در واقع دمای کاری این فرآیند بالا می باشد در نتیجه این موضوع، هزینه های عملیاتی و همچنین توان خروجی مورد نیاز برای دستیابی به یک محصول مارتمپر شده را افزایش می دهد. از طرفی، فرآیند های مارتمپرینگ و کوئنچینگ را نمی توان روی قطعات بزرگ و سنگین اعمال کرد و اعمال دما به تمامی نقاط قطعه به طور یکنواخت، دشوار می باشد.